<p>Descrição dos desenhos</p></td></tr>
<tr><td>
<p>1</p></td><td>
<p>Á estrutura, funcionamento e vantagens da pre-</p></td></tr>
<tr><td>
<p>*</p></td><td>
<p>sente invenção serão evidentes, se se considerar a seguinte descrição tomada em conjunto com os desenhos anexos nos quais</p></td></tr>
<tr><td rowspan="2">
<p></p></td><td>
<p>a Figura 1 é uma vista isomátrica parcial, muito</p></td></tr>
<tr><td>
<p>exagerada para servir como ilustração, que mostra um suporte</p></td></tr>
<tr><td>
<p></p></td><td>
<p>de torneamento de acordo com a presente invenção que está a</p></td></tr>
<tr><td>
<p></p></td><td>
<p>realizar um corte numa peça cilíndrica em bruto;</p></td></tr>
<tr><td>
<p></p></td><td>
<p>a Figura 2 é uma vista isométrica parcial do supor-</p></td></tr>
<tr><td>
<p>||f</p></td><td>
<p>te de torneamento representado na Figura 1;</p></td></tr>
<tr><td>
<p>Hl 5</p></td><td>
<p>a Figura 3 ê uma vista lateral ampliada da Figura</p></td></tr>
<tr><td>
<p></p></td><td>
<p>1 na área do corte;</p></td></tr>
<tr><td>
<p>|ÍÈ.</p></td><td>
<p>a Figura 3a é uma vista lateral ampliada da Figura</p></td></tr>
<tr><td rowspan="2">
<p>i -</p></td><td>
<p>1 no começo do corte para formar uma apara;</p></td></tr>
<tr><td>
<p>a Figura 3b é uma vista lateral, como a represen-</p></td></tr>
<tr><td>
<p>. .i/ff ' .</p></td><td>
<p>tada na Figura 3a, em que a apara que está a ser produzida</p></td></tr>
<tr><td>
<p>.-</p></td><td>
<p>contacta com a aresta da frente do suporte da ferramenta;</p></td></tr>
<tr><td>
<p>||i·'</p></td><td>
<p>a Figura 3c £ uma vista lateral, como se represen-</p></td></tr>
<tr><td>
<p>fl}/' \</p></td><td>
<p>ta na Figura 3a, em que a apara que se está a produzir se</p></td></tr>
<tr><td>
<p>J</p></td><td>
<p>move mais ao longo da superfície superior do suporte da ferre menta; e</p></td></tr>
<tr><td>
<p>iSít"·'</p></td><td>
<p>a Figura 4 á uma vista lateral, semelhante à da</p></td></tr>
<tr><td>
<p></p></td><td>
<p>Figura 3, dum sistema de arrefecimento por alagamento da</p></td></tr>
<tr><td>
<p>-</p></td><td>
<p>técnica anterior.</p></td></tr>
</table><img file="PT78562B_D0001.tif"/>
<p>-16</p><img file="PT78562B_D0002.tif"/>
<p>Descrição pormenorizada da invençSo</p><img file="PT78562B_D0003.tif"/>
<p>Fazendo referência aos desenhos, neles está representado um suporte de ferramenta 10 para maquinar uma peça metálica 12 de acordo com o processo da presente invenção. A peça a trabalhar 12 é montada num prato de grampos (não representado) que £ apropriado para fazer rodar a peça a trabalhar 12 no sentido indicado pela seta na Figura 1, 0 suporte da ferramenta 10 ê um suporte de torneamento para realizar uma operação de torneamento mas deve-se compreender que o processo de maquinar de acordo com a presente invenção é aolicjável a outras operações de trabalho à máquina tais como fresagem, mandrilagem, corte, abertura de ranhuras, abertura de roscas e furação e o suporte da ferramenta 10 é representado para servir como ilustração. 0 suporte da ferramenta 10 compreende uma barra de suporte com um comutador 16, adaptada para receber um inserto de corte 18 que tem uma superficie superior 17 que termina num gume de corte 19, 0 inserto de corte 18 é fixado dentro do comutador 16 por meio dum grampo 20 que se prolonga ao longo do rebordo da barra de suporte 14 até um ponto distanciado do gume de corte 19 do inserto 18<sub>O</sub> 0 grampo 20 é removivelmente fixado na barra de suporte 14 por meio dum parafuso ou de qualquer outro meio apropriado.</p>
<p>Na extremidade do grampo 20, oposta ao inserto de corte 18, forma-se uma abertura 24 que recebe um acessório 26 ligado a uma extremidade duma tubagem de alimentação do fluido de arrefecimento 28. A extremidade oposta da tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 está ligada a uma bomba de alta pressão 30 (representada esquematicamente) que tem uma capacidade de caudal e de pressão como se refere mais adiante. Na extremidade anterior 21 do grampo 20, oposta à tubagem de alimentação do fluido de arrefecimento 2é, encontrâ-se formado um orifício de saida 32, Multo embora nos desenhos se encontre representado apenas um único orifício de</p><img file="PT78562B_D0004.tif"/>
<p>saida 32, prevê-se que no grampo 20 se possam formar dois ou mais orificios de saída 32, dependendo do corte que se pretende fazer. 0 fluido de arrefecimento é transportado através do grampo 20 a partir da tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 para o orifício de sa,ída 32 por intermédio duma passagem principal 34 ligada numa extremidade à tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 e de uma passagem de transição 36 formada entre a passagem principal 34 e o orifício de descarga 32. Preferivelmente, a parede interior 37 da passagem de transição 36 é muito bem polida polindo em primeiro lugar com uma pasta de diamante e depositando em seguida uma substância tal como vidro silicioso usando um processo de deposição de vapor conhecido. 0 acabamento da parede interior 37 da passagem de transição 36 não deve apresentar irregularidades da superfície maiores do que cerca de 10 micron.</p>
<p>A bomba 30, a tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 e as passagens 34 e 36 constituem um sis</p>
<p>tema de alimentação de fluido de arrefecimento para originar um jacto 38 de fluido de arrefecimento de alta velocidade e sob elevada pressão que é ejectado pelo orifício de descarga 32. Dependendo de um certo número de factores tais como por exemplo o tipo de material que constitui a peça metálica a trabalhar 12, a velocidade a que roda a peça a trabalhar 12 e a velocidade de avanço do suporte da ferramenta 10, escolhe-se uma bomba 30 que tem uma capacidade de caudal e de pre são particular. Mais adiante descreve-se pormenorizadamente um exemplo do modo como se escolhe uma bomba 30 para uma apli cação particular. Preferivelmente, a tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 é dimensionada de acordo com a capacidade de caudal da bomba 30 de maneira a originar um caudal de fluido de arrefecimento da bomba 30 para a abertura 24 do grampo 20 correspondente a uma velocidade de cerca de 6,1 a 12,2 metros por segundo (20 a 40 pés por segundo). Veri ficou-se que, a esta velocidade, o fluido de arrefecimento</p><img file="PT78562B_D0005.tif"/><img file="PT78562B_D0006.tif"/>
<p>se desloca ao longo da tubagem de alimentação de fluido de arrefecimento 28 com a turbulência mínima e com perdas insignificantes devido à resistência à passagem. Numa forma de realização preferida da presente invenção, o diâmetro da passagem principal 34 formada no grampo 20 é aproximadamente igual ao diâmetro da tubagem de alimentação do fluido de arre fecimento 28. Esse facto garante que o fluido de arrefecimento conserva uma velocidade de cerca de 6,1 a 12,2 metros por segundo (20 a 40 pés por segundo) dentro da passagem principal 36 do suporte da ferramenta 10 para evitar a turbulência. Embora nãáfeseja necessário formar a tubagem de alimentação 28 ©u a passagem principal 34 com secçães rectas transversais circulares, prefere-se uma secção recta circular para simplificar o trabalho à máquina do suporte da ferramenta 10 e por causa da existência no mercado de tubos ou mangueiras normalizadas.</p>
<p>0 fluido de arreAcimento que entra na passagem de transição 36 acelera de uma velocidade de 6,1-12,2 metros por segundo na passagem principal 34 atê uma velocidade tipicamente maior do que 122 metros por segundo (400 p<sub>t</sub>ês por segundo), formando um jacto de fluido de arrefcimento 38 que ,é e jectado do orifieio de descarga 32. Preferivelmente, a passagem de transição 36 é de forma troncocónica de maneira que a sua parede interior 37 é uniformemente inclinada desde a passagem principal 34 até ao orifieio de descarga 32. Como mostram as Piguras, a passagem principal 34 © a passagem de transição são colineares. Isso permite que o fluido de arrefecimento tenha um percurso em linha recta desde a abertura 24 em que entre no suporte da ferramenta 10 atê ao orifício de descarga 32 em que ê ejectado. 0 percurso linear do fluido de arrefecimento proporcionado pelas passagens 34, 36 reduz ao minimo a tutoulència e a resistência à passagem que, de outra forma, retardariam a corrente de fluido de arrefecimento e evitaria a obtenção da velocidade pretendida no prifício de descarga 32. O ângulo agudo formado pela parede 37 da passagem de transição no orifício de descarga 32 é preferivelmente menor do que cerca de 20 graus e origina uma inclinação gradual ao longo da passagem de transição 36 que ainda ajuda a evitar a turbulência quando o fluido de arrefecimento é acelerado até ao orificio de descarga 32. A fim de garantir uma suficiente aceleração do fluido de arrefecimento, a passagem de transição 36 é preferivelmente formada com um comprimento aproximadamente igual a 20 vezes o diâmetro do orifício de descarga 32. Se o orifício de descarga 32 não tiver a secção recta circular, calcula-se em primeiro lugar a sua área e, depois, o comprimento da passagem de transição 36 é feito igual a aproximadamente 20 vezes o diâmetro duma secção recta circular que tem a mesma área. 0 diâmetro ou a dimensão transversal maior do orifício de descarga 32 é preferivelmente aproximadamente igual à profundidade D do corte feito na peça a trabalhar 12, como se representa exageradamente na Figura 1 com a finalidade de servir como ilustração. A átfea total da secção recta do orifício de descarga 32 depende da energia do jacto do fluido de arrefecimento 38 neces sária para uma operação de corte particular e, mais adiante, refere-se um exemplo em que se calcula o tamanho do orifício de descarga para uma aplicação particular.</p>
