herramienta rotativa, en particular una broca.

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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kInt. Cl. : B23B 51/06
11 Número de publicación:
2 141 936
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ESPAÑA
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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 95917973.0
kFecha de presentación : 27.04.1995
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 757 604
kFecha de publicación de la solicitud: 12.02.1997
T3
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54 Tı́tulo: Herramienta rotativa, en particular una broca.
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73 Titular/es: KENNAMETAL HERTEL AG
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72 Inventor/es: Kammermeier, Dirk
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74 Agente: Isern Jara, Jaime
30 Prioridad: 27.04.1994 DE 9407222 U
Werkzeuge + Hartstoffe
Wehlauer Str. 71-73
90766 Fürth, DE
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
01.04.2000
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
ES 2 141 936 T3
01.04.2000
Aviso:
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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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ES 2 141 936 T3
DESCRIPCION
Herramienta rotativa, en particular una broca.
El invento hace referencia a una broca con las
caracterı́sticas que figuran en el concepto inicial
de la reivindicación 1. Se conoce un útil de taladrar de este tipo a través de la patente DE3.601.385-C2. Preferentemente, su vástago con
ranuras