ES2959497T3

ES2959497T3 - Herramienta de perforación

Info

Publication number: ES2959497T3
Application number: ES12004017T
Authority: ES
Inventors: Andrew Brill; Jeffrey Prom
Original assignee: Sharon Cutwell Co Inc
Current assignee: Sharon Cutwell Co Inc
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2024-02-26
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: EP2527066B1; EP2527066A3; US20170216979A1; US9662717B2; US20120301239A1; EP2527066A2

Abstract

Una broca o herramienta de perforación que tiene un borde cortante que incluye un par de porciones (58, 59) de forma curvilínea generalmente lisas que están colocadas cerca de las porciones exteriores radiales del borde cortante y conectadas entre sí mediante un par de porciones generalmente lineales (56). , 57) que atraviesan la línea central longitudinal (30) de la herramienta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Herramienta de perforación

La presente invención se refiere en general a una broca o herramienta de perforación según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un método para formar una herramienta de perforación según el preámbulo de la reivindicación 9. La broca o herramienta de perforación tiene una forma de punta de corte mejorada para mejorar la vida útil y/o el rendimiento de corte.

Prácticamente todas las industrias requieren la perforación periódica de diversos materiales para formar aberturas por diversas razones, incluidas la ventilación o la circulación de fluidos, para la aceptación o cooperación con otras estructuras y/o para el paso de otras estructuras tales como sujetadores. Es comprensible que estas sean solo algunas de las razones comúnmente encontradas y asociadas con la perforación de un material o estructura en particular. Se aprecia además que, al ser aplicables en una gran cantidad de industrias, dichos motivos son aplicables a diversos tipos y formas del respectivo material.

De acuerdo al documento US 5273380 A se proporciona una broca según el preámbulo de la reivindicación 1, que comprende dos bordes de corte opuestos, formando los bordes de corte un ángulo de punta de perforación predeterminado. Los bordes de corte tienen un primer componente radial entre la punta extrema de la punta de perforación y sus respectivas fajas. El primer componente radial es sustancialmente cóncavo. Los bordes de corte tienen un segundo componente radial definido generalmente donde el borde de corte se fusiona con su respectiva superficie, siendo el segundo componente radial sustancialmente convexo. El documento US 2010/158627 describe una broca, donde un par de superficies diametralmente opuestas están inclinadas radialmente hacia dentro en el extremo de trabajo de la broca hasta un par de bordes de corte dispuestos en un ángulo obtuso entre sí y formando una punta de corte eficiente. Las muescas con rampas inclinadas adyacentes a los bordes de corte transportan el material cortado a las ranuras adyacentes. Las fajas se curvan radialmente hacia dentro entre su parte de diámetro completo y sus puntas de corte y se mecaniza la unión de la parte curvada y la parte de diámetro constante de las fajas. Según el documento DE 84413 C una broca presenta ranuras helicoidales.

Se conoce una gran cantidad de brocas para diversas aplicaciones y para utilizar con prácticamente cualquier material. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que cada broca tiene una vida útil en donde la broca cortará adecuadamente el material subyacente, deformará insignificantemente el material durante la operación de perforación y mantendrá una temperatura de funcionamiento adecuada durante el proceso de perforación. Los expertos en la técnica aprecian igualmente que una herramienta de perforación o taladrado desgastada o consumida requerirá una fuerza excesiva hacia abajo para la operación de perforación posterior, requiere una mayor carga de torsión para efectuar la operación de perforación, puede crear una formación de hongos o una explosión inaceptable del material del sustrato cerca del sitio del agujero, y/o pueden generar temperaturas inaceptables que pueden afectar negativamente tanto a la herramienta, como al material del sustrato y a la calidad de la perforación.

Después de un período de uso inicial, algunos usuarios intentan extender la vida útil de una herramienta desgastada restaurando la forma de la punta de corte hasta formar un borde afilado. Periódicamente, algunas herramientas desgastadas se pueden volver a afilar de esta manera, pero se aprecia fácilmente que dicho procesamiento de las herramientas consigue solo una capacidad de utilización muy limitada de las herramientas más allá de la vida útil proyectada original de la herramienta, y puede afectar perjudicialmente al acabado de fabricante del equipo original (OEM) de la herramienta de corte, y puede generar calor indeseable en la herramienta y particularmente en el borde de corte durante la operación de afilado. Por lo general, dichos procesos posteriores a la fabricación solo pueden aproximarse remotamente a la calidad de la forma y configuración inicial de la punta de corte OEM. Periódicamente, tales intentos pueden incluso perjudicar el rendimiento de la herramental debido en parte a la reconfiguración y/o al tratamiento térmico de la punta de corte. Además, tales procesos son susceptibles de individualización de las herramientas en función de la habilidad del usuario o técnico respectivo que intenta el proceso de afilado y pueden afectar perjudicialmente la repetibilidad asociada con la formación de agujeros durante el uso posterior de las respectivas herramientas. Por consiguiente, tales procesos solo proporcionan una extensión limitada, si la hay, de la vida útil de la respectiva herramienta.

Se aprecia además que la rentabilidad y eficiencia de cualquier industria que dependa en gran medida de las operaciones de perforación puede verse sustancialmente afectada por herramientas de perforación que se degradan y/o se consumen demasiado rápidamente durante el uso normal. Las herramientas que se consumen demasiado rápido durante el uso normal dan como resultado un mayor tiempo del operador asociado con los cambios de herramientas, aumentan los costes de fabricación debido al mayor consumo de herramientas, pueden aumentar el desgaste asociado con la operación de los dispositivos de accionamiento de herramientas, disminuyen el rendimiento de las piezas y de los tiempos de proceso y contribuyen negativamente a la eficiencia general de la producción y fabricación de piezas.