<p>A extremidade anterior 21 do grampo 20 e o orifício de descarga 32 ficam distanciados do gume de corte 19 do inserto 18 de uma distância 40 que depende da velocidade de alimentação com que a peça a maquinar 12 é cortada.</p>
<p>Como se sabe, a velocidade de alimentação numa operação de torneamento como se representa nas Figuras é a distância que a ferramenta 10 avança ao longo do eixo longitudinal da peça a trabalhar 12 por cada rotação da peça a trabalhar. De acor do com uma forma de realização preferida da presente invençãt,</p>
<p>a distância 40 entre o gume de corte 19 e o orifício de descarga 32 está compreendida*dentro do intervalo de cerca de 6 a 10 vezes a velocidade de alimentação ou β a 10 vezes a distância que o suporte da ferramenta 10 ou o inserto 18 avança axialmente ao longo da peça a trabalhar 12 por cada rotação desta 12.</p>
<p>Antes de referir o funcionamento do suporte da ferramenta 10 de acordo com o processo da presente invenção,</p>
<p>& importante notar os aspectos de um problema típico de trabalho à máquina e os problemas por ele criados. Como se sabe ® encosto do gume de corte 19 do inserto 18 com a peça a trabalhar 12 retira metal com a forma de uma apara 42. A apara 42 tem uma largura igual à profundidade D do corte feito na peça a trabalhar 12 e a espessura da apara 42 é igual à distância que o suporte da ferramenta 10 se move lateralmente ao longo da peça a trabalhar 12 por cada rotação da peça a trabalhar 12. Como se vê melhor nas Figuras 3b e 3c, a apara 42 é realmente formada por corte do metal sobre a superfície da peça a trabalhar 12 ao longo de planos de corte bem definidos 44. A apara 42 compreende uma pluralidade de secções finas individuais 46 de metal que deslizam relativamente umas às outras ao longo de planos de corte 44 enquanto a peça a trabalhar 12 roda encostada ao gume de cor te 19 inserto 18. Deve ter-se presente que a posição das finas secções 45 da apara 42 umas em relação às outras está representada exageradamente nos desenhos para melhor ilustração e, na realidade, tem a aparênciaâuma superfície essen cialmente lisa.</p>
<p>Há muitas fontes de libertação de calor na área de corte 48 imediatamente perto do gume de corte 19 e do lado de baixo da apara 42. 0 calor é libertado pelo contacto abra sivo e oom atrito do gume de corte 19 com a peça a trabalhar 12, por contacto da apara 42 com a superfície superior 17 do inserto e também como resultado do atrito produzido por secções adjacentes 46 da apara 42 quando elas deslizam relativamente umas às outras ao longo dos planos de corte 44· A</p><img file="PT78562B_D0007.tif"/><img file="PT78562B_D0008.tif"/><img file="PT78562B_D0009.tif"/><img file="PT78562B_D0010.tif"/><img file="PT78562B_D0011.tif"/><img file="PT78562B_D0012.tif"/><img file="PT78562B_D0013.tif"/>
<p>></p><img file="PT78562B_D0014.tif"/>
<p>- 21 temperatura na interface gume de corte 19 / peça a trabalhar 12 pode ser da ©rdem de grandeza de 815°C eu superior e a temperatura da apara 42» quando é cortada da peça a trabalhar 12» provocada pelo movimento das secções 46 que formam a apara 42 ao longo dos seus planos de corte 44 pode mesmo ser superior.</p>
<p>Fazendo referência à Figura 4» nela ilustra-se uma operação de corte realizada com uma ferramenta de corte de concepção típica que usa arrefecimento com alagamento. Usan do esta concepção da técnica anterior, o intenso calor libertado nas aparas 50 pode provocar a formação de crateras no inserto de corte 51 que origina a ruptura. Quando as aparas 50 são cortadas da superfície exterior da peça a trabalhar 52, elas movem-se ao longo da superfície superior do inserto de corte 51. 0 calor produzido pelas aparas 50, asei* como o seu encosto de atrito com a superfície superio:? do inserto de corte 51, faz fundir e retira uma pequena por ção do metal do inserto de corte 51 criando depressões ou crateras 53. Estas crateras ou bolsas de metal retirado eventualmente atingem um tamanho suficiente para provocar a ruptura do inserto de corte 51 em combinação com o contacto com abrasão entre o inserto de corte 51 e a peça a trabalhar 52.</p>
<p>Reconhecendo estes aspectos de uma operação de cor te, é um dos objectivos principais da presente invenção retirar a maior quantidade possível de calor da área de corte 48 e resistir ao contacto da apara 42 com a superfície superior 17 do inserto de corte 18. A maneira como estes objectivos são atingidos usando o dispositivo e o método de trabalho à máquina de peças metálicas a que se refere a presente invenção é convenientemente descrita com referên cia a uma operação de corte.</p>
<p>Fazendo agora referência às Figuras 3 - 3c, uma operação de corte de acordo com o método da presente invenção efectua-se da seguinte maneira. Com a bomba 30 em</p>
<p>funcionamento e sendo ejectado um jacto de fluído de arrefecimento 38 a partir do orifício de descarga 32, o gume de corte 19 do inserto 18 contacta inicíalmente com a peça a trabalhar 12 e move-se para dentro de uma profundidade predeterminada D. 0 suporte da ferramenta 10 é então feito avançar axialmente ao longo do eixo longitudinal da peça a trabalhar 12 com uma velocidade de alimentação predeterminada ou percorrendo uma distância axial predeterminada por cada rotação da peça a trabalhar 12. 0 metal na superfície da peça a trabalhar 12 é cortado pelo gume de corte 19 e uma apara 42 começa a mover-se ao longo da superfície superior 17 do inserto 18 (ver Figura 3»)· Neste momento, a apara 42 contacta com a superfície superior d© inserto 18 e o jacto de fluido de arrefecimento 38 ejectado a partir do orifício de descarga 32 choca de encontro/ à parte da frente da apara 42, à sua superfície superior e à peça a trabalhar 12.</p>
<p>A operação de trabalho à máquina prossegue como se representa na Figura 3b. A apara 42 continua a avançar ao longo da superfície superior 17 do inserto de corte 18 até contactar com a extremidade da frente 21 do grampo 20. Como se mostra melhor na Figura 2, a extremidade da frente 21 do grampo 20 é inclinada e inserida directamente na superfície do inserto 18. Assim que contacta com a extremidade da frente 21 do grampo 20, a apara é voltada para cima por acção da superfície em ângulo 23 do grampo 20 e passa por cima do orifício de descarga 32. Com a apara 42 encostada à superfície inclinada 23 do grampo 20 como se mostra nas Figuras 3b e 3c, em volta do orifício de descarga 32 forraa-se um recinto ou uma cavidade 60 substancialmente vedados que tem seis lados ou paredes. A cavidade 60 é formada pela peça a trabalhar 12, a superfície inclinada 23 do grampo, o lado inferior 41 da apara 42 e a superfície superior 17 do inserto 18. Como se vê nas Figuras 3 - 3c, a peça a trabalhar 12 forma uma parede oposta ao orifício de descarga 32 e por trás da apara 42, as paredes superior e inferior</p><img file="PT78562B_D0015.tif"/><img file="PT78562B_D0016.tif"/>
<p>da cavidade 60 são formadas pela parte de baixo 41 da apara 42 e superfície superior 17 do inserto 18, respectivamente, e a superfície em ângulo 23 do grampo 20 forma a parede da cavidade 60 oposta ao corte na peça a trabalhar 12. A aresta da apara 42 que se prolonga a partir da peça a trabalhar 12 forma uma área aberta 61 na cavidade 60 uma vez que a apara 42 contacta com o grampo 20 e se dobra para cima a partir da superfície 17 do inserto 18 (veja-se Figura 1). Verifioou-se no entanto que a apara 42 tende a tercer-se na direcção da área aberta 61 em direcção à superfície superior 17 do inserto 18 e minimiza a perda de fluido de arrefecimento através da área aberta 61. A apara 42 continua a mover-se ao longo da superfície em ângulo 21 do grampo 20 até que a sua extremidade 43, ainda ligada à peça a trabalhar 12, se fractura para separar completamente a aparí, 42 da peça a trabalhar 12, como se descreve mais adiante.</p>
<p>A Requerente descobriu que, para retirar efectivamente o calor da parte de baixo 41 da apara 42 e da interface gume de corte 19 / peça a trabalhar 12 dentro da área de corte 48, um jacto de fluído de arrefecimento com alta velocidade e sob alta pressão 38 deve realmente atingir a área de corte 48 sem primeiramente se vaporizar completamente. Uma lubrificação melhorada da interface guma de corte 19 / peça a trabalhar e uma maior resistência ao contacto entre a superfície superior 17 do inserto 18 e a apara 42 dependem também da introdução com êxito do jacto de fluido de arrefecimento com elevada velocidade 38 na área de corte 48.</p>
