ES2943245T3

ES2943245T3 - Herramienta de corte giratoria modular

Info

Publication number: ES2943245T3
Application number: ES17922879T
Authority: ES
Inventors: Ruy Frota De Souza Filho; HORST JäGER; Jürgen Schwägerl; Manuel Wacinski
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2023-06-12
Anticipated expiration: 2037-10-04
Also published as: JP2021507816A; US10799958B2; CN110997201A; EP3672751A4; CN110997201B; WO2019040090A1; EP3672751A1; JP7231305B2; EP3672751B1; US20190054548A1

Abstract

Una herramienta de corte giratoria modular incluye un cabezal de corte para insertarlo en un soporte. El cabezal de corte tiene un pasador de acoplamiento que tiene superficies de torsión y superficies de sujeción formadas en su superficie periférica exterior. El pasador de acoplamiento se divide en una parte de pasador frontal y una parte de pasador posterior. La parte delantera del pasador está definida por una ranura circunferencial. Se forman superficies de tope para una prevención de extracción axial entre la parte delantera del pasador y la parte trasera del pasador. Las superficies de torsión y las superficies de sujeción están dispuestas en diferentes partes de pasador. Por ejemplo, las superficies de sujeción se forman preferiblemente en la parte delantera del pasador y las superficies de torsión se forman preferiblemente en la parte trasera del pasador. Las superficies de sujeción se estrechan radialmente hacia dentro en una dirección de la parte de corte frontal en un ángulo de inclinación, α2, con respecto al eje de rotación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Herramienta de corte giratoria modular

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a una herramienta giratoria de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y, en particular, a una herramienta de corte giratoria modular, tal como un taladro, y similares, con un cabezal de corte y un soporte para alojar el cabezal de corte. Una herramienta de corte giratoria de este tipo se conoce a partir del documento US 2017/100784 A1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un tipo de herramienta giratoria es una herramienta giratoria modular con dos piezas de acoplamiento; a saber, un soporte y un cabezal de corte. El cabezal de corte está montado de manera intercambiable en la estructura de bolsillo del soporte. Desafortunadamente, en estos diseños, las fuerzas radiales y axiales que se producen durante una operación de perforación, especialmente en superficies irregulares o inclinadas, pueden provocar una deformación elástica excesiva o, en última instancia, plástica, de la estructura de la bolsa, lo que puede provocar cargas máximas y roturas.

El documento US 2017/0100784 A1 muestra un cabezal de corte que se forma para la inserción en un soporte en una herramienta giratoria modular, en particular, un taladro. Tiene un pasador de acoplamiento sobre el que se forman superficies de cubierta exterior y superficies de torsión como superficies de sujeción. El pasador de acoplamiento tiene una ranura circular particular, que divide el cabezal de corte en una parte de pasador delantera y una parte de pasador trasera. En el área de transición entre las dos partes se forman superficies de tope para una seguridad de extracción axial. Las superficies de torsión y las superficies de sujeción están dispuestas en diferentes partes de pasador, estando formadas las superficies de torsión preferentemente en la parte trasera del pasador.

El documento US 2006/0072976 A1 divulga una broca que tiene un cabezal de corte reemplazable, modificado para eliminar las fuerzas que distorsionarían una cavidad del vástago de la broca y concentrarían de otro modo las tensiones que provocarían el fallo de la broca. El cabezal de corte tiene un elemento de conexión troncocónico dependiente recibido en un receptáculo formado en el vástago.

El documento WO 2014/091477 A1 divulga un cabezal de corte reemplazable que incluye una porción de corte delantera y una porción de montaje trasera. La porción de montaje incluye un elemento de acoplamiento macho que sobresale hacia atrás desde una superficie de base. El elemento de acoplamiento macho incluye tres elementos de fijación de cabezal separados circunferencialmente, donde cada elemento de fijación de cabezal tiene una superficie periférica de cabezal que gira en espiral hacia el interior en una dirección contraria a la dirección de rotación y se desvía. Un portaherramientas incluye un elemento de acoplamiento hembra que se extiende hacia atrás desde una superficie delantera del portaherramientas. El elemento de acoplamiento hembra incluye tres elementos de fijación del soporte separados circunferencialmente, donde cada elemento de fijación del soporte tiene una superficie periférica del soporte que diverge hacia atrás. El cabezal de corte y el portaherramientas se pueden unir de forma separable para formar una herramienta de corte. A partir del documento CN 104096884 A se conoce un cabezal de corte para una herramienta de perforación que tiene un pasador de acoplamiento que está encerrado por una superficie de soporte del cabezal. El pasador de acoplamiento tiene una pluralidad de tipos de superficies funcionales, a saber, superficies de tope para transmitir una torsión entre el cabezal de corte y un soporte, y superficies de sujeción para centrar y sujetar el cabezal de corte en un alojamiento de acoplamiento. El pasador de acoplamiento tiene una zona de pasador axialmente delantera y una zona de pasador axialmente posterior contigua, y las superficies de sujeción y las superficies de tope están dispuestas en diferentes zonas del pasador.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Las realizaciones de la invención están dirigidas a abordar los problemas asociados con las tensiones excesivas y la deformación de la estructura de la cavidad proporcionando superficies de sujeción que están inclinadas con respecto al eje longitudinal central de la herramienta de corte giratoria, evitando así el movimiento no deseado del cabezal de corte en el soporte durante una operación de perforación. Otro problema abordado por la invención está en la reducción de tensiones en áreas críticas del cabezal de corte.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una herramienta giratoria según la reivindicación 1 que se extiende en una dirección axial a lo largo de un eje de rotación que tiene un soporte que incluye un par de estructuras de soporte opuestas, teniendo cada estructura de soporte una superficie periférica interior que define un receptáculo de pasador de acoplamiento, estando la superficie periférica interior dividida en una parte receptora delantera y una parte receptora trasera, incluyendo la parte receptora trasera una ranura circunferencial, incluyendo la parte receptora delantera una primera superficie de sujeción e incluyendo la parte receptora trasera una superficie de tope. La herramienta giratoria incluye, además, un cabezal de corte capaz de ser alojado en el receptáculo del pasador de acoplamiento del soporte, teniendo el cabezal de corte una parte de corte delantera; un pasador de acoplamiento que tiene una superficie periférica exterior, estando el pasador de acoplamiento dividido en una parte de pasador delantera y una parte de pasador trasera, teniendo la parte de pasador delantera una ranura circunferencial, incluyendo la parte de pasador trasera una superficie de torsión e incluyendo la parte de pasador delantera una segunda superficie de sujeción; y una superficie de tope para una prevención de extracción axial efectiva en la dirección axial, en la que la primera superficie de sujeción del soporte y la segunda superficie de sujeción del cabezal de corte se estrechan radialmente hacia el interior en una dirección de la parte de corte delantera.