Por lo tanto, en lugar de proporcionar otra herramienta o sistema de afilado de herramientas de corte posterior a la fabricación, un objeto de la invención sería proporcionar una herramienta de perforación tal como una broca que esté configurada para soportar mejor las fuerzas asociadas con las operaciones de perforación y hacerlo de una manera que no aumente sustancialmente el coste asociado con la producción de dichas herramientas. Otro objeto de la invención sería proporcionar una broca con una vida útil mejorada y que no afecte materialmente a la calidad del sustrato próximo al sitio del agujero.

Breve descripción de la invención

La presente invención proporciona una herramienta de perforación que supera uno o más de los inconvenientes comentados anteriormente.

Un primer aspecto de la invención describe una broca o herramienta de perforación según la reivindicación 1:

Un segundo aspecto de la invención describe un método para formar una herramienta de perforación según la reivindicación 9.

Estos y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada y de los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

Una concepción clara de las ventajas y características que constituyen la presente invención, y de la construcción y funcionamiento de los mecanismos típicos proporcionados con la presente invención, resultará más evidente al hacer referencia a las realizaciones a modo de ejemplo, y por lo tanto no limitantes, ilustradas en los dibujos que acompañan y forman parte de esta memoria descriptiva, en los que números de referencia similares designan los mismos elementos en las distintas vistas, y en los que:

la Figura 1 es una vista en alzado lateral de una broca de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 2 es una vista en planta superior de la broca mostrada en la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en alzado detallada de una parte de una punta de trabajo de la broca mostrada en la Figura 1;

la Figura 4 es una vista similar a la Figura 1 de una broca según otra realización de la invención;

la Figura 5 es una vista en planta superior de la broca mostrada en la Figura 4; y

la Figura 6 es una vista en alzado detallada de una parte de una punta de trabajo de la broca mostrada en la Figura 1.

Descripción detallada de la realización preferida

Las Figs. 1 -3 muestran una herramienta de perforación o broca 10 que tiene un par de bordes 12 de corte, cuando se considera con respecto a una dirección radial y con respecto al eje central longitudinal de la broca 10, según una primera realización de la presente invención. Como se muestra en la Fig. 1, la broca 10 incluye un cuerpo 14 alargado definido generalmente como un eje 16 que se extiende entre un vástago o extremo 18 de herramienta y una punta, punta de corte, punta de trabajo o extremo 20 de trabajo. Por lo general se entiende por extremo 18 de herramienta como esa parte de la broca 10 construida para ser sujetada con un portabrocas o acoplada de otro modo con una herramienta de accionamiento, tal como un portabrocas, un taladro, un mandril u otro elemento de accionamiento giratorio para efectuar la rotación de la broca 10 durante los procesos de perforación o taladrado.

La broca 10 incluye una o más ranuras o canales 28 opcionales que se extienden a lo largo de una parte 24 de una longitud longitudinal, indicada por la línea 26, desde el extremo 20 de trabajo hacia el extremo 18 de la herramienta. Los canales 28 están definidos generalmente como una o más ranuras que están separadas por una o más zonas 22 que también se extienden a lo largo del cuerpo 14 de la broca 10 en una dirección que se aleja del borde 12 de corte. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que las ranuras 28 y las zonas 22 tienen forma y orientación para ventilar los desechos o virutas generados durante una perforación o el proceso de taladrado desde el agujero que se forma de ese modo. Aunque las ranuras 28 y las fajas 22 se muestran extendiéndose de manera helicoidal alrededor de la parte 24 del cuerpo 14, se aprecia que los canales 28 y las fajas 22 se podrían extender en ángulos de paso helicoidales diferentes al que se muestra, estar formados para extenderse de una manera generalmente lineal o longitudinal a lo largo del cuerpo 14, u omitirse en otras herramientas de perforación o taladrado. Se aprecia además que el número de canales 28 y fajas 22, el componente longitudinal del patrón helicoidal, el espesor de los canales 28 y fajas 22, y la profundidad de los canales 28 podrían proporcionarse en una variedad de parámetros y se seleccionan preferiblemente para satisfacer, al menos en parte, uno o más parámetros asociados con el uso previsto de la broca 10.

El cuerpo 14 de la broca 10 se extiende en una dirección longitudinal a lo largo de un eje longitudinal o línea central, indicada por la línea 30, del cuerpo 14. Las ranuras 28 y las fajas 22 están enrolladas alrededor de la línea central 30 y se extienden en una dirección longitudinal, también indicada por la línea 26, a lo largo del cuerpo 14. El cuerpo 14 tiene un diámetro, indicado por la línea 34, que puede, pero no necesariamente, estar asociado con el tamaño de un agujero o taladro destinado a ser formado mediante el uso de la respectiva broca 10. Un agujero o taladro resultante se define comúnmente mediante un diámetro 34A asociado con el extremo 20 de trabajo asociado con el borde 12 de corte. El cuerpo 14 incluye un radio próximo al extremo 18 de la herramienta, indicado por la línea de dimensión 36, que está definida como la distancia entre un borde circunferencial exterior 32 del cuerpo 14 y la línea central 30 del vástago de la herramienta y un radio 36A asociado con el extremo 20 de trabajo. Se aprecia que el cuerpo 14 se puede proporcionar en una variedad de diámetros 34A para formar agujeros de diferentes tamaños asociados con el mismo y que la parte de vástago del cuerpo 14 no necesita ser configurada para pasar a través de tal agujero.