<p>Na fase inicial da operação de corte, representada na Figura 3a, a pressão do jacto de fluido de arrefecimento 38 é substancialmente reduzida, imediatamente depois de sai:· do orifício de descarga 32. Isto é assim porque o jacto de fluído de arrefecimento 38 não fica confinado dentro duma cavidade mas exposto à pressão atmosférica. Neste momento, o jacto de fluído de arrefecimento 38 escorre principalmen........ÍÍf </p>
<p>7</p><img file="PT78562B_D0017.tif"/><img file="PT78562B_D0018.tif"/><img file="PT78562B_D0019.tif"/>
<p>#<sup>s</sup></p>
<p>í|</p>
<p>:S '</p>
<p>X<sup>a</sup></p><img file="PT78562B_D0020.tif"/>
<p>^Fí/F</p>
<p>lí;</p>
<p>ÍI</p><img file="PT78562B_D0021.tif"/>
<p>L·</p><img file="PT78562B_D0022.tif"/>
<p>te ao longo da parte superior da apara 42. No entanto, quan do a apara 42 avança em contacto com a extremidade da frente 21 do grampo como se mostra nas Figuras 3"b e 3c, ela fica por cima do orifício de descarga 32 e veda ou encerra-o dentro da cavidade 60. Muito embora seja criada uma certa perda de velocidade e da pressão do fluído de arrefecimento pelo lado voltado para fora da cavidade 60 ou área aberta 61, o jacto de fluído de arrefecimento 38 ejectado a partir do orifício de descarga 32 fica confinado dentro de uma cavidade substancialmente vedada ou fechada 60. A cavidade 60, com efeito, forma um prolongamento da passagem de transição fechada 36 dentro do grampo 20 de maneira a manter a veloci dade e a pressão desenvolvidas no jacto do fluído de arrefecimento 38 numa zona situada por baixo da apara 42 na ares de corte 48.</p>
<p>A Requerente descobriu que a distância 40 entre o orifício de descarga 32 e o gume de corte 19 do inserto é importante para o funcionamento apropriado do suporte da ferramenta 10 como se descreveu anteriormente. Preferivelmente, o espaço 40 entre o orifício de descarga 32 e o gume de corte 19 está compreendido entre cerca de 6 e 10 vezes a velocidade de alimentação da operação de trabalho à máquina eu 6 a 10 vezes a distância axial percorrida pelo suporte da ferramenta 10 por cada rotação da peça a trabalhar 12. Experiências mostraram que, se o orifício de descarga 32 ficar colocado demasiadamente perto do gume de corte 19, o jacto de fluído de arrefecimento 38 não pode ser forçado por baixo da apara 42. A apara 42 e a peça a trabalhar 12 formam uma barreira que deflecte o jacto de fluído de arrefecimento 38 criando turbulência em vez de uma corrente por baixo da apara 42. A colocação do orifício de descarga 32 demasiadamente afastado do gume de corte 19 não permite que a apara 42 vede apropriadamente de encontro à superfície inclinada 23 do grampo 20, o qual é necessário para formar a cavidade 60. Verificou-se que o jacto de fluído de arrefecimento 38 pelo menos arrefece parcialmente a parte superior</p>
<p>- 25 /xJBBk*·-**</p>
<p>'/ [</p>
<p>da apara 42 quando ele se forma inicialmente. Isso cria uma diferença de temperatura entre a superfície superior e o lado inferior 41 da apara 42 que tende a dobrar a apara 42 para cima. Se o grampo 20 estiver posicionado demasiadamente longe do gume de corte 19 do inserto 18, a apara 42 dobra-se para cima afastando-se do inserto 18 antes de poder contactar com a superfície inclinada 23 do grampo 20. A Requerente descobriu que o posicionamento preferido do orifício de descarga 32 em relação ao gume de corte 19, acima especificada, evita que a apara 42 se volte para cima a partir da superfície 17 do inserto 18 sem contactar eom a superfície inclinada 23 do grampo 20.</p>
<p>Conseguem-se várias vantagens mediante a introdução de um jacto 38 de fluído de arrefecimento eom grande velocidade e com elevada pressão entre a superfície superior 17 do inserto de corte 18 e a superfície inferior 41 da apara 42 com a posição confinada do orifício de saída 32 por baixo da apara 42. A Requerente descobriu que, nestas condições, o jacto de fluído de arrefecimento 38 a alta velocidade assim produzido á capaz de furar a barreira de vapor desenvolvida na área de corte 48 pelo calor libertado pela formação da apara 42 e pelo contacto entre o gume de corte 19 e a peça a trabalhar 12. Uma vantagem em reduzir o calor libertado no lado de baixo da apara 42 é que a fusão do inserto 18 é substancialmente reduzida e os problemas da formação de crateras e da abrasão do gume de corte são assim atenuados com o consequente aumento da duração do inserto.</p>
<p>0 segundo benefício obtido pela condução do calor para fora da apara 42 dentro da área de corte 48 refere-se à remoção da apara. Como o jacto de fluído de arrefecimento 38 fica confinado dentro da cavidade 60, há uma eficiente transferência de calor entre a apara muito quente 42 e o inserto 18 e o jacto de fluído de arrefecimento à temperatura ambiente. Devido à grande área superficial apresentada</p><img file="PT78562B_D0023.tif"/><img file="PT78562B_D0024.tif"/><img file="PT78562B_D0025.tif"/>
<p>Rã'··</p>
<p>¢:,</p>
<p>¢1:.</p><img file="PT78562B_D0026.tif"/>
<p>pelo lado inferior 41 da apara 42 no inferior da cavidade 60, verificou-se que se consegue uma diminuição substancial no calor da apara 42 num intervalo de tempo muito curto. Acredita-se que o jacto de fluído de arrefecimento 38 realmente penetra de uma curta distância no interior da apara 42 ao longo dos planos de corte formados entre as finas secções individuais 46. Este rápido arrefecimento da apara, que se supõe ser realizado em 0,1 segundo ou menos, rompe a estrutura da rede da apara 42. Acredita-se que a apara 42 é aquecida durante a operação de trabalho à máquina numa proporção tal que a sua estrutura reticular se torna semiplástica e, quando arrefecida pelo jacto de fluído de arrefecimento 38, o arrefecimento é de tal modo rápido que a estrutura da rede semiplástica solidifica com uma configuração molecular rompida. A solidificação das aparas 42 numa configuração molecular rompida, pelo menos, dentro da área de corte 48 cria uma estrutura frágil com uma ductilidade e uma resistência à dobragem substancialmente reduzidas.</p>
<p>Com as aparas 42 num estado frágil, é necessária muito menos força para fracturar a extremidade 43 da apara 42 ligada à peça a trabalhar 12 e remover a apara 42 da área de corte 48.</p>
<p>À apara 42 é fracturada da peça a trabalhar 12 e retirada pela alta pressão desenvolvida dentro da cavidade 60. Uma parte do jacto do fluído de arrefecimento 38 vap®riza-se pelo calor libertado na área de corte. Como a cavidade 60 proporciona um recinto substancialmente vedado, desenvolve-se uma alta pressão provocada pelo jacto de fluído de arrefecimento vaporizado 38 dentro da cavidade 60 que se aplica directamente à apara 42. Além disso, novo fluído de arrefecimento que sai continuamente pelo orifício de descarga 32 para dentro da cavidade vedada 60 exerce pressão.</p>
<p>À pressão combinada do líquido e a pressão do vapor do jacte</p>
<p>de fluído de arrefecimento 3θ é mais do que suficiente para</p>
<p>romper ou fracturar a extremidade 43 da apara 42 da peça a</p>
<p>- 27 *.S· í</p><img file="PT78562B_D0027.tif"/>
<p>HS</p>
<p>W</p><img file="PT78562B_D0028.tif"/><img file="PT78562B_D0029.tif"/><img file="PT78562B_D0030.tif"/>
<p>l/trabalhar 12 e remover toda a apara da área de corte 48.</p>
<p>Na maior parte das aplicações, consegue-se a fractura da apara 42 quando ela se desloca entre as posições representadas nas Figuras 3b e 3c. Como resultado, produzem-se aparas 42 relativamente curtas e estas são forçadas sob pressão para fora da área de corte 48. Esta propriedade característica da presente invenção constitui uma importante vantagem em relação aos sistemas de trabalho à máquina exi£ tentes em que as aparas não são tipicamente fracturadas em pequenos comprimentos mas têm tendência a formar secções compridas que se enrolam em volta do suporte da ferramenta e provocam problemas de obstrução.</p>
<p>Constitui uma vantagem adicional a introdução de um jacto de fluido de arrefecimento 38 através do orifício de descarga 32 posicionado no interior de uma cavidade esse:i cialmente fechada 60 por baixo da apara 42. Verificou-se que pelo menos uma pequena parte do jacto de fluído de arre fecimento se desloca ao longo da superfície superior 17 do inserto de corte 18 uma vez que a extremidade anterior da apara 42 se levante acima da superfície do inserto 17 como na Figura 3c. Esta corrente ou película 62 de jacto de fluído de arrefecimento 38 forma um suporte de fluído hidrodinâmico que resiste ao contacto da apara com a superfície superior 17 do inserto 18. 0 suporte hidrodinâmico de fluído proporcionado pela camada da película 17 do inaerto 62 empurra a apara 42 para cima a partir da superfície superior 17 do inserto 18 para evitar ou pelo menos reduzir o contacto com atrito entre elas que pode originar a formação de crateras e o contacto abrasivo prejudicial. A camada de película de fluído de arrefecimento 62 continua ao longo da superfície 17 do inserto 18 e escorre através de irregularidades superficiais microscópicas existentes no gume de corte 19 do inserto 18 e na peça a trabalhar à máquina, que proporciona uma certa lubrificação para reduzir o contacto por atrito entre elas durante a operação de corte. A diminuição do atrito proporcionada pela película</p>