Realizaciones preferidas de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Estos y otros aspectos de la presente invención se entenderán más completamente tras una revisión de esta memoria descriptiva y los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Si bien se ilustran varias realizaciones de la invención, las realizaciones mostradas no deben interpretarse como limitantes de las reivindicaciones. Se anticipa que se pueden realizar varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de esta invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.

La figura 1A es una vista en despiece en perspectiva de una sección de una herramienta giratoria con un soporte y un cabezal de corte de acuerdo con una realización de la invención;

La figura 1B es una vista en perspectiva de una sección de la herramienta giratoria según la figura 1A cuando el cabezal de corte está insertado en el soporte;

La figura 2A es una vista en perspectiva del cabezal de corte de acuerdo con una realización de la invención;

La figura 2B es una vista del lado inferior del cabezal de corte según la figura 2A;

Las figuras 2C, 2D son vistas laterales del cabezal de corte según la figura 2A giradas una hacia la otra a 90°;

La figura 3A es una vista en perspectiva de un soporte para acomodar el cabezal de corte según las figuras 2A a 2D para la herramienta giratoria descrita en las figuras 1A y 1B de acuerdo con una realización de la invención;

La figura 3B es una vista desde arriba del soporte según la figura 3A;

La figura 3C es una vista en sección a lo largo de las líneas de intersección C-C en la figura 3B;

La figura 4A es una vista superior ampliada de la herramienta giratoria según una realización de la invención; La figura 4B es una vista en sección a lo largo de las líneas de intersección 4B-4B en la figura 4A;

La figura 4C es una vista ampliada, tomada de la figura 4B, del espacio entre las superficies de tope del soporte y el cabezal de corte;

La figura 5 es un gráfico que muestra los resultados de una simulación de la distancia del hueco frente a la tensión en varios lugares del cabezal de corte y el receptáculo del pasador de acoplamiento del soporte para una realización de la invención;

La figura 6 es un gráfico que muestra los resultados de una simulación del ángulo de la superficie de sujeción frente a la tensión en varios lugares del cabezal de corte y el receptáculo del pasador de acoplamiento del soporte para una realización de la invención; y

La figura 7 es un gráfico que muestra los resultados de una simulación del ángulo de la superficie de sujeción frente a la tensión en varios lugares en un cabezal de corte convencional con los segmentos de sujeción y los segmentos de torsión formados en un ángulo de inclinación relativamente grande con respecto a la dirección axial.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Con referencia ahora a las figuras 1A y 1B, se muestra una herramienta 2 giratoria de acuerdo con una realización de la invención. La herramienta 2 giratoria se extiende en una dirección axial a lo largo de un eje de rotación 6. La herramienta 2 giratoria gira alrededor del eje 6 de rotación durante el funcionamiento normal en la dirección de rotación y en la dirección 8 periférica.

En la realización ilustrada, la herramienta 2 giratoria comprende una herramienta de corte de perforación giratoria modular que incluye un soporte 10 y un cabezal 12 de corte que se puede montar de manera intercambiable en el soporte 10. Sin embargo, la invención no se limita al uso con una herramienta de corte de perforación giratoria modular. La herramienta giratoria también puede ser, por ejemplo, una herramienta de fresado u otro tipo de herramienta giratoria, por ejemplo, un escariador, un macho roscado, o similar.

Con referencia a las figuras 1A-2D, el cabezal 12 de corte tiene una parte 13 de corte delantera y un pasador 14 de acoplamiento que se extiende axialmente alejándose de la parte 13 de corte delantera (por lo tanto, en una dirección axial hacia atrás). La parte 13 de corte delantera del cabezal 12 de corte define un diámetro de corte, DC (véase la figura 2D). En su circunferencia, el cabezal 12 de corte tiene una superficie 15 periférica exterior que está interrumpida por acanaladuras 16 enfrentadas que comienzan en el cabezal 12 de corte y se fusionan continuamente en acanaladuras funcionalmente compatibles dispuestas en el soporte 10. En la realización de ejemplo, las acanaladuras 16 tienen una forma sustancialmente helicoidal. Sin embargo, en una realización alternativa se apreciará que las acanaladuras 16 pueden ser rectas.

Como se usa aquí, los elementos sobre el soporte 10 se identifican a continuación con la letra "a" y sobre el cabezal 12 de corte con la letra "b".

Con referencia a las figuras 3A-3C, el lado frontal del soporte 10 tiene dos estructuras 18 de soporte enfrentadas que están interrumpidas por las acanaladuras 16. Como se muestra en la figura 3B, las estructuras 18 de soporte se extienden en una dirección circunferencial a lo largo de un intervalo angular de aproximadamente 45 grados a aproximadamente 60 grados. Cada estructura 18 de soporte incluye una superficie 22a de contacto frontal; estas superficies 22a están dispuestas en un plano horizontal común que es sustancialmente perpendicular al eje 6 de rotación. Las superficies 22a de contacto delanteras pueden ser planas o cónicas que se forman en ángulo con respecto al plano horizontal común.