Durante la operación de perforación o taladrado, la broca 10 comúnmente gira alrededor de la línea central 30 y se desplaza en una dirección longitudinal, indicada por la flecha 40, para efectuar la formación de un agujero en un sustrato o material 42 de trabajo. Se aprecia que el sustrato o material 42 de trabajo puede tener prácticamente cualquier espesor y composición. En un aspecto preferido de la presente invención, se ha demostrado que las herramientas de perforación equipadas con un borde 12 de corte proporcionan una marcada mejora en la calidad del agujero y en la vida útil de la herramienta cuando se utilizan con al menos materiales sintéticos tales como carbono u otros materiales reforzados con fibra. Se aprecia que los usuarios de prácticamente cualquier material trabajado habitualmente con este tipo de herramientas de perforación podrían apreciar los mismos atributos. Es decir, se ha demostrado que el borde 12 de corte proporciona una vida útil de la herramienta enormemente aumentada con respecto a una variedad de herramientas de tamaños comparables que tienen bordes de corte de diferentes formas.

La Fig. 2 muestra una vista en planta del borde 12 de corte de la broca 10 y la Fig. 3 muestra una vista parcial de solo un lado radial del borde 12 de corte. El borde 12 de corte incluye un par de partes de corte radiales alternativas 48, 50 que definen cada una borde de corte respectivo 12 con respecto a la línea central longitudinal de la broca 10. Las partes de corte radiales 48, 50 generalmente están separadas entre sí por el eje asociado con la línea central 30. Las partes radiales alternativas 48, 50 se extienden en direcciones laterales o radialmente opuestas hacia fuera o hacia el exterior, indicado por las flechas 52, 54 (Fig. 3) desde la línea central 30. Cada parte 48, 50 de corte radial incluye una parte 56, 57 lineal y una parte 58, 59 de ranura o contorno curvilíneo o parte curvilínea que hacen una transición suavemente una en la otra, respectivamente, y, cuando se consideran en conjunto, extienden la parte 48, 50 de corte respectiva desde la línea central 30 hasta el borde circunferencial 32. Las partes 56, 57 lineales se extienden entre una punta 60 distal de la broca 10 y una zona 68, 69 de transición asociada con la intersección de la parte 56, 57 lineal respectiva y la parte 58, 59 curvilínea correspondiente.

Como se explica más adelante con respecto a las Figs. 2 y 3, el borde 12 de corte incluye una primera parte lineal 56 y una primera parte 58 curvilínea y una segunda parte 57 lineal y una segunda parte 59 curvilínea que definen esa forma de cada borde 12 de corte respectivo. Como se explica más adelante, cada borde de corte respectivo incluye una desviación o un cambio en la dirección de la línea asociada con el borde de corte de la parte lineal 56, 57 respectiva. Cada uno del primer par respectivo de partes de forma lineal y curvilínea 56, 58 y el segundo par de partes de forma lineal y curvilínea 57, 59 se extiende desde la línea central 30 de la broca 10 hacia el borde circunferencial 32 de la broca. Se aprecia que una broca que tenga un número diferente de canales 28 y fajas 22 podría tener un número diferente de pares de formas lineales y curvilíneas.

Haciendo referencia a la Fig. 3, las partes 56, 57 lineales radiales alternativas, o las partes del borde 12 de corte que son lineales y se extienden en una dirección radial, hacia fuera o hacia el exterior con respecto a la línea central 30, están separadas entre sí por un ángulo 62. El ángulo 62 es inferior a 180 grados, es superior a 60 grados y puede ser preferiblemente de aproximadamente 120 grados, pero se pueden proporcionar otros ángulos de separación para proporcionar un ángulo de ataque más o menos agresivo del borde 12 de corte en función de la composición y/o dureza del material 42, velocidad de funcionamiento prevista de la broca 10, material de la broca 10 y/o tratamiento del borde 12 de corte. Tal construcción también infiere que cada parte lineal 56 tiene aproximadamente 60 grados, indicado por el ángulo 61, desde la línea central 30. Se aprecia además que cada parte lineal 56 tiene la misma orientación con respecto a la línea central 30 para proporcionar una operación de rotación uniforme de la broca 10. Sin embargo, se aprecia que para brocas que tienen otro número de partes lineales, tales brocas se pueden proporcionar con partes lineales que están formadas en diferentes ángulos entre sí y/o diferentes ángulos con respecto a la línea central 30.

Haciendo todavía referencia a las Figs. 2 y 3, cada parte 58, 59 curvilínea se extiende desde un primer extremo 64, 65 que generalmente hace una transición suavemente desde la parte 56, 57 lineal respectiva a un segundo extremo 66, 67 que también hace una transición suavemente a un borde 70 exterior radial longitudinal del cuerpo 14 de la broca 10. El borde 12 de corte puede incluir un radio opcional 81 que forma una intersección curvilínea entre la parte 58, 59 curvilínea correspondiente y el borde 70 del cuerpo 14. Preferiblemente, la parte curvilínea termina radialmente hacia el interior del radio 88 y se extiende de manera repetitiva entre el radio 88 y la zona de transición 68, 69. Como mínimo, se forma al menos una desviación de la orientación lineal del borde de corte de forma lineal respectivo entre la parte lineal del borde de corte y el borde radial o circunferencial hacia fuera de la broca 10. Como se muestra Como se muestra en la Fig. 3, están dispuesto un cierto numero de valles 76, 78, 80, 82 entre el extremo radial exterior de cada parte lineal respectiva del borde de corte y la forma radial exterior de la broca 10. Es comprensible, como se explica adicionalmente más adelante, que pueden estar dispuestas menos desviaciones en cada parte radial respectiva del borde 12 de corte.