<p>Èal<sup>;</sup></p>
<p>7t </p>
<p>...</p><img file="PT78562B_D0031.tif"/>
<p>JhBBI “<sup>28</sup> "</p>
<p>62 e, de maneira particular, a criação por ela realizada duma força hidrodinâmica de levantamento, diminui as necessidades de potência dinâmica para efectuar o corte. Sabe-se que a potênoia mecânica necessária para fazer um corte inclui não só a força necessária para cortar as aparas da peça a trabalhar mas também a força necessária para empurrar as aparas ao longo do inserto e afastá-las do corte. 0 método e o dispositivo de acordo com a presente invenção reduz muito a potência necessária para remover as aparas 42 por causa da grande redução de atrito entre a superfície superior 17 do inserto 19 e as aparas 42.</p>
<p>Como se mencionou acima, diversos aspectos da concepção do suporte da ferramenta 10 de acordo com a presente invenção dependem de um grande número de variáveis em qualquer aplicação particular que incluem as velocidades de corte e de alimentação, tipo de material a ser maquinado, potência nominal da máquina e outros factores. Em seguida, descreve-se um exemplo para mostrar como é que esses factores são tomados em consideração na concepção de um suporte de ferramentas apropriado 10 para uma dada aplicação.</p>
<p>Neste exemplo, supõe-se que se pretende trabalhar à máquina um cilindro de aço SAE 1020 que tem um diâmetro igual a 6O9>6 mm (2 pés) e uma resistência ao corte igual a 3500 kg/cm (50 000 psi), com uma velocidade de alimentação de 0,254 mm por rotação (0,010 polegada por rotação = = IPR), a uma velocidade de corte de 152,4 metros da superfície por minuto (500 pés superficiais por minuto = SEM) e com uma profundidade de corte de 5,08 mm (0,200 polegada).</p>
<p>A primeira operação no procedimento de cálculo é determinar a potência necessária para fazer o corte:</p>
<p>H^corte ~ ^mr <sup>x</sup> ^unitário (1)</p>
<p>na qual <sup>HI</sup>unitário</p>
<p>= potência necessária para maquinar uma polegada cúbica de aço SAE 1020</p><img file="PT78562B_D0032.tif"/><img file="PT78562B_D0033.tif"/>
<p>- 29 V “ volume de metal removido mr</p>
<p>De acordo com "Machinability Data Handbook", publicado por Metcut Laboratories, Cincinnati, Ohio, Estados Unidos da América, a potência necessária para maquinar uma polegada cúbica de aço SAE 1020, ^unitário’ ® ie®*<sup>1</sup> a 1 HP por polegada cúbica. Para determinar o volume de metal removido da peça a trabalhar em cada rotação, V<sub>mr</sub>, utiliza-se a seguinte expressão:</p>
<p>ΐ«ί||'|Ε</p><img file="PT78562B_D0034.tif"/><img file="PT78562B_D0035.tif"/>
<p>ίί3|:<sup>:</sup></p><img file="PT78562B_D0036.tif"/><img file="PT78562B_D0037.tif"/>
<p>(2)</p>
<p>V = D F S mr</p>
<p>na qual</p>
<p>D w profundidade de corte (0,200 polegada)</p>
<p>F = velocidade de alimentação (0,010 IPR)</p>
<p>S = velocidade (500 SFM).</p>
<p>Substituindo o valor determinado para de acordo eom a equação (2) β o valor de de "Baehinabillty</p>
<p>Data Handbook”, a equação (1) dá</p>
<p><sup>HP</sup>oort. “ <sup>12</sup> **</p>
<p>Determinou-se experimentalmente que, a fim de se desenvolver uma velocidade suficiente no jacto de fluído de arrefecimento 38 que sai através do orifício de descarga 32, a potência do jacto 38 deve ser maior do que a potência necessária para cortar o material. Para se proporcionar um certo coeficiente de segurança, a potência do jacto de fluído de arrefecimento 38 através do orifício de descarga 32 é escolhida de maneira a ser igual a 14 HP.</p>
<p>Área da Secção Recta do Orificio</p>
<p>Tendo determinado que a potência do jacto de fluído de arrefecimento 32 deve ser igual a cerca de 14 HP, pode-se determinar a área da secção recta do orifício de descarga. Inicialmente, o caudal debitado pela bomba, Q<sub>p</sub>, é determinado usando a seguinte relação</p>
<p>(3)</p>
<p>HP</p>
<p><L =</p>
<p>jacto</p>
<p>X 1714</p>
<p>Ρ χ ΜΕbomba</p>
<p>na qual</p>
<p>jacto <sup>=</sup> P^ncia do jacto (14 HP)</p>
<p>Ρ m pressão da bomba (psi)</p>
<p>*®bomba <sup>= re3a</sup>âiniento mecânico da bomba 30</p>
<p>Neste ponto, faz-se uma hipótese sobre a pressão proporcionada pela bomba 30. Verificou-se experimentalmente que uma bomba com a pressão nominal de 1500 psi é apropriada para muitas aplicações e é usada no presente exemplo. Além disso, supõe-se que a bomba 30 tem um rendimento mecânico igual a cerca de 85%. Resolvendo a equação (3), o resultado obtido é o seguinte</p>
<p>Qp = 13,6 galões / minuto</p>
<p>A fim de determinar a área da secção recta do orifício de descarga 32, A<sub>Q</sub>, derivou-se uma relação que exprime À<sub>Q</sub> em função do caudal debitado pela bomba 30, Q<sub>p</sub>, e da pressão da bomba, P, supondo desprezáveis as perdas por resistência no orifício 32</p>
<p>0,0263 Qp</p>
<p>P</p>
<p>(4)</p>
<p>A resolução da equação (4) com os valores de e de P acima indicados origina</p>
<p>A = 0,0092 polegadas quadradas</p>
<p>Θ</p>
<p>0,059 cm<sup>z</sup></p>
<p>Como se mencionou acima, a largura do orifício 32 é preferivelmente aproximadamente igual à profundidade de corte a ser maquinado na peça a trabalhar 12. Como se supõe que a profundidade de corte é neste caso igual a 0,200 polegada, a largura do orifício 32 é igual a cerca de 0,200</p>
<p>- 31 -</p><img file="PT78562B_D0038.tif"/><img file="PT78562B_D0039.tif"/>
<p>377'</p><img file="PT78562B_D0040.tif"/><img file="PT78562B_D0041.tif"/>
<p>polegada e, portanto, o eeu comprimento é de cerca de 0,046 polegada. Evidentemente, esta solução supõe que o orifício tem uma secção recta rectangular 32. Deve notar-se que é possível utilizar-se orifícios com outras formas de secções rectas desde que uma dimensão transversal seja aproximadamente igual à profundidade de corte e a área total seja igual a 0,0092 polegadas quadradas.</p>
<p>Tubagem de Alimentação de Fluído de Arrefecimento</p>
<p>Tendo determinado que o caudal da bomba 30 deve ser igual a Q = 13,6 galões por minuto, a área da secção recta da tubagem de alimentação de fluído de arrefecimento 28 pode ser calculada por meio da seguinte expressão:</p>
<p>A-r = 8 -(5)</p>
<p><sup>v</sup>c</p>
<p>na qual</p>
<p>A^ s área da secção recta da tubagem de alimentação de fluído de arrefecimento 28</p>
<p>V<sub>c</sub> a velocidade de fluído de arrefecimento dentro da tubagen 28</p>
<p>Ç) a peso volúmico de um fluído de arrefecimento de água-óleo normal</p>
<p>Oomo se mencionou acima, a fim de se reduzir a tur bulência e a resistência à passagem no interior da tubagem de alimentação 28, a velocidade do fluído de arrefecimento através dela deve ficar compreendida dentro do intervalo de 6,1 a 12,2 metros por segundo (20 - 40 pés por segundo). Para as finalidades deste exemplo, admite-se que a velocidade » 9,1 m/s (30 pés por segundo). Resolvendo a equação (5):</p>
<p>2</p>
<p>A^ = 0,145 polegadas quadradas « 0,935 cm</p><img file="PT78562B_D0042.tif"/>
<p>t</p><img file="PT78562B_D0043.tif"/>
<p><sup>?i</sup>'!</p><img file="PT78562B_D0044.tif"/><img file="PT78562B_D0045.tif"/><img file="PT78562B_D0046.tif"/>
<p>Ir</p><img file="PT78562B_D0047.tif"/>
<p>- 32 -</p><img file="PT78562B_D0048.tif"/><p><a name="caption1"></a>íz</p>
<p>A dimensão nominal da tubagem 28, fazendo-a ligeiramente maior em secção recta para se adaptar aos tamanhos normalizados, é portanto escolhida de maneira a ser igual a V2 polegada.</p>
<p>0 tipo de material, as velocidades de corte e de alimentação e a profundidade de corte escolhidos no exemplo referido representam uma aplicação típica. Os suportes de ferramentas com os insertos de corte conhecidos e com os sistemas de arrefecimento por alagamento são capazes de funcionar a essas velocidades. A vantagem do método e do dispositivo de acordo com a presente invenção em relação a esses sistemas é que a produtividade pode ser aumentada de maneira drástica. Verificou-se que se o suporte da ferramenta 10 trabalhar com as velocidades de corte e de alimentação do exemplo, a duração do inserto de corte aumenta 2 a 5 vezes e os consumos de energia diminuem em comparação com os suportes da ferramenta e os desenhos de insertos conhecidos. Isto significa que, devido à redução do atrito e à remoção do calor conseguidas com a presente invenção, como se descreveu acima, a potência mecânica necessária para fazer o corte como se calculou acima é realmente menos do que 14 HP. Portanto, além de se diminuir o consumo de energia e se aumentar a duração do inserto de corte, usando a presente invenção, pode-se aumentar a produtividade equilibrando a potência disponível na ferramenta da máquina com a potência necessária para fazer o corte. Isso faz-se regulando o sistema como se descreveu acima, trabalhando inicialmente com a velocidade escolhida (500 sfm), notando a utilização da potência e depois aumentando a velocidade de corte até se atingir a potência nominal da máquina ferramenta. Desta forma, utiliza-se mais a capacidade da máquina e aumenta-se substancialmente a produtividade. Muito embora a duração do inserto diminua quando se aumentam as velocidades, a quantidade de material cortado aumenta substancialmente.</p><img file="PT78562B_D0049.tif"/><img file="PT78562B_D0050.tif"/>