Como se ve en la figura 3A, las superficies 24a periféricas internas de las estructuras 18 de soporte definen un receptáculo 20 de pasador de acoplamiento para recibir el pasador 14 de acoplamiento del cabezal 12 de corte. El receptáculo 20 del pasador de acoplamiento incluye una base 25a que se extiende horizontalmente, es decir, perpendicular al eje 6 de rotación. Un orificio 26a de centrado está dispuesto dentro de la base 25a y es sustancialmente concéntrico al eje 6 de rotación. Además, en una realización preferida, la herramienta 2 giratoria puede incluir uno o más canales 28a de refrigeración dispuestos dentro del soporte 10, que salen a través de la base 25a y están en comunicación fluida con los correspondientes canales 28b de refrigeración dispuestos dentro del cabezal 12 de corte. La herramienta 2 giratoria también puede incluir canales auxiliares de refrigeración 29 (figura 3B) que se extienden desde uno o ambos canales 28a, 28b de refrigerante que salen a través de las acanaladuras 16.

El receptáculo 20 del pasador de acoplamiento está dividido en dos partes, a saber, una parte 40a receptora delantera y una parte 42a receptora trasera. Como se muestra en la figura 3A, las superficies 24a periféricas internas del soporte 10 incluyen superficies 30a de torsión y superficies 32a de sujeción. Como se muestra en la figura 3C, las superficies 30 de torsión no se encuentran en el mismo plano que es sustancialmente perpendicular al eje 6 central de rotación. Como se muestra en la figura 3A, la parte 42a receptora trasera comprende una ranura 36 circunferencial formada en la misma. Las superficies 38a de tope están formadas entre la parte 40a receptora delantera y la parte 42a receptora trasera.

Con referencia de nuevo a las figuras 2A-2D, el pasador 14 de acoplamiento del cabezal 12 de corte se extiende en la dirección axial hacia atrás con respecto a la parte 13 de corte delantera. El pasador 14 de acoplamiento está desplazado en una dirección radial hacia el interior desde la superficie 15 periférica exterior. Correspondiendo a las superficies 24a periféricas interiores del receptáculo 20 del pasador de acoplamiento del soporte 10, el pasador 14 de acoplamiento presenta superficies 24b periféricas exteriores, sobre las que están formadas superficies 30b de torsión y superficies 32b de sujeción. Al igual que las superficies 30a, 32a del soporte, las superficies 30b, 32b de torsión y de sujeción del cabezal 12 de corte están desplazadas entre sí en la dirección 8 periférica.

El cabezal 12 de corte también incluye dos superficies 22b horizontales de soporte del cabezal formadas en la transición entre la parte 13 de corte delantera y el pasador 14 de acoplamiento. En una realización, las superficies 22b de soporte del cabezal están dispuestas en un plano generalmente horizontal común y están separadas por las acanaladuras 16.

Similar al receptáculo 20 del pasador de acoplamiento del soporte 10, el pasador 14 de acoplamiento del cabezal 12 de corte está dividido en dos partes, a saber, una parte 40b de pasador delantera y una parte 42b de pasador trasera. En la realización ilustrada, la parte 40b de pasador delantera comprende una ranura 37 parcialmente circunferencial, que está interrumpida por las acanaladuras 16. Se forma una unión 23b de radios como transición entre la ranura 37 circunferencial y las superficies 22b de soporte del cabezal. En otras palabras, la unión 23b de radios se extiende entre la parte 40b de pasador delantera y las superficies 22b de soporte del cabezal.

Además, un pasador 26b de inserción (por ejemplo, de forma generalmente cilíndrica) se extiende desde el pasador 14 de acoplamiento y se forma concéntricamente con respecto al eje 6 de rotación. El pasador 26b de inserción es opcional y está formado únicamente para usarse como una primera ayuda de centrado para el cabezal 12 de corte cuando se monta en el soporte 10 (por ejemplo, en un orificio 26a de centrado, como se muestra en la figura 1A). Se observa que el cabezal 12 de corte también está centrado por las superficies 32a y 32b de sujeción cuando está montado en el soporte 10. Con referencia ahora a las figuras 2B y 2C del cabezal 12 de corte y a la figura 3B del soporte 10, el pasador 14 de acoplamiento del cabezal 12 de corte y el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento del soporte 10 tienen una forma generalmente rectangular. Como tales, las superficies 30a, 30b de torsión se forman en los lados largos del rectángulo, y las superficies 32a, 32b de sujeción se forman en los lados cortos del rectángulo aproximadamente 90 grados desplazados de las superficies 30a, 30b de torsión.

En el ejemplo de realización, las "dos partes" antes mencionadas en cada una del cabezal 12 y el soporte 10 (es decir, la parte 40b de pasador delantera y la parte 42b de pasador trasera y la parte 40a receptora delantera y la parte 42a receptora trasera) forman dos zonas funcionales o superficies funcionales. En la realización ilustrada, la parte 40b de pasador delantera está radialmente hacia el interior con la parte 42b de pasador trasera. Además, la parte 40b de pasador delantera está desplazada axialmente con respecto a la parte 42b de pasador trasera. Las superficies 32a y 32b de sujeción se forman en las partes 40a, 40b delanteras, y las superficies 30a, 30b de torsión se forman en las partes 42a, 42b traseras. En otras palabras, las superficies 32a de sujeción del soporte 10 están formadas en la parte 40a receptora delantera y las superficies 30a de torsión del soporte 10 están formadas en la parte 42a receptora trasera. Asimismo, las superficies 30b de torsión del cabezal 12 de corte están formadas en la parte 42b de pasador trasera y las superficies 32b de sujeción del cabezal 12 de corte están formadas en la parte 40b delantera cónica del pasador.