Como se muestra en las Figs. 2 y 3, cada parte 58, 59 curvilínea radial alternativa del borde 12 de corte incluye una serie de valles 76, 78, 80, 82 que se extienden en una dirección longitudinal hacia abajo hacia el extremo 18 de la herramienta de la broca 10. Cada parte 58, 59 curvilínea del borde 12 de corte también incluye una serie de crestas 84, 86, 88 curvadas que hacen una transición suave entre la parte 56, 57 lineal adyacente, los valles 76, 78, 80, 82 respectivos y el borde 70 radial longitudinal o el radio 81 opcional del cuerpo 14 de la broca 10. Tal construcción proporciona un borde 12 de corte que forma una cara de corte no lineal en donde el único cambio direccional no tangencial de la superficie de corte se forma en la punta distal 60 asociada con el extremo 20 de trabajo en la interfaz entre las partes 56, 57 lineales en los lados opuestos de la línea central 30. Dicho de otra manera, las ubicaciones adyacentes a lo largo del borde 12 de corte son tangenciales entre sí excepto en la transición a través de la línea central 30 en la interfaz de las partes 56, 57 lineales opuestas. Dicho de otra manera, cada punta de corte 12 tiene una forma tangencial continua que se extiende a lo largo de toda la longitud o diámetro de la punta de corte en cada lado opuesto de la línea central 30. Como también se muestra en la Fig. 3, cada desviación asociada con una parte curvilínea respectiva del borde de corte que está más cerca el eje 30 longitudinal de la broca 10 se extiende en una dirección que está más alineada con el eje 30 longitudinal que una segunda desviación o parte de la forma curvilínea respectiva que está más cerca del borde 32 circunferencial exterior de la broca 10 que la primera parte y se extiende en una dirección que se acerca más a ser perpendicular al eje longitudinal 30 que la desviación orientada radialmente hacia el interior.

Volviendo momentáneamente a las Figs. 1 y 2, las ranuras o canales 28 y las fajas 22 alternativas se extienden a lo largo de una parte de la longitud longitudinal de la broca 10. Como se describió anteriormente, se prevén brocas que tienen otro número de canales y ranuras y están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Las partes 90, 92 de borde de corte radiales alternas se extienden a lo largo del borde longitudinal helicoidal de cada ranura y faja 22 respectivas. Se aprecia que las partes 90, 92 de borde de corte tienen forma y orientación con respecto al diámetro del borde 12 de corte para proporcionar solo un corte o "revestimiento" limitado de un agujero respectivo o proporcionar solo una interacción guiada de la broca 10 con las paredes laterales del agujero resultante formado por el borde 12 de corte de la broca 10. Como se explica más adelante con respecto a las Figs. 4-6, se prevé que las partes 90, 92 de borde puedan proporcionar dicho corte de revestimiento final para el agujero resultante.

Volviendo a las Figs. 2 y 3, cuando las partes 58, 59 curvilíneas del borde 12 de corte atraviesan en una dirección de rotación generalmente hacia atrás, o en una dirección opuesta a la dirección de rotación indicada por la flecha 96, alejándose del borde 12 de corte de la broca 10, el contorno asociado con las partes 56, 57 lineales, los valles 76, 78, 80, 82 y las partes 84, 86, 88 curvadas retroceden o se inclinan hacia el extremo 18 de la herramienta de la broca 10. Tal construcción reduce la interacción no deseada entre aquellas partes de la broca 10 que están desplazadas desde el borde 12 de corte hacia el extremo 18 de herramienta de la broca 10 mientras se mantiene suficiente estructura de la broca 10 próxima al borde 12 de corte para efectuar el proceso de corte sin fuerza hacia abajo indebida. El contorno de los valles 76, 78, 80, 82 y las partes 84, 86, 88 curvadas se estrechan en la dirección longitudinal hacia el extremo 18 de la herramienta y están orientados rotacionalmente con respecto a un plano orientado perpendicular a la línea central longitudinal 30 de la broca 10.

Preferiblemente, los canales asociados con los valles 76, 78, 80, 82 están rectificados en partes 58, 59 curvilíneas del borde 12 de corte, desviando así las partes 58, 59 curvilíneas de una forma sustancialmente lineal. Preferiblemente, cada faja 22 incluye una cara generalmente plana que mira a una ranura 28 correspondiente. Tal configuración proporciona una transición suave desde los valles 76, 78, 80, 82 al espacio que se extiende a lo largo de la longitud longitudinal de las fajas 22. Preferiblemente, cada valle 76, 78, 80, 82 tiene una longitud que está sustancialmente más cerca de la anchura más ancha de los respectivos valles 76, 78, 80, 82 que de una longitud longitudinal de la broca 10. Dicho de otra manera, aunque cada valle 76, 78, 80, 82 se extiende a lo largo del borde 12 de corte en una dirección generalmente a lo largo de la forma longitudinal de la respectiva fajas 22, dicha longitud es solo una parte muy pequeña de la longitud total de la longitud longitudinal del respectivo y correspondiente canal 22.