<p>Muito embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma forma de realização preferida, os peritos no assunto sabem que é possível fazer alterações e certos elementos podem ser substituídos por outros equivalentes sem afastamento do êmbito da invenção. Além disso, podem-se fazer muitas modificações para adaptação a situações ou materiais particulares nas indicações feitas na presente memória descritiva sem afastamento do seu âmbito essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não se limite à forma de realização particular descrita que se considera como o melhor modo previsto para realizar na prática a presente invenção mas que a invenção inclua todas as formas de realização que caem dentro do âmbito das seguintes reivindicações.</p><img file="PT78562B_D0051.tif"/><img file="PT78562B_D0052.tif"/>
<p>"'7 ' ·</p><img file="PT78562B_D0053.tif"/>
<p>1·</p><img file="PT78562B_D0054.tif"/><p> Description of the drawings </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> 1 </ p> </ td> <td>
<p> The structure, operation and advantages of pre- </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> * </ p> </ td> <td>
The invention will be apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings in which: </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td rowspan = "2">
<p> </ p> </ td> <td>
Figure 1 is a partial isometric view, very </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> exaggerated to serve as illustration, showing a support </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> </ p> </ td> <td>
<p> according to the present invention which is the </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> </ p> </ td> <td>
<p> perform a cut in a rough cylindrical part; </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> </ p> </ td> <td>
Figure 2 is a partial isometric view of the sup- </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> f </ p> </ td> <td>
the turning device shown in Figure 1; </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> Hl 5 </ p> </ td> <td>
Figure 3 is an enlarged side view of Figure </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> </ p> </ td> <td>
<p> 1 in the cut area; </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> | </ p> </ td> <td>
Figure 3a is an enlarged side view of Figure </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td rowspan = "2">
<p> i- </ p> </ td> <td>
<p> 1 at the beginning of the cut to form a trimmings; </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
Figure 3b is a side view, like the </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p>. .i / ff '. </ p> </ td> <td>
Figure 3a, in which the chip being produced </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> .- </ p> </ td> <td>
<p> contacts the front edge of the tool holder; </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> || i · ' </ p> </ td> <td>
Figure 3c is a side view, as depicted in FIG. </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> fl / </ p> </ td> <td>
in Figure 3a, in which the chip being produced is </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> J </ p> </ td> <td>
<p> moves further along the upper surface of the iron carrier; and </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> iSit " • ' </ p> </ td> <td>
Figure 4 is a side view, similar to that of FIG. </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> </ p> </ td> <td>
<p> Figure 3, of a cooling system by flooding the </ p> </ td> </ tr>
<tr> <td>
<p> - </ p> </ td> <td>
<p> Previous technique. </ p> </ td> </ tr>
</ table> <img file = "PT78562B_D0001.tif" />
<p> -16 </ p> <img file = "PT78562B_D0002.tif" />
<p> Detailed description of the invention </ p> <img file = "PT78562B_D0003.tif" />
Referring to the drawings, there is shown a tool holder 10 for machining a metal part 12 in accordance with the process of the present invention. The workpiece 12 is mounted to a staple platen (not shown) which is suitable to rotate the workpiece 12 in the direction indicated by the arrow in Figure 1, the tool holder 10 is a turning support for performing an operation of but it should be understood that the machining process according to the present invention is compatible with other machining operations such as milling, reaming, cutting, slotting, thread opening and drilling and the tool holder 10 is represented to serve as illustration. The tool holder 10 comprises a support bar with a switch 16, adapted to receive a cutting insert 18 having an upper surface 17 terminating in a cutting edge 19, the cutting insert 18 is fixed inside the switch 16 by means of a clip 20 extending along the collar of the support bar 14 to a point distanced from the cutting edge 19 of the insert 18 <sub> O The clamp 20 is removably secured to the support bar 14 by means of a screw or other suitable means. </ p>
At the end of the clamp 20 opposite the cutting insert 18, an aperture 24 is formed which receives an attachment 26 attached to one end of a supply line of the cooling fluid 28. The opposite end of the fluid feed line is connected to a high pressure pump 30 (shown schematically) having a flow and pressure capacity as discussed below. At the front end 21 of the clamp 20, opposite the cooling fluid supply line 2, an outlet port 32 is formed. However, in the drawings, only one </ p> <img file = "PT78562B_D0004.tif" />
<p> outlet 32, it is envisaged that two or more outlet holes 32 may be formed in the clamp 20, depending on the cut to be made. The cooling fluid is conveyed through the clamp 20 from the coolant feed pipe 28 to the outlet port 32 via a main passage 34 connected at one end to the coolant feed pipe 28 and a transition passageway 36 formed between the main passageway 34 and the discharge port 32. Preferably, the inner wall 37 of the transition passageway 36 is very well polished by first polishing with a diamond paste and then depositing a substance such as glass using a known vapor deposition process. The finish of the inner wall 37 of the transition passageway 36 should not exhibit surface irregularities greater than about 10 microns. </ p>
The pump 30, the coolant feed pipe 28 and the passages 34 and 36 constitute a system </ p>
cooling fluid feed to provide a jet of high speed and high pressure cooling fluid which is ejected from the discharge port 32. Depending on a number of factors such as for example the type of material which constitutes the working metal part 12, the speed at which the workpiece 12 rotates and the advancement speed of the tool holder 10, a pump 30 having a particular flow capacity and predetermined capacity is chosen. An example of how a pump 30 is selected for a particular application is described in more detail below. Preferably, the coolant feed pipe 28 is dimensioned according to the flow capacity of the pump 30 so as to cause a flow of cooling fluid from the pump 30 to the opening 24 of the corresponding clip 20 at a speed of about 6.1 to 12.2 meters per second (20 to 40 feet per second). It was found that, at this speed, the cooling fluid </ p> <img file = "PT78562B_D0005.tif" /> <img file = "PT78562B_D0006.tif" />
<p> travels along the cooling fluid feed line 28 with minimal turbulence and negligible losses due to through resistance. In a preferred embodiment of the present invention, the diameter of the main passage 34 formed in the clamp 20 is approximately equal to the diameter of the feed pipe of the cooling fluid 28. This ensures that the cooling fluid retains a velocity of about 6 , 1 to 12.2 meters per second (20 to 40 feet per second) within the main passage 36 of the tool holder 10 to prevent turbulence. Although it is not necessary to form feed pipe 28 to the main passage 34 with circular transverse straight sections, a circular cross-section is preferred to simplify the machining of the tool holder 10 and because of the existence on the market of standard tubes or hoses . </ p>