Con referencia a las figuras 2C y 2D, se dispone una unión 39b de radios pequeños como transición entre las superficies 38b de tope y la ranura 37 circunferencial. El pasador 14 de acoplamiento define un diámetro, D1, de la parte 42b de pasador trasera, y un diámetro mínimo, d1, de la parte 40b delantera cónica del pasador. El soporte 10 tiene un diámetro exterior, D, como se muestra en la figura 3C. En una realización, la relación del diámetro mínimo, d1, al diámetro externo, D, del soporte 10, está en un intervalo entre alrededor de 0,60 y alrededor de 0,80. En otras palabras, 0,60 < d1/D < 0,80. Además, la relación entre el diámetro mínimo, d1 y el diámetro, D1, de la parte 42b de pasador trasera es entre alrededor de 0,60 y alrededor de 0,95, o en otras palabras, 0,60 < d1/D1 < 0,95. Además, la relación entre el diámetro D1 y el diámetro exterior D del soporte 10 está en el intervalo entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,95. En otras palabras, 0,65 < D1/D < 0,95.

Se ha encontrado que la relación d1/D inferior a 0,60 da como resultado un pasador 14 de acoplamiento más débil y menos espacio disponible para los orificios de refrigeración, mientras que una relación superior a 0,80 da como resultado la posibilidad de un soporte 10 más débil, en el que debe ser asumido más espacio en sección transversal por el pasador 14 de acoplamiento. Se han encontrado consideraciones análogas para la relación de d1/D1. Por lo tanto, una relación inferior a 0,60 da como resultado un pasador 14 de acoplamiento más débil y una relación superior a 0,95 da como resultado un soporte 10 más débil.

Además, se ha encontrado que la relación d1/D1, inferior a 0,60 da como resultado un pasador 14 de acoplamiento más débil, lo que compromete en gran medida la resistencia del cabezal 12 de corte, mientras que una relación superior a 0,95 da como resultado un área de superficie inadecuada. para soporte axial, mientras se compromete el espacio disponible para las combinaciones de radios 23b y 39b.

La parte 40b de pasador delantera del cabezal 12 de corte tiene una longitud de la parte delantera del pasador, L1, en la dirección a lo largo del eje 6 de rotación que está definida por la distancia entre las superficies 22b de soporte del cabezal y la superficie 38b de tope. Del mismo modo, la parte 40a receptora delantera del soporte 10 tiene una longitud axial que es aproximadamente igual a la longitud axial, L1, de la parte 40a de pasador delantera.

La parte 42b de pasador trasera del cabezal 12 de corte tiene una longitud de parte de pasador trasera, L2, que se extiende en la dirección a lo largo del eje 6 de rotación que está definida por la distancia entre las superficies 38b de tope y la superficie 25b de base. Del mismo modo, la parte 42a receptora trasera del soporte 10 tiene una longitud axial aproximadamente igual a la longitud axial, L2, de la parte 42b de pasador trasera.

En una realización, la longitud de la parte delantera del pasador, L1, y la longitud de la parte trasera del pasador, L2, son aproximadamente iguales. En otra realización, la longitud de la parte delantera del pasador, L1, y la longitud de la parte trasera del pasador, L2, difieren preferiblemente en no más de un 30 por ciento a un 50 por ciento. En otras palabras, la longitud de la parte delantera del pasador, L1, difiere en no más de aproximadamente 0,30 a aproximadamente 0,50 veces la longitud de la parte trasera del pasador, L2. Como se muestra en las figuras 2C y 4B, la longitud de la parte delantera del pasador, L1, y la longitud de la parte trasera del pasador, L2, se combinan para definir una longitud total del pasador, L3. Como se muestra en la figura 3C, la relación entre la longitud total del pasador, L3, y el diámetro externo, D, del soporte 10 está en un intervalo entre aproximadamente 0,30 < L3/D < 0,45. La relación entre la longitud total del pasador, L3 y el diámetro, D1, también puede estar en el intervalo de 0,35 < L3/D1 < 0,70. Además, la relación de la distancia, dx, entre las superficies de torsión 30b y el diámetro, D, del soporte 10 oscila entre aproximadamente 0,40 < dx/D < 0,65. De forma similar, la relación de la distancia, dx, entre las superficies 30b de torsión y el diámetro, D1, puede expresarse como 0,45 < dx/D1 < 0,80. Por ejemplo, para una herramienta giratoria con un soporte con un diámetro D de unos 16 mm, la distancia entre las superficies 30b de torsión del pasador 14 de acoplamiento puede oscilar entre unos 6,4 mm y unos 10,4 mm, y la longitud total del pasador, L3, puede oscilar entre unos 4,8 mm y unos 7,2 mm.

Se ha encontrado que la relación, dx/D, que tiene un valor inferior a 0,40 da como resultado un pasador 14 de acoplamiento más débil, mientras que una relación superior a 0,65 da como resultado un soporte más débil, en el sentido de que la longitud de las superficies 30a, 30b de torsión, medida en dirección radial, se hace más pequeña y la cantidad de material detrás de las superficies 30a de torsión del soporte 10 se reduce significativamente. Se han encontrado consideraciones análogas para la relación de dx/D1. Por lo tanto, la relación de dx/D1 que tiene un valor inferior a 0,45 da como resultado un pasador 14 de acoplamiento más débil, mientras que un valor superior a 0,80 da como resultado superficies 30a, 30b de torsión inadecuadamente pequeñas y un soporte 10 más débil.