Las Figs.4-6 muestran una broca 100 según otra realización de la invención que también muestra mejoras inesperadas con respecto a su vida útil así como a la calidad del taladro o del taladro. Al igual que la broca 10, la broca 100 incluye un cuerpo 102 alargado que se extiende entre un extremo 104 de herramienta y un extremo 106 de trabajo. El cuerpo 102 está definido por un eje 108 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal o línea central 110 de la broca 100. Un cierto número de fajas 112, 114 se extienden de manera helicoidal alrededor de una parte de la broca 100. Las fajas 112, 114 se extienden desde un borde de corte 118 de la broca 100 hacia una parte de vástago 120 de la broca 100 y están separadas por respectivas ranuras o canales 122, 124. Un borde vuelto hacia delante rotacionalmente de cada faja 112, 114 está definido por una cara 126, 128 de corte que se extiende a lo largo del borde helicoidal delantero de la faja respectiva 112, 114. La cara orientada radialmente hacia fuera 130, 132 de cada faja 112, 114 incluye una serie de ranuras opcionales 138, 140, 142, 144 que están orientadas hacia atrás del borde 126, 128 de corte respectivo. Las ranuras 138, 140, 142, 144 reducen la resistencia asociada con el movimiento rotacional de la superficie radial exterior de las fajas 112, 114 pasado el material asociado con la formación de la perforación o del agujero.

Como se muestra en las Figs. 5 y 6, al igual que la broca 10, el borde de corte 118 de la broca 100 incluye una primera parte 152 lineal y una segunda parte 154 lineal que se extienden en direcciones generalmente radiales opuestas con respecto a la línea central 110 de la broca 100. El borde de corte 118 incluye primera y segunda partes 156, 158 curvilíneas que se extienden en direcciones radiales hacia fuera desde cada parte 152, 154 lineal hacia un primer borde circunferencial 160 de la broca 100. Como se mencionó anteriormente y como se explica más adelante, la broca 100 incluye un escalón 164 que proporciona una transición final entre el primer borde circunferencial 160 y un segundo o más grande borde circunferencial 166 de la broca 100. El borde circunferencial 166 está definido por el borde radial exterior asociado con las fajas 112, 114 y el borde 126, 128 de corte asociado con el mismo. Los bordes 160, 166 y el escalón 164 permiten que la parte de la broca 100 que está radialmente hacia el interior del escalón 164 elimine la mayor parte del material asociado con un agujero formado con la broca 100 y de manera que los bordes 126, 128 de corte y la parte radialmente orientada hacia adelante del escalón 164 proporcionan un revestimiento de agujero y/o un corte final asociado con la formación de un agujero respectivo.

Como se muestra en la Fig. 6, cada parte 156, 158 curvilínea incluye una serie de valles 170, 172 y una serie de crestas 174, 176, 178 que proporcionan una transición no lineal pero generalmente suave entre el primer borde circunferencial 160 y el borde radial exterior de la parte 152, 154 lineal respectiva de la broca 100. Al igual que la broca 10, la parte 152 lineal incluye un relieve que se extiende hacia atrás desde el borde de corte asociado con la parte lineal de la misma. Cada parte 152, 154 lineal de la broca 100 incluye un primer relieve 180 y un segundo relieve 182 que se estrechan en dirección hacia abajo hacia el extremo 104 de herramienta de la broca 100. Los relieves 180, 182 sirven para reducir la cantidad de material de la broca 100 que está hacia atrás respecto de la parte 152, 154 lineal del borde de corte 118 que hace contacto con el material del sustrato durante una operación de perforación debido a la rotación de la broca 100 en una dirección operativa, indicada por la flecha 186. De manera similar, cuando las ranuras o valles 170, 172 y crestas 174 , 176, 178 retroceden en una dirección de rotación hacia atrás, una dirección de rotación opuesta a la dirección 186, los valles 170, 172 y las crestas 174, 176, 178 se trasladan en una dirección longitudinal hacia abajo hacia el extremo de la herramienta 104 de la broca 100, respectivamente, para limitar esa parte de la superficie extrema de las respectivas zonas 112, 114 que está detrás de la respectiva parte 156, 158 curvilínea del borde 118 de corte que hace contacto con el material de trabajo durante la operación de perforación.

La forma sustancialmente no lineal del borde de corte asociado con las brocas 10, 100 aumenta la longitud de corte asociada con la operación de la punta de corte respectiva a más del 10% más que la longitud de corte de un material que está siendo trabajado o el diámetro de paso de entrada del agujero que está siendo formado. Por consiguiente, se cree que la longitud alargada del borde de corte proporcionada por las brocas 10, 100 mejora al menos parcialmente la vida operativa de la correspondiente broca 10. Se percibe que la forma de onda continua generalmente suave de la forma curvilínea del borde de corte introduce algunos beneficios en el proceso de corte que no se pueden conseguir con herramientas de perforación convencionales. La forma continuamente cambiante asociada con los bordes 12, 118 de corte parece dar como resultado un ángulo de corte que cambia continuamente del punto de interfaz o corte con el material con respecto a la dirección radial asociada con el corte. Se cree que este cambio da como resultado fuerzas cambiantes a lo largo de la interfaz de corte y dicha interacción aparentemente mejora la acción de corte, lo que puede tender a reducir los armónicos y/o la vibración de la herramienta, reducir las concentraciones de temperatura localizadas durante los procesos de perforación e incluso puede contribuir a proporcionar un proceso más suave y/o un corte más silencioso.