The hoisting fluid entering the transition passageway 36 accelerates from a velocity of 6.1-12.2 meters per second in the main passageway 34 to a speed typically greater than 122 meters per second (400 p <sub> t by forming a jet of cooling fluid 38 which is ejected from the discharge port 32. Preferably, the transition passageway 36 is frustoconical in shape so that its inner wall 37 is uniformly inclined from the main passageway 34 to the discharge port 32. As shown by the Pigments, the main passageway 341 to the transition passageway are collinear. This allows the cooling fluid to have a straight line path from the aperture 24 into which it enters the tool holder 10 to the discharge port 32 in which it is ejected. The linear path of the cooling fluid provided by the passages 34, 36 minimizes tutouleness and resistance to passage which would otherwise retard the cooling fluid stream and prevent the desired velocity from being obtained at the discharge end 32. acute angle formed by the wall 37 of the transition passage in the discharge port 32 is preferably less than about 20 degrees and gives a gradual slope along the transition passageway 36 which further helps to prevent turbulence when the cooling fluid is accelerated to the discharge port 32. In order to ensure sufficient acceleration of the cooling fluid, the transition passageway 36 is preferably formed with a length approximately equal to 20 times the diameter of the discharge port 32. If the discharge port 32 is not circular section, first calculate its area, and then the length of the transition 36 is made equal to approximately 20 times the diameter of a circular cross-section having the same area. The larger diameter or transverse dimension of the discharge orifice 32 is preferably approximately equal to the depth D of the cut made in the workpiece 12, as is shown exaggeratedly in Figure 1 for the purpose of illustration. The overall height of the straight section of the discharge orifice 32 depends on the energy of the cooling fluid jet 38 required for a particular cutting operation and, below, an example is given in which the size of the discharge orifice is calculated for application. </ p>
The leading end 21 of the clip 20 and the discharge hole 32 are spaced apart from the cutting edge 19 of the insert 18 by a distance 40 which depends on the feed rate with which the workpiece 12 is cut. </ p>
As is known, the feed speed in a turning operation as shown in the Figures is the distance that the tool 10 advances along the longitudinal axis of the workpiece 12 for each rotation of the workpiece. According to a preferred embodiment of the present invention, </ p>
the distance 40 between the cutting edge 19 and the discharge orifice 32 is comprised within the range of about 6 to 10 times the feed rate or β at 10 times the distance that the tool holder 10 or insert 18 advances axially along the workpiece 12 for each rotation of this 12. </ p>
Before referring to the operation of the tool holder 10 according to the process of the present invention, </ p>
<p> & It is important to note the aspects of a typical machine-working problem and the problems it creates. As known, the abutment of the cutting edge 19 of the insert 18 with the workpiece 12 withdraws metal in the form of a cutter 42. The cutter 42 has a width equal to the depth D of the cut made in the workpiece 12 and the thickness of the chip 42 is equal to the distance that the tool holder 10 moves laterally along the workpiece 12 for each rotation of the workpiece 12. As best seen in Figures 3b and 3c, the chip 42 is actually formed by cutting of the metal on the surface of the workpiece 12 along well-defined cutting planes 44. The chip 42 comprises a plurality of individual thin metal sections 46 which slide relative to each other along cutting planes 44 while the workpiece to work the wheel 11 abutting against the colored edge 19 of the insert 18. It should be noted that the position of the thin sections 45 of the chip 42 relative to one another is shown in the drawings for illustration purposes and, has the appearance of an essentially smooth surface. </ p>
There are many sources of heat release in the cutting area 48 immediately near the cutting edge 19 and the underside of the cutting edge 42. The heat is released by the open contact and the friction of the cutting edge 19 with the part to work 12 by contacting the chip 42 with the upper surface 17 of the insert and also as a result of the friction produced by adjacent sections 46 of the chip 42 as they slide relative to each other along the cutting planes 44 · A </ p> <img file = "PT78562B_D0007.tif" /> <img file = "PT78562B_D0008.tif" /> <img file = "PT78562B_D0009.tif" /> <img file = "PT78562B_D0010.tif" /> <img file = "PT78562B_D0011.tif" /> <img file = "PT78562B_D0012.tif" /> <img file = "PT78562B_D0013.tif" />
<p> > </ p> <img file = "PT78562B_D0014.tif" />
The temperature at the cut edge 19 / workpiece 12 interface may be larger than 815 ° C and the temperature of the cutter 42 'when cut from the workpiece 12' caused by the movement of sections 46 forming the cutter 42 along its cutting planes 44 may even be superior. </ p>
Referring to Figure 4, there is shown a cutting operation performed with a typical design cutting tool which uses cooling with flooding. Using this prior art design, the intense heat released from the chips 50 can cause craters to form in the cutting insert 51 which causes rupture. When the chips 50 are cut from the outer surface of the workpiece 52, they move along the upper surface of the cutting insert 51. The heat produced by the chips 50, as its friction abutment with the upper surface: ? of the cutting insert 51 molten and withdraws a small portion of the metal from the cutting insert 51 creating depressions or craters 53. These craters or pockets of withdrawn metal eventually reach a size sufficient to cause rupture of the cutting insert 51 in combination with the abrasive contact between the cutting insert 51 and the workpiece 52. </ p>
Recognizing these aspects of a color operation, it is a primary object of the present invention to draw as much heat as possible from the cutting area 48 and to resist the contact of the cutting 42 with the upper surface 17 of the cutting insert 18 The manner in which these objects are achieved using the device and method of machining metal parts to which the present invention relates is conveniently described with reference to a cutting operation. </ p>
Referring now to Figures 3 - 3c, a cutting operation according to the method of the present invention is carried out in the following manner. With the pump 30 in </ p>
and a jet of cooling fluid 38 is ejected from the discharge port 32, the cutting edge 19 of the insert 18 initially contacts the workpiece 12 and moves in a predetermined depth D. The tool holder 10 is then advanced axially along the longitudinal axis of the workpiece 12 at a predetermined feed rate or through a predetermined axial distance through each rotation of the workpiece 12. The metal on the surface of the workpiece 12 is cut by the cutting edge 19 and a chip 42 begins to move along the upper surface 17 of the insert 18 (see Figure 3). At this time, the chip 42 contacts the upper surface of the insert 18 and the jet of cooling fluid 38 ejected from the discharge port 32 abuts against the front of the trim 42, its upper surface and the workpiece 12. </ p>
<p> The machining operation proceeds as shown in Figure 3b. The trim 42 continues to advance along the upper surface 17 of the cutting insert 18 until it contacts the leading end 21 of the clip 20. As best shown in Figure 2, the front end 21 of the clip 20 is inclined and inserted directly on the surface of the insert 18. As soon as it contacts the front end 21 of the clip 20, the chip is turned upwardly by the angled surface 23 of the clip 20 and passes over the discharge hole 32. With the chip 42 abutting to the inclined surface 23 of the clip 20 as shown in Figures 3b and 3c, a substantially sealed enclosure or cavity 60 is provided around the discharge port 32 having six sides or walls. The cavity 60 is formed by the workpiece 12, the inclined surface 23 of the clip, the lower side 41 of the trim 42 and the upper surface 17 of the insert 18. As seen in Figures 3-3c, the workpiece 12 forms a wall opposite the discharge orifice 32 and behind the trimmings 42, the upper and lower walls </ p> <img file = "PT78562B_D0015.tif" /> <img file = "PT78562B_D0016.tif" />
<p> of the cavity 60 are formed by the bottom 41 of the trim 42 and the upper surface 17 of the insert 18, respectively, and the angled surface 23 of the clip 20 forms the wall of the cavity 60 opposite the cut in the workpiece 12. The edge of the trim 42 extending from the workpiece 12 forms an open area 61 in the cavity 60 as the trim 42 contacts the clip 20 and folds upwardly from the surface 17 of the insert 18 (see Fig. Figure 1). It has been found, however, that the chip 42 tends to move towards the open area 61 towards the upper surface 17 of the insert 18 and minimizes the loss of cooling fluid through the open area 61. The chip 42 continues to move, extends along the angled surface 21 of the clip 20 until its end 43, still attached to the workpiece 12, fractures to completely separate the blank 42 from the workpiece 12, as hereinafter described. </ p>
The Applicant has discovered that in order to effectively remove the heat from the bottom 41 of the chip 42 and the cutting edge interface 19 / workpiece 12 within the cutting area 48, a jet of cooling fluid with high speed and under high pressure 38 should actually reach the cutting area 48 without first completely vaporizing. Improved lubrication of the cutting insert interface 19 / workpiece and greater resistance to contact between the upper surface 17 of the insert 18 and the cutter 42 also depends on the successful introduction of the high speed cooling fluid jet 38 into the cut 48. </ p>