Además, se ha encontrado que la relación L3/D, que tiene un valor de menos de 0,30, da como resultado un área de superficie demasiado pequeña para la transmisión del par, lo que conduce a una presión de contacto excesiva. También puede resultar en una reducción del área de la superficie de sujeción, lo que compromete la acción de sujeción y la acción de centrado. Para una relación superior a 0,45, la desventaja significativa se convierte en un exceso de flexibilidad (del soporte 10), por lo que la sujeción del cabezal 12 de corte en posición es mucho menos eficaz. Se ha encontrado que consideraciones análogas son válidas para la relación L3/D1. Así, la relación L3/D1, que tiene un valor inferior a 0,35 da como resultado una menor área para transmisión de torsión y sujeción, mientras que una relación superior a 0,70 da como resultado demasiada flexibilidad para el soporte 10.

Además, el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento tiene una longitud de receptáculo del pasador de acoplamiento, L4. En la realización ilustrada, la longitud total del pasador, L3, y la longitud del receptáculo del pasador de acoplamiento, L4, son sustancialmente iguales, de modo que las superficies 22b de soporte del cabezal hacen contacto con las superficies 22a de contacto delanteras y la superficie 25b de la base del pasador hace contacto con la base 25a del soporte. 10 En una realización alternativa, la longitud total del pasador, L3, es más corta que la longitud del receptáculo del pasador de acoplamiento, L4, de modo que la superficie 25b de la base del pasador no hace contacto con la superficie 25a de la base del soporte 10.

Con referencia ahora a las figuras 4B y 4C, las superficies 38a, 38b de tope están formadas en un primer ángulo de inclinación, a1, con respecto al eje 6 de rotación. El primer ángulo de inclinación, a1, oscila preferentemente entre unos 45 grados y unos 85 grados, y lo más preferentemente entre unos 60 grados y unos 75 grados. En el ejemplo de realización, el primer ángulo de inclinación, a1, es de aproximadamente unos 70 grados. Alternativamente, las superficies 38a, 38b de tope pueden extenderse en una dirección horizontal sustancialmente perpendicular al eje de rotación 6 (es decir, alrededor de 90° con respecto al eje 6 de rotación.

Con referencia a la figura 4C, las superficies 38a y 38b de tope se extienden algunos milímetros de longitud en una dirección transversal al eje 6 de rotación, dependiendo del diámetro, D, del soporte 10. En un ejemplo, las superficies 38, 38b de tope se extienden de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 1,5 mm para una herramienta de corte de perforación giratoria con un diámetro, D, del soporte 10 de aproximadamente 16 mm.

En una realización, las áreas de transición entre varias superficies 30a y 30b, 32a y 32b laterales en el eje 6 de rotación a las superficies 22a y 22b, 38a y 38b, y 25a y 25b adyacentes, son redondeadas o cónicas.

Con referencia a la figura 4B, en un aspecto de la invención, el pasador 14 de acoplamiento y el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento comprenden una característica de autobloqueo que crea fuerzas de sujeción que son suficientes para sujetar con seguridad el cabezal 12 de corte dentro del soporte durante una operación de mecanizado. Específicamente, la característica de autobloqueo comprende la superficie 32a de sujeción del soporte 10 y la superficie 32b de sujeción del cabezal 12 de corte, respectivamente, que tienen un diseño de cola de milano que se estrecha radialmente hacia adentro en la dirección de la parte 13 de corte delantera. En la realización ilustrada, las superficies 32a, 32b de sujeción están formadas en un segundo ángulo de inclinación distinto de cero, a2, con respecto al eje 6 de rotación. En otras palabras, las superficies 32a, 32b de sujeción forman un tronco de cono o sección cónica en la que la generatriz se cruza con el eje 6 de rotación en el segundo ángulo de inclinación, a2. El segundo ángulo de inclinación, a2, oscila preferentemente entre unos 2,0 grados y unos 6,0 grados. En una realización, el segundo ángulo de inclinación, a2, oscila entre aproximadamente 2,5 grados y aproximadamente 5,0 grados. En el ejemplo de realización, el segundo ángulo de inclinación, a2, es de aproximadamente 2,85 grados. El propósito del segundo ángulo de inclinación, a2, es reducir las tensiones que se producen en la herramienta 2 de corte giratoria durante una operación de mecanizado, como se describe más detalladamente en las figuras 5 a 7 a continuación.

Para montar el cabezal 12 de corte en el soporte 10, el cabezal 12 de corte y el pasador 14 de acoplamiento se insertan en el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento en dirección axial (es decir, a lo largo del eje 6 de rotación). En esta posición, el cabezal 12 de corte gira aproximadamente 90 grados con respecto a la posición mostrada en las figuras 1A y 1B. Cuando se inserta por primera vez en el soporte 10, el pasador 26b de inserción del cabezal 12 de corte proporciona una función de centrado para ubicar el cabezal 12 de corte en relación con el soporte 10. Una vez que las superficies 25a, 25b de base entran en contacto mutuo, todo el cabezal 12 de corte gira alrededor del eje 6 de rotación dentro del receptáculo 20 del pasador de acoplamiento en una dirección opuesta a la dirección 8 periférica.

En esta posición intermedia entre el contacto inicial de las superficies 25a, 25b de base y la posición final, las superficies 38a y 38b de tope forman un agarre trasero positivo para evitar la extracción axial del cabezal 12 de corte. Las superficies 32a y 32b de sujeción forman un ajuste a presión y hacen que el cabezal 12 de corte pivote alrededor de un punto 44 de pivote (figura 4B) para sujetar el cabezal 12 de corte al soporte 10. En esta posición intermedia, se aplica una fuerza de sujeción radial a las superficies 32a, 32b de sujeción desde las estructuras 18 de soporte sobre el perno 14 de acoplamiento. En la posición final, cuando el cabezal 12 de corte ya no puede girar más con respecto al soporte 10, las superficies 30a y 30b de torsión correspondientes contactan entre sí. En funcionamiento, las fuerzas aplicadas por el soporte 10 se transmiten a través de las superficies 30a, 30b de torsión al cabezal 12 de corte y a través de las superficies 22a de contacto delanteras y las superficies 22b de soporte del cabezal.