Aunque algunas brocas de la técnica anterior están provistas de bordes de corte en línea recta singulares o múltiples que pueden estar dispuestos en diferentes ángulos entre sí, la forma de los bordes 12, 118 de corte muestra resultados muy inesperados con respecto a la vida útil de la herramienta y a la calidad del agujero, lo que permite su uso de la broca 10, 100 más allá de la vida útil de herramientas tratadas y de tamaño comparable no equipadas con el borde 12, 118 de corte, respectivamente. En pocas palabras, las brocas 10 y 100 tienen una vida útil inesperadamente mucho más larga que la de otras herramientas de tamaño comparable. Como se explica adicionalmente más adelante, se cree que la vida operativa de las brocas 10, 100 se puede mejorar aún más con el uso de materiales de recubrimiento opcionales aplicados al menos al borde 12, 118 de corte y opcionalmente a lo largo de los bordes helicoidales longitudinales de uno o más canales y fajas asociados a los mismos.

Aunque se prevé proporcionar al menos el borde 12, 118 de corte de una broca con un tratamiento suplementario resistente al desgaste, tal como uno de una operación de bruñido, un proceso de granallado, un proceso de tratamiento térmico, un proceso de enfriamiento rápido y/o aplicar un recubrimiento con base de diamante o de diamante o material o recubrimiento similar al diamante (DLC), o un recubrimiento de deposición física de vapor (PVD), y preferiblemente, aplicar al menos uno de dichos tratamientos tanto al borde 12, 118 de corte como a la longitud longitudinal del borde radial exterior de al menos una parte de las respectivas ranuras y bordes, los inesperados beneficios de vida útil descritos anteriormente se han observado en brocas sin dicho tratamiento suplementario, lo que evidencia el rendimiento beneficioso de simplemente la forma del borde 12, 118 de corte. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente a partir de la divulgación del solicitante que tales procesos de tratamiento mejorarán aún más la vida operativa de la broca resultante.

Las puntas de corte 12, 18 incluyen una forma geométricamente definible de la punta de perforación o punta de corte en el extremo distal de una broca helicoidal. Aproximadamente el tercio radial central de la punta de corte es una sección en ángulo generalmente recto. Se aprecia que la sección en ángulo podría proporcionarse prácticamente en cualquier ángulo de corte que mantenga un vector de penetración, aunque la sección en ángulo recto se proporciona preferiblemente entre aproximadamente 105 grados y 160 grados desde el eje longitudinal de la broca. También se aprecia que la parte lineal del borde de corte se puede extender en diferentes porcentajes tales como más de 1/8 del diámetro total de corte, menos de 7/8 del diámetro total de corte o cualquier porcentaje intermedio. Como se muestra, el tercio radial central del borde 12 de corte se mantiene a aproximadamente 60-180 grados, o alternativamente 90 150 grados con respecto a la longitud longitudinal de la parte lineal del lado radial opuesto de la punta de corte o con respecto al eje longitudinal de la respectiva broca 10, 100. Dicho de otra manera, las partes radiales alternativas del borde 12, 118 de corte pueden estar separadas entre 40 y 180 grados con respecto a una y, más preferiblemente, están separadas por un ángulo o, alternativamente, aproximadamente entre 80 y 120 grados con respecto a la otra.

Radialmente hacia fuera de los extremos orientados radialmente hacia fuera del tercio radial central del borde 12, 118 de corte y preferiblemente de una manera sustancialmente tangencial con respecto al eje longitudinal de la broca respectiva, el borde 12, 118 de corte hace una transición a una serie de contornos pseudo-sinusoidales que hace una transición al borde exterior más grande radial o al menos casi circunferencial de la broca respectiva. Preferiblemente, cada transición geométrica o cambio de dirección es suave y no proporciona ninguna discontinuidad escalonada a la forma del borde 12, 118 de corte excepto en la transición entre los lados radiales alternos del borde 12, 118 de corte y que se produce en la línea central 30, 110 de la broca respectiva 10, 100. Preferiblemente, el borde 12, 118 de corte, y la geometría del mismo, se imparte en la punta de perforación rectificando la forma en el extremo asociado con el borde 12, 118 de corte de la broca, pero se aprecia que otros medios de formar el borde 12, 118 de corte están previstos y, teniendo en cuenta esta descripción, están dentro de la experiencia de los expertos en la técnica.

Se ha demostrado que cada uno de los bordes 12, 118 de corte aumenta dramáticamente la vida efectiva u operativa de la broca 10, 100. Es decir, se ha demostrado que el borde 12, 118 de corte aumenta sustancialmente el número y la calidad de los agujeros que una broca puede producir antes de fallar, independientemente de la broca y del material de la pieza de trabajo. Es decir, se aprecia que el borde 12, 118 de corte, puede mejorar la calidad de los agujeros y el número de agujeros que se pueden perforar a través de diversos materiales, incluidos, entre otros, materiales a base de metal tales como aluminio, latón, carbono y aceros inoxidables y aleaciones materiales de fundición, laminados y vidrio y/o materiales reforzados con fibra tales como materiales reforzados con fibra de boro o carbono. Se aprecia que tales materiales, así como la perforación de agujeros en dichos materiales, tienen aplicabilidad en una serie de industrias que incluyen los campos de construcción, automoción y fabricación y mantenimiento de aeronaves. Se cree que las brocas 10, 100 proporcionan un acabado de agujero deseado y una vida útil de la broca que excede las capacidades de cualquier producto de tamaño comparable actualmente disponible. Se aprecia además que las brocas 10, 100 se pueden formar a partir de cualquier número de materiales, pero preferiblemente están formadas por un material de herramienta de carburo.