In the initial stage of the cutting operation, as shown in Figure 3a, the pressure of the cooling fluid jet 38 is substantially reduced immediately after it leaves the discharge orifice 32. This is so because the fluid jet of coolant 38 is not confined within a cavity but exposed to atmospheric pressure. At this time, the jet of cooling fluid 38 flows primarily ........ </ p>
<p> 7 </ p> <img file = "PT78562B_D0017.tif" /> <img file = "PT78562B_D0018.tif" /> <img file = "PT78562B_D0019.tif" />
<p> # <sup> s </ sup> </ p>
<p> </ p>
<p>: S ' </ p>
<p> X <sup> </ sup> </ p> <img file = "PT78562B_D0020.tif" />
<p> ^ F / F </ p>
<p> </ p>
<p> II </ p> <img file = "PT78562B_D0021.tif" />
<p> L </ p> <img file = "PT78562B_D0022.tif" />
However, as the chip 42 advances in contact with the front end 21 of the clip as shown in Figures 3c and 3c, it lies above the discharge hole 32 and seals or encloses it within the cavity 60. Although a certain loss of velocity and the pressure of the cooling fluid is created from the side facing out of the cavity 60 or open area 61, the cooling fluid jet 38 ejected at from the discharge port 32 is confined within a substantially sealed or closed cavity 60. The cavity 60 effectively forms a prolongation of the closed transition passage 36 within the clamp 20 so as to maintain the velocity and pressure developed in the jet of cooling fluid 38 in an area located below the trim 42 in the cutting air 48. </ p>
The Applicant has discovered that the distance 40 between the discharge port 32 and the cutting edge 19 of the insert is important for proper operation of the tool holder 10 as described above. Preferably, the space 40 between the discharge orifice 32 and the cutting edge 19 is comprised between about 6 and 10 times the feed speed of the machine working operation and 6 to 10 times the axial distance traveled by the tool holder 10 for each rotation of the workpiece 12. Experiments have shown that if the discharge orifice 32 is placed too close to the cutting edge 19, the cooling fluid jet 38 can not be forced below the trim 42. the workpiece 12 forms a barrier that deflects the jet of cooling fluid 38 creating turbulence rather than a stream beneath the trim 42. The placement of the discharge orifice 32 too far from the cutting edge 19 does not allow the trim 42 properly faces the inclined surface 23 of the clip 20, which is necessary to form the cavity 60. It has been found that the cooling fluid jet 38 at least partly cools the upper part </ p>
<p> - 25 / xJBBk * - - ** </ p>
<p> '/ [ </ p>
<p> of chip 42 when it is initially formed. This creates a temperature difference between the upper surface and the lower side 41 of the trim 42 which tends to fold the trim 42 upwards. If the clip 20 is positioned too far from the cutting edge 19 of the insert 18, the clip 42 folds upwardly away from the insert 18 before it can contact the inclined surface 23 of the clip 20. The Applicant has found that the positioning of the discharge orifice 32 relative to the cutting edge 19, as specified above, prevents the chip 42 from coming upwardly from the surface 17 of the insert 18 without contacting the inclined surface 23 of the clip 20. </ p>
Various advantages are achieved by the introduction of a high speed, high pressure, coolant jet 38 between the upper surface 17 of the cutting insert 18 and the lower surface 41 of the chip 42 with the confined position of the hole the Applicant has discovered that under these conditions the jet of high velocity cooling fluid 38 thus produced is capable of piercing the vapor barrier developed in the cutting area 48 by the heat released by the formation of the apparatus 42 and by the contact between the cutting edge 19 and the workpiece 12. An advantage in reducing the heat released on the underside of the chip 42 is that the melting of the insert 18 is substantially reduced and the problems of cratering and abrasion of the cutting edge are thus attenuated with the consequent increase in the duration of the insert. </ p>
The second benefit obtained by conducting the heat out of the chip 42 within the cutting area 48 refers to the removal of the chip. As the cooling fluid jet 38 is confined within the cavity 60, there is an efficient heat transfer between the hot blade 42 and the insert 18 and the cooling fluid jet at ambient temperature. Due to the large surface area presented </ p> <img file = "PT78562B_D0023.tif" /> <img file = "PT78562B_D0024.tif" /> <img file = "PT78562B_D0025.tif" />
<p> Frog '·· </ p>
<p> ¢ :, </ p>
<p> ¢ 1 :. </ p> <img file = "PT78562B_D0026.tif" />
<p> from the bottom side 41 of the chip 42 at the bottom of the cavity 60, it has been found that a substantial decrease in the heat of the chip 42 is achieved in a very short time. It is believed that the cooling fluid jet 38 actually penetrates a short distance into the chip 42 along the cut planes formed between the thin individual sections 46. This rapid cooling of the chip, which is supposed to be carried out at 0, 1 second or less breaks the network structure of chip 42. Chip 42 is believed to be heated during the machining operation in such a proportion that its reticular structure becomes semi-elastic and, when cooled by the fluid jet of cooling 38, the cooling is such that the structure of the semi-plastics network solidifies with a ruptured molecular configuration. Solidification of the chips 42 in a molecular configuration ruptured at least within the cutting area 48 creates a brittle structure with substantially reduced ductility and bending strength. </ p>
With the chips 42 in a fragile state, much less force is required to fracture the end 43 of the chip 42 attached to the workpiece 12 and remove the chip 42 from the cut area 48. </ p>
The chip 42 is fractured from the workpiece 12 and withdrawn by the high pressure developed into the cavity 60. A portion of the cooling fluid jet 38 is vented by the heat released in the cutting area. Because the cavity 60 provides a substantially sealed enclosure, a high pressure caused by the jet of vaporized cooling fluid 38 within the cavity 60 which directly engages the trim 42 is developed. In addition, new cooling fluid exiting continuously through the orifice discharge 32 into the sealed cavity 60 exerts pressure. </ p>
<p> The combined pressure of the liquid and the boiling vapor pressure </ p>
<p> cooling fluid 3θ is more than enough to </ p>
Break or fracture the end 43 of the cutter 42 of the part a </ p>
<p> - 27 * .S </ p> <img file = "PT78562B_D0027.tif" />
<p> HS </ p>
<p> W </ p> <img file = "PT78562B_D0028.tif" /> <img file = "PT78562B_D0029.tif" /> <img file = "PT78562B_D0030.tif" />
<p> l / work 12 and remove all trimming from cutting area 48. </ p>
In most applications, the fracture of chip 42 is achieved as it moves between the positions shown in Figures 3b and 3c. As a result, relatively short chips 42 are produced and these are forced under pressure out of the cutting area 48. This characteristic property of the present invention is an important advantage over the existing machine-working systems in which the chips do not are typically fractured in small lengths but tend to form long sections that are wound around the tool holder and cause obstruction problems. </ p>
An additional advantage is the introduction of a jet of cooling fluid 38 through the discharge orifice 32 positioned within an essentially closed cavity 60 below the trim 42. It has been found that at least a small portion of the cooling fluid jet moves along the upper surface 17 of the cutting insert 18 since the front end of the trim 42 is raised above the surface of the insert 17 as in Figure 3c. This stream or cooling fluid jet film 62 forms a hydrodynamic fluid support that resists contact of the trim with the upper surface 17 of the insert 18. The hydrodynamic fluid support provided by the film layer 17 of the notch 62 pushes the trim 42 upwardly from the upper surface 17 of the insert 18 to prevent or at least reduce the frictional contact between them which can lead to cratering and harmful abrasive contact. The cooling fluid film layer 62 continues along the surface 17 of the insert 18 and flows through microscopic surface irregularities on the cutting edge 19 of the insert 18 and the machining part, which provides a certain lubrication to reduce the frictional contact between them during the cutting operation. The decrease in friction provided by the film </ p>
<p> Æal <sup>; </ sup> </ p>
<p> 7t </ p>
<p> ... </ p> <img file = "PT78562B_D0031.tif" />
<p> JhBBI " <sup> 28 </ sup> " </ p>
and in particular the creation thereof by a hydrodynamic lifting force, reduces the dynamic power requirements for cutting. It is known that the mechanical strength necessary to make a cut includes not only the force required to cut the cuttings of the workpiece but also the force required to push the chips along the insert and to move them away from the cut. The method and device according to the present invention greatly reduces the power required to remove the chips 42 because of the large reduction of friction between the upper surface 17 of the insert 19 and the chips 42. </ p>