En una realización, existe un espacio 46 entre las superficies 38a y 38b de tope para distribuir las fuerzas entre el cabezal 12 y el soporte 10, como se muestra en la figura 4C. Además, el espacio 46 permite un fácil montaje del cabezal 12 de corte al soporte 10. El espacio 46 puede tener un intervalo mayor que cero hasta aproximadamente el 1 por ciento del diámetro del soporte, D. En otras palabras, 0 < espacio < 0,01D. Para una herramienta de corte de perforación giratoria que tiene un diámetro de soporte, D, de aproximadamente 16 mm, por ejemplo, el espacio 46 puede oscilar entre más de 0,0 mm y aproximadamente 0,16 mm. Con las superficies 32a y 32b de sujeción cónicas que tienen una pendiente total de 1:10 (es decir, 2,85 grados o 1:20 por lado), si el cabezal 12 de corte es forzado a salir de la cavidad, una interferencia adicional máxima entre el cabezal 12 de corte y el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento del soporte 10 medido en diámetro será aproximadamente el 10 por ciento del espacio 46 hasta que las superficies 38a, 38b de tope entren en contacto, evitando o minimizando así tensiones excesivas en la ubicación del receptáculo 20 del pasador de acoplamiento.

La figura 5 muestra los resultados de una simulación de la distancia del espacio 46 en función de la tensión en varios lugares del pasador 14 de acoplamiento y el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento. En la figura 5, la tensión situada en una unión 35a de radios que se extiende en la ranura 36 de la parte 42a receptora trasera del soporte 10, como se muestra en la figura 3A, está representada por las cajas. La tensión ubicada en la unión 39b de radios pequeños dispuesta entre la ranura 37 y las superficies 38b de tope del cabezal 12 de corte, como se muestra en la figura 2C, está representada por los diamantes. La tensión ubicada en la unión 23b de radios dispuesta entre la ranura 37 y las superficies 22b de soporte del cabezal del cabezal 12 de corte, como se muestra en la figura 2A, está representada por los triángulos sombreados. La tensión ubicada en los canales 28b de refrigeración del cabezal 12 de corte, como se muestra en la figura 1A, está representada por las X. La tensión ubicada en una unión 37a de radios (también puede ser un chaflán como en la figura 3C) dispuesta entre la ranura 36 y las superficies 38a de tope del soporte 10, como se muestra en la figura 3C, están representados por triángulos vacíos. Todos los valores se representan en función de la distancia del espacio 46 en mm.

Los resultados de la simulación proporcionan el resultado inesperado de reducir la tensión al mínimo en la unión 37a de radios (figura 3C) junto a las superficies 38a de tope cuando la distancia del espacio 46 es de aproximadamente 0,05 mm. A medida que la distancia del espacio 46 se vuelve más pequeña, la tensión ubicada en la unión 39b de radios pequeños entre la ranura 37 y las superficies 38b de tope del cabezal 12 de corte y la tensión ubicada en la unión 37a de radios del soporte 10 aumentan, lo que indica fuerzas de contacto excesivas en las superficies 38b de tope. A medida que aumenta la distancia del espacio 46, aumenta la tensión en la unión 37a de radios y la tensión en la unión 35a de radios, lo que indica que el cabezal 12 de corte se está moviendo excesivamente en el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento e indica que la prevención de la extracción axial está siendo superada.

Como se mencionó anteriormente, se logra un acoplamiento extremadamente fiable entre la parte 12 de corte 12 y el soporte 10 mediante el diseño aquí descrito que contiene las superficies de función separadas en diferentes zonas de función axial, a saber, superficies 30a y 30b de torsión y superficies 32a y 32b de sujeción, así como como superficies de prevención de extracción axial en forma de superficies 38a y 38b de tope, en unión con las superficies 32a, 32b de sujeción que se estrechan radialmente hacia el interior hacia la parte 13 de corte delantera.

Además, el diseño de cola de milano de las superficies 32a, 32b de sujeción tiene el efecto de aumentar las fuerzas de sujeción al aumentar la fuerza axial durante una operación de perforación. Debido al ajuste de interferencia entre las superficies 32a y 32b de sujeción, las paredes 18 de soporte de la bolsa se deformarán hacia fuera cuando se monte el cabezal, lo que hará que las superficies 22a se desvíen desde su posición original y se cree un pequeño espacio entre las superficies 22a y 22b cerca del diámetro exterior del soporte 10. Durante una operación de mecanizado, la fuerza axial resultante se transmite entre las superficies 22a y 22b en la región próxima al diámetro interior del soporte 10, creando un momento de flexión alrededor del punto 44 que hará que las paredes 18 de soporte apliquen una fuerza de sujeción adicional en el cabezal 12 de corte. Como resultado, la deformación y las tensiones en el receptáculo 20 del pasador de acoplamiento se minimizan durante una operación de perforación, mejorando así la conexión entre el soporte 10 y el cabezal 12 de corte.