Aunque en las figuras se muestran las brocas 10, 100 con una forma y configuración específicas como lo indican las diversas dimensiones analizadas haciendo referencia a las figuras, se aprecia que las brocas 10, 100 podrían proporcionarse en factores de forma de varios diámetros de broca para proporcionar diferentes tamaños de agujeros, cualquier número de ondas proporcionadas en el borde 12, 118 de corte, formas de onda que tienen diferentes frecuencias y amplitudes de onda (lo que afectará los radios de onda inherentes), tamaños variados asociados con el radio de la esquina exterior en la unión de la punta de corte con el diámetro exterior de la broca, partes centrales con varios ángulos y longitudes operativas, posiciones relativas alternas de la onda de la punta de corte con respecto a la línea central de la broca, números y profundidades alternos de canales y pares de fajas a lo largo de la longitud longitudinal de la broca, etc. En un aspecto preferido, la punta de corte 10, 100 de las brocas tiene una forma curvilínea generalmente suave en donde el único cambio de dirección no tangencial al borde asociado con el proceso de corte se produce en la línea central de la broca respectiva y entre las partes radiales interiores lineales del respectivo borde de corte.

En un aspecto preferido, las profundidades relativas entre los contornos alternativos de la parte curvilínea de la punta de corte respectiva están preferiblemente entre 1-4% del diámetro total de la broca respectiva y preferiblemente son aproximadamente 2,4% del diámetro de la broca. Un radio circunferencial exterior, tal como el radio asociado con las crestas 81, 178 radiales exteriores, cuando está presente, está preferiblemente entre 10-20 % del diámetro total de la broca y preferiblemente aproximadamente o igual al 15 % del diámetro de la broca. Preferiblemente, el radio asociado con cada valle y cresta, tal como valles y crestas 76, 78, 80, 82, 84, 86, 170,172, 174, 176 está entre aproximadamente 5-15% del diámetro de la broca y es preferiblemente aproximadamente o igual al 9,5% del diámetro total. Con respecto a los rangos especificados anteriores y el uso del término aproximadamente con respecto a los mismos, se aprecia que el término "más o menos" es el mismo que "aproximadamente" e incluye todos los valores porcentuales discretos dentro de cada rango respectivo. Se aprecia además que aunque cada uno de los bordes 12, 118 de corte, se muestra con solo dos rebajes o valles a lo largo de la longitud longitudinal orientada radialmente del borde de corte respectivo, se podrían proporcionar otros números de contornos positivos y/o negativos como la longitud longitudinal del borde de corte en función del diámetro de la broca resultante y la longitud correspondiente de las respectivas secciones lineales de los respectivos bordes de corte.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una broca (10; 100) o herramienta de perforación que comprende:

- un eje (16; 108) que se extiende a lo largo de un eje (30; 110) longitudinal que tiene un vástago (18; 104) que se puede acoplar con una herramienta en un extremo (18; 104) del eje (16; 108) y una punta de corte (20; 106) en un extremo opuesto del eje (16; 108);

en donde la punta (20; 106) de corte comprende además:

- al menos dos bordes (12; 118) de corte que se extienden cada uno en una dirección radial hacia fuera entre el eje (30; 110) longitudinal del eje (16; 108) y una circunferencia exterior del eje (16; 108), estrechándose cada borde (12; 118) de corte hacia el vástago (18; 104) a medida que el borde (12; 118) de corte se extiende en una dirección radial hacia fuera desde el eje (30; 110) longitudinal; y

- cada borde (12; 118) de corte incluye al menos una desviación desde una forma (56, 57; 152, 154) lineal, teniendo la al menos una desviación una forma (58, 59; 156, 158) curvilínea que se extiende entre la forma (56, 57; 152, 154) lineal de un borde de corte respectivo (12; 118) y un borde (70; 166) radial exterior del eje (16; 108), caracterizado por que

- cada forma (58, 59; 156, 158) curvilínea del respectivo borde (12; 118) de corte incluye una serie de valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) que se extienden en una dirección longitudinal hacia abajo hacia la un extremo (18; 104) del eje (16; 108) y una serie de crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas que hacen una transición suave entre la forma (56, 57; 152, 154) lineal adyacente, los respectivos valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y el borde (70; 166) radial exterior del eje (16; 108), y por que

- los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y las crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas regresan en una dirección de rotación hacia atrás, una dirección de rotación opuesta a la dirección (96 , 186) de rotación de la broca (10; 100) o herramienta de perforación durante la operación de perforación, y los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y las crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas se trasladan en una dirección longitudinal hacia abajo hacia un extremo (18; 104) del eje (16; 108); y por que

- un contorno asociado a la forma lineal (56, 57; 152, 154), los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y las crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas retrocede o desciende hacia un extremo (18; 104) del eje (16; 108).

2. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 1, en donde al menos está dispuesta una desviación entre una parte (56, 57; 152, 154) lineal del borde (12; 118) de corte respectivo y un borde interior radial de un radio formado en una intersección del borde (12; 118) de corte respectivo y el borde (70; 166) radial exterior del eje (16; 108).

3. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 1, que comprende además un recubrimiento aplicado a los bordes (12; 118) de corte de la punta de corte (20; 106).

4. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 3, en donde el recubrimiento se define además como al menos uno de un recubrimiento de diamante, un recubrimiento similar al diamante (DLC) y un recubrimiento de PVD.

5. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 1, en donde la forma (56, 57; 152, 154) lineal se extiende aproximadamente por un tercio de la longitud longitudinal total de cada borde (12; 118) de corte y está orientada más cerca del eje (30; 110) longitudinal del eje (16; 108).

6. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 1, en donde cada borde (12; 118) de corte incluye al menos dos desviaciones de la forma (56, 57; 152, 154) lineal y las al menos dos desviaciones están situadas entre la forma (56, 57; 152, 154) lineal y el borde (70; 166) radial exterior del eje (16; 108).

7. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 6, en donde solo está formada una discontinuidad no tangencial de la punta (20; 106) de corte en el eje (30; 110) longitudinal del eje (16; 108) entre los al menos dos bordes (12; 118) de corte.

8. La broca o herramienta de perforación de la reivindicación 1, en donde una primera parte de cada forma curvilínea (58, 59; 156, 158) que está más cerca del eje (30; 110) longitudinal se extiende en una dirección que está más alineada con el eje (30; 110) longitudinal que una segunda parte de la forma curvilínea (58, 59; 156, 158) que está más cerca de la circunferencia exterior del eje (16; 108) que la primera parte y se extiende en una dirección que se acerca a ser perpendicular a la eje (30; 110) longitudinal.

9. Un método para formar una herramienta (10; 100) de perforación que comprende:

- proporcionar un cuerpo (14; 102) alargado que se extiende a lo largo de un eje (30; 110) longitudinal, teniendo el cuerpo (14; 102) alargado un primer extremo (18; 104) configurado para cooperar con una herramienta de accionamiento y un punto (20; 106) de corte formado en un segundo extremo del cuerpo (14; 102) alargado opuesto al primer extremo (18; 104);

- formar una primera parte (56; 152) lineal y una segunda parte (57; 154) lineal de al menos dos bordes (12; 118) de corte que se extienden cada uno en una dirección radial hacia fuera entre el eje (30; 110) longitudinal y una circunferencia exterior del cuerpo (14; 102) alargado a lo largo de un borde distal del punto (20; 106) de corte, estando la primera parte (56; 152) lineal y la segunda parte (57; 154) lineal en lados opuestos del eje (30; 110) longitudinal; y

- formar un primer contorno (58; 156) curvilíneo y un segundo contorno (59; 158) curvilíneo de los al menos dos bordes (12; 118) de corte en el borde distal del punto (20; 106) de corte, estando cada contorno (58, 59; 156, 158) curvilíneo desplazado en una dirección radial desde el eje (30; 110) longitudinal del cuerpo alargado y situado radialmente fuera de una respectiva primera parte (56; 152) lineal y de la segunda parte (57; 154) lineal, de manera que una única discontinuidad no tangencial del punto (20; 106) de corte está definida por una transición entre la primera parte (56; 152) lineal y la segunda parte (57; 154) lineal en una intersección del eje (30; 110) longitudinal, caracterizado por que

- el primer contorno (58; 156) curvilíneo y el segundo contorno (59; 158) curvilíneo de los al menos dos bordes (12; 118) de corte están formados de manera que cada uno de ellos incluye un número de valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) que se extienden en una dirección longitudinal hacia abajo, hacia el primer extremo (18; 104) del cuerpo (14; 102) alargado, y una serie de crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas que hacen una transición suave entre la parte (56, 57; 152, 154) lineal adyacente, los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) respectivos y la circunferencia exterior del cuerpo (14; 102) alargado, y por que

- los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y las crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas están formados para retroceder en una dirección de rotación hacia atrás, una dirección de rotación opuesta a la dirección (96, 186) de rotación de la herramienta (10; 100) de perforación durante la operación de perforación, y los valles (76, 78, 80, 82; 170, 172) y las crestas (84, 86, 88; 174, 176, 178) curvadas están formados para trasladarse en una dirección longitudinal hacia abajo hacia el primer extremo (18; 104) del cuerpo (14; 102) alargado; y por que

- un contorno asociado con la primera parte (56; 152) lineal y la segunda parte (57; 154) lineal, los valles (76, 78, 80, 82) y las crestas (84, 86, 88) curvadas del primer contorno (58, 156) curvilíneo y del segundo contorno (59, 158) curvilíneo respectivos están formados para retroceder o descender hacia el primer extremo (18; 104) del cuerpo (14; 102) alargado.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además girar el cuerpo (14; 102) alargado para formar una hélice que se extiende a lo largo del cuerpo alargado y está definida por al menos dos fajas (22; 112, 114).

11. El método de la reivindicación 10, que comprende además formar al menos una ranura (28; 122, 124) en una superficie orientada radialmente hacia fuera entre cada una de las al menos dos fajas (22; 112, 114).

12. El método de la reivindicación 9, que comprende además tratar el punto (20; 106) de corte para conseguir resistencia al desgaste después de formar los contornos curvilíneos (58, 59; 156, 158).

13. El método de la reivindicación 12, en donde el tratamiento está definido además como al menos uno de entre una operación de bruñido, un proceso de granallado, un proceso de tratamiento térmico, un proceso de enfriamiento rápido o un proceso de recubrimiento.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el tratamiento está definido además como un proceso de recubrimiento que incluye aplicar al menos uno de un material a base de diamante, un recubrimiento similar al diamante (DLC) y un recubrimiento PVD a al menos el punto de corte de la herramienta de perforación.