As mentioned above, various aspects of the design of the tool holder 10 according to the present invention depend on a large number of variables in any particular application including cut-off and feed rates, type of material to be machined , nominal machine power and other factors. Next, an example is described to show how these factors are taken into account in the design of an appropriate tool holder 10 for a given application. </ p>
In this example, it is assumed that it is intended to machine a SAE 1020 steel cylinder having a diameter of 6O9> 6 mm (2 feet) and a shear strength of 50,000 psi ), with a feed rate of 0.254 mm per revolution (0.010 inch per revolution = = IPR), at a shear rate of 152.4 meters per minute (500 surface feet per minute = SEM) and a depth of 5.08 mm (0.200 inch) cut. </ p>
<p> The first operation in the calculation procedure is to determine the power required to make the cut: </ p>
<p> H ^ cut ~ ^ mr <sup> x </ sup> (1) </ p>
<p> in which <sup> HI </ sup> unitary </ p>
<p> = power needed to machine one cubic inch SAE 1020 steel </ p> <img file = "PT78562B_D0032.tif" /> <img file = "PT78562B_D0033.tif" />
<p> - 29 V "volume of metal removed mr </ p>
According to " Machinability Data Handbook ", published by Metcut Laboratories, Cincinnati, Ohio, United States of America, the power required to machine one cubic inch SAE 1020 steel, <sup> 1 </ sup> at 1 HP per cubic inch. To determine the volume of metal removed from the workpiece at each rotation, V <sub> mr </ sub>, the following expression is used: </ p>
<p> ΐ «ί || '| Ε </ p> <img file = "PT78562B_D0034.tif" /> <img file = "PT78562B_D0035.tif" />
<p> ίί3 |: <sup>: </ sup> </ p> <img file = "PT78562B_D0036.tif" /> <img file = "PT78562B_D0037.tif" />
<p> (2) </ p>
<p> V = D F S mr </ p>
<p> in which </ p>
<p> D w cutting depth (.200 inch) </ p>
<p> F = feed rate (0.010 IPR) </ p>
<p> S = speed (500 SFM). </ p>
<p> Substituting the value determined for according to equation (2) β the value of " Baehinabillty </ p>
<p> Data Handbook, equation (1) gives </ p>
<p> <sup> HP </ sup> oort. " <sup> 12 </ sup> ** </ p>
It has been experimentally determined that in order to develop sufficient velocity in the jet of cooling fluid 38 exiting through the discharge orifice 32 the power of the jet 38 should be greater than the power required to cut the material . To provide a certain safety coefficient, the power of the cooling fluid jet 38 through the discharge port 32 is chosen to be equal to 14 HP. </ p>
<p> Area of the Straight Section of the Orifice </ p>
<p> Having determined that the power of the cooling fluid jet 32 should be about 14 HP, the area of the straight section of the discharge orifice can be determined. Initially, the flow rate charged by the pump, Q <sub> p </ sub>, is determined using the following relation </ p>
<p> (3) </ p>
<p> HP </ p>
<p> < L = </ p>
<p> jet </ p>
<p> X 1714 </ p>
eur-lex.europa.eu eur-lex.europa.eu </ p>
<p> in which </ p>
<p> jet <sup> = </ sup> Jet Count (14 HP) </ p>
<p> Ρ m pump pressure (psi) </ p>
<p> * Pump <sup> = re3a </ sup> mechanical pump housing 30 </ p>
At this point, a hypothesis is made about the pressure provided by the pump 30. It has been experimentally found that a pump with nominal pressure of 1500 psi is suitable for many applications and is used in the present example. In addition, it is assumed that the pump 30 has a mechanical efficiency of about 85%. Solving equation (3), the result obtained is as follows </ p>
<p> Qp = 13.6 gallons / minute </ p>
<p> In order to determine the cross-sectional area of the discharge port 32, A <sub> Q </ sub>, a relation expressing A <sub> Q </ sub> depending on the flow rate from the pump 30, Q <sub> p </ sub>, and the pump pressure, P, assuming negligible resistance losses at the orifice 32 </ p>
<p> 0.0263 Qp </ p>
<p> P </ p>
<p> (4) </ p>
<p> The resolution of equation (4) with the values of e of P given above </ p>
<p> A = 0.0092 square inches </ p>
<p> Θ </ p>
<p> 0.059 cm <sup> z </ sup> </ p>
As mentioned above, the width of the hole 32 is preferably approximately equal to the depth of cut to be machined in the workpiece 12. As it is assumed that the cutting depth is in this case equal to 0.200 inches, the width of the hole 32 is equal to about 0.200 </ p>
<p> - 31 - </ p> <img file = "PT78562B_D0038.tif" /> <img file = "PT78562B_D0039.tif" />
<p> 377 ' </ p> <img file = "PT78562B_D0040.tif" /> <img file = "PT78562B_D0041.tif" />
<p> inch, and therefore the length is about 0.046 inches. Of course, this solution assumes that the hole has a rectangular straight section 32. It should be noted that holes with other forms of straight sections can be used provided that a transverse dimension is approximately equal to the depth of cut and the total area is equal to 0.0092 square inches. </ p>
<p> Cooling Fluid Feed Tubing </ p>
<p> Having determined that the flow rate of the pump 30 should be equal to Q = 13.6 gallons per minute, the cross-sectional area of the cooling fluid supply line 28 can be calculated by the following expression: </ p>
A-r = 8 - (5) </ p>
<p> <sup> </ sup> c </ p>
<p> in which </ p>
The cross-sectional area of the coolant feed pipe 28 </ p>
<p> V <sub> c </ sub> the rate of cooling fluid within tubing 28 </ p>
<p> Ç) by the density of a normal water-oil coolant </ p>
As mentioned above, in order to reduce the turbulence and resistance to passage within the feed pipe 28, the speed of the cooling fluid therethrough should be within the range of 6.1 to 12, 2 meters per second (20 - 40 feet per second). For the purposes of this example, it is assumed that the speed »9.1 m / s (30 feet per second). Solving equation (5): </ p>
<p> 2 </ p>
<p> A ^ = 0.145 square inches «0.935 cm </ p> <img file = "PT78562B_D0042.tif" />
<p> t </ p> <img file = "PT78562B_D0043.tif" />
<p> <sup>? i </ sup> '! </ p> <img file = "PT78562B_D0044.tif" /> <img file = "PT78562B_D0045.tif" /> <img file = "PT78562B_D0046.tif" />
<p> Go </ p> <img file = "PT78562B_D0047.tif" />
<p> </ p> <img file = "PT78562B_D0048.tif" /> <p> <a name="caption1"> </a> </ p>
The nominal size of the tubing 28, making it slightly larger in cross section to accommodate the standard sizes, is therefore chosen to be equal to V2 inch. </ p>
<p> The type of material, the cutting and feed speeds and cutting depth chosen in the above example represent a typical application. Tool holders with known cutting inserts and flood-cooling systems are capable of operating at such speeds. The advantage of the method and the device according to the present invention with respect to such systems is that productivity can be dramatically increased. It has been found that if the tool holder 10 works with the cutting and feeding speeds of the example, the cutting insert duration increases by 2 to 5 times and the energy consumptions decrease in comparison to the tool holders and the drawings of inserts. This means that, because of the reduced friction and heat removal achieved with the present invention, as described above, the mechanical power required to make the cut as calculated above is actually less than 14 HP. Therefore, in addition to decreasing energy consumption and increasing the life of the cutting insert using the present invention, productivity can be increased by balancing the available power in the machine tool with the power required to make the cut. This is done by adjusting the system as described above, initially working at the chosen speed (500 sfm), noting the power utilization and then increasing the cutting speed until the rated power of the machine tool is reached. In this way, the machine capacity is used more and productivity is increased substantially. Although the duration of the insert decreases as speeds increase, the amount of cut material increases substantially. </ p> <img file = "PT78562B_D0049.tif" /> <img file = "PT78562B_D0050.tif" />
Although the invention has been described with reference to a preferred embodiment, those skilled in the art will recognize that it is possible to make changes and certain elements may be replaced by other equivalents without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made for adaptation to particular situations or materials in the indications made in the present specification without departing from its essential scope. It is therefore intended that the invention is not limited to the particular embodiment described which is considered to be the best mode envisaged for practicing the present invention but rather that the invention includes all embodiments falling within the scope of the following claims . </ p> <img file = "PT78562B_D0051.tif" /> <img file = "PT78562B_D0052.tif" />
<p> " '7' </ p> <img file = "PT78562B_D0053.tif" />
<p> 1 · </ p> <img file = "PT78562B_D0054.tif" />