Las superficies 32a, 32b de sujeción cónicas, en unión con la ranura 36 y los soportes 38a, 38b axiales, proporcionan una ventaja al diseño. Un ángulo de conicidad relativamente pequeño en las superficies 32a, 32b de sujeción proporciona estabilidad al cabezal 12 de corte cuando se taladra en condiciones que generarán cargas laterales y evita la sobrecarga en las áreas críticas del cabezal y el receptáculo que son propensas a sufrir grandes esfuerzos y roturas. Más específicamente, las áreas de transición definidas por las combinaciones 23b y 39b de radios del cabezal 35a del receptáculo están sujetas a una gran tensión provocada por la unión de cargas de torsión y flexión. Es deseable que estas combinaciones 23b y 39b de radios se hagan lo más grandes posible, pero debido al pequeño espacio disponible entre las superficies 32a y 32b de sujeción y la necesidad de formar la superficie 38b de soporte axial, la mezcla 39b de radios se vuelve pequeña y más crítica. La unión 23b de radios puede ser sustancialmente mayor que la unión 39b de radios. Las superficies 32a, 32b de sujeción cónicas soportarán una parte significativa de la carga, evitando sobretensar la unión 39b de radios más pequeños. Bajo cargas laterales mayores, las superficies 38a y 38b de soporte axial garantizarán que el cabezal 12 de corte permanezca en su posición, proporcionando así estabilidad y fiabilidad a la conexión. De acuerdo con los diseños ampliamente contemplados aquí, las tensiones en las áreas críticas del soporte 10 se minimizarán y se mantendrán en niveles aceptables incluso bajo cargas laterales, a diferencia de los diseños de cola de milano convencionales donde el cono proporciona sujeción y retención. En los diseños de cola de milano convencionales, la tensión en el bolsillo aumentará significativamente bajo las cargas laterales a medida que el cabezal de corte se desplaza y empuja las paredes 18 hacia fuera. Otra ventaja encontrada aquí es que la unión de las superficies 32a, 32b de sujeción en forma de cola de milano y la ranura 36 forman una estructura 18 de soporte más flexible. Esto permite el uso de los mismos ángulos cónicos en las superficies 32a de sujeción del receptáculo del pasador 20 de acoplamiento y las superficies 32b de sujeción del cabezal 12 de corte, ya que la deformación elástica de la estructura 18 de soporte garantizará el contacto total de la superficie durante la operación de mecanizado.

La figura 6 muestra los resultados de las pruebas de simulación que se realizaron en el diseño de cola de milano de las superficies 32a, 32b de sujeción de la invención. En la figura 6, la tensión situada en una unión 35a de radios que se extiende en la ranura 36 de la parte 42a receptora trasera, como se muestra en la figura 3A, está representada por las cajas. La tensión ubicada en la unión 39b de radios pequeños dispuesta entre la ranura 37 y las superficies 38b de tope, como se muestra en la figura 2C, está representada por los diamantes. La tensión ubicada en la unión 23b de radios dispuesta entre la ranura 37 y las superficies 22b de soporte del cabezal, como se muestra en la figura 2A, está representado por los triángulos. La tensión ubicada en la superficie interna de los canales 28b de refrigeración del cabezal 12 de corte, como se muestra en la figura 1A, está representada por las X. Todos los valores se representan en función del segundo ángulo de inclinación, a2 en grados.

Como se muestra en la figura 6, la tensión situada en la unión 23b de radios dispuesta entre la ranura 37 y las superficies 22b de soporte del cabezal, representada por los triángulos, permanece generalmente constante en función de a2. Además, la tensión situada en los canales 28b de refrigeración del cabezal 12 de corte, representada por las X, aumenta en función del segundo ángulo de inclinación, a2.

Los resultados de las pruebas de simulación (relacionadas con la figura 6) muestran el resultado inesperado de que la tensión máxima ubicada en la unión 35a de radios del receptáculo 20 del pasador de acoplamiento permanece generalmente constante cuando el segundo ángulo de inclinación, a2, de las superficies 32a, 32b de sujeción aumenta de 0,0 grados a aproximadamente 5,0 grados. Como era de esperar, la tensión ubicada en la unión 39b de radios pequeños del pasador 12 de acoplamiento disminuye continuamente a medida que el segundo ángulo de inclinación, a2, de las superficies 32a, 32b de sujeción aumenta de 0,0 grados debido a la acción de cola de milano que impide el movimiento lateral del cabezal. Es deseable maximizar el segundo ángulo de inclinación, a2, para evitar el movimiento no deseado del cabezal 12 de corte durante la operación de perforación; sin embargo, con un segundo ángulo de inclinación aumentado, a2, y la consiguiente reducción del diámetro de la sección transversal, d1, de la parte 42b del pasador delantero cónico, las tensiones en los canales 28a, 28b de refrigerante pueden superar los límites críticos. Los canales 28a, 28b de refrigerante tienen una superficie generalmente rugosa porque los canales 28a, 28b de refrigerante no se producen, por ejemplo, a partir de una operación de rectificado, por lo que deben observarse límites de tensión más bajos. Además, para ángulos superiores a unos 6 grados, la tensión en el radio 23b de unión se vuelve mayor que la tensión en la unión 39b. Como se contempla ampliamente en este documento, un segundo ángulo de inclinación, a2, puede estar en un intervalo entre aproximadamente 2,5 grados y aproximadamente 6,0 grados, para ayudar a maximizar los efectos beneficiosos de minimizar la deformación y la tensión del receptáculo 20 del pasador de acoplamiento y la tensión en las combinaciones 23b y 39b de radios del cabezal 12 de corte, evitando, en la medida de lo posible, el movimiento no deseado del cabezal 12 de corte durante la operación de perforación.

La figura 7 es un gráfico que muestra los resultados de una simulación del ángulo de la superficie de sujeción frente a la tensión en varios lugares en un cabezal de corte convencional con las superficies de sujeción y las superficies de torsión continuas (sin ranura ni superficies de prevención de extracción) y dispuestas en un ángulo de inclinación con respecto al eje 6 de rotación. El ángulo de inclinación varía de 2 grados a 20 grados. Normalmente, las superficies de sujeción y las superficies de torsión del cabezal de corte convencional se forman con un ángulo de inclinación de entre 10 y 20 grados y se estrechan en la dirección de la punta del taladro.

Como se ve en la figura 7, se producen tensiones mucho mayores (2000 MPa frente a 1500 MPa) en la cavidad en el lugar de unión entre las paredes y el suelo, donde es más probable que se produzcan roturas. Además, la tensión ubicada en la unión de esquinas del inserto entre la cola de milano y las superficies de sujeción aumenta rápidamente en función del ángulo de la superficie de sujeción y es aproximadamente un 50 por ciento más alta que en las herramientas giratorias contempladas ampliamente en este documento (de acuerdo con al menos una realización de la invención). Como resultado, el diseño del cabezal de corte convencional (que se aborda en la figura 7) no se puede optimizar con respecto a la minimización de tensiones. Además, la tensión sobre los canales de refrigeración es significativamente mayor (600 MPa frente a 400 MPa) en comparación con la tensión sobre los canales de refrigeración de una herramienta giratoria, tal como se contempla ampliamente en este documento.

Habiendo descrito las realizaciones actualmente preferidas, la invención puede realizarse de otro modo dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una herramienta (2) giratoria que se extiende en dirección axial a lo largo de un eje (6) de rotación, que comprende: un soporte (10), que comprende:

un par de estructuras (18) de soporte opuestas, teniendo cada estructura (18) de soporte una superficie (24a) periférica interna que define un receptáculo (20) de pasador de acoplamiento, estando la superficie (24a) periférica interna dividida en una parte (40a) receptora delantera y una parte (42a) receptora trasera, comprendiendo la parte (42a) receptora trasera una ranura (36) circunferencial, incluyendo la parte (40a) receptora delantera una primera superficie (32a) de sujeción e incluyendo la parte receptora trasera una primera superficie (38a) de tope, definiendo el soporte (10) un diámetro exterior, D; y

un cabezal (12) de corte susceptible de ser alojado en el receptáculo (20) del pasador de acoplamiento del soporte (10), comprendiendo el cabezal (12) de corte:

una parte (13) de corte delantera que define un diámetro de corte, DC;

un pasador (14) de acoplamiento que tiene una superficie (24b) periférica exterior, estando dividido el pasador (14) de acoplamiento en una parte (40b) de pasador delantera y una parte (42b) de pasador trasera, comprendiendo la parte (40b) de pasador delantera una ranura (37) circunferencial, incluyendo la parte (42b) de pasador trasera una superficie (30b) de torsión, e incluyendo la parte (40b) de pasador delantera una segunda superficie (32b) de sujeción; y una segunda superficie (38b) de tope para una prevención de extracción axial efectiva en la dirección axial, caracterizada por que la primera superficie (32a) de sujeción del soporte (10) y la segunda superficie (32b) de sujeción del cabezal (12) de corte se estrechan radialmente hacia el interior en una dirección de la parte (13) de corte delantera.

2. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que

a) el cabezal (12) de corte incluye un par de superficies (30b) de torsión que definen una distancia, dx, y en la que la relación entre la distancia, dx, y el diámetro externo, D, del soporte (10) está en un intervalo entre 0,40 y 0,65, y/o

b) en la que el pasador (14) de acoplamiento define una longitud total del pasador, L3, y en la que la relación entre la longitud total del pasador, L3, y el diámetro externo, D, del soporte (10) está en un intervalo entre 0,30 y 0,45 .

3. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que la primera superficie (38a) de tope del soporte (10) y la segunda superficie (38b) de tope del cabezal (12) de corte están formadas en un primer ángulo de inclinación, a1, en un intervalo entre 30 grados a 85 grados con respecto al eje (6) de rotación.

4. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que la primera superficie (32a) de sujeción del soporte (10) y la segunda superficie (32b) de sujeción del cabezal (12) de corte están formadas en un segundo ángulo de inclinación, a2, en un intervalo entre 2,5 grados a 6,0 grados con respecto al eje (6) de rotación.

5. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que la parte (40b) de pasador delantera tiene una longitud de la parte de pasador delantera, L1, en la dirección axial, y en la que la parte (42b) de pasador trasera tiene una longitud de la parte de pasador trasera, L2, en la dirección axial, y en la que la longitud de la primera parte de pasador, L1, es idéntica a la longitud de la segunda parte de pasador, L2.

6. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que la parte (40b) de pasador delantera tiene una longitud de la parte de pasador delantera, L1, y en la que la parte (42b) de pasador trasera tiene una longitud de la parte de pasador trasera, L2, y en la que la longitud de la parte de pasador delantera, L1, difiere en no más de aproximadamente 0,30 a aproximadamente 0,50 veces la longitud de la parte de pasador trasera, L2.

7. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que existe un espacio (46) entre la primera superficie (38a) de tope del soporte (10) y la segunda superficie (38b) de tope del cabezal (12) de corte, y en la que una distancia del espacio (46) es mayor que cero a aproximadamente el 1 por ciento del diámetro externo, D, del soporte (10).

8. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que la parte (40b) de pasador delantera del pasador (14) de acoplamiento define un diámetro máximo, d1, y en la que una relación del diámetro máximo, d1, con el diámetro externo, D, del soporte (10) se encuentra en un intervalo entre 0,60 y 0,80.

9. La herramienta giratoria según la reivindicación 1, en la que

b) en la que el pasador (14) de acoplamiento define una longitud total del pasador, L3, y en la que la relación entre la longitud total del pasador, L3, y el diámetro externo, D, del soporte (10) está en un intervalo entre 0,30 y 0,45, y/o c) en la que la parte (42b) de pasador trasera del pasador (14) de acoplamiento define un diámetro, D1, y en la que la parte (40b) de pasador delantera del pasador (14) de acoplamiento define un diámetro máximo, d1, y una relación del diámetro máximo, d1, al diámetro, D1, está en un intervalo entre 0,60 y 0,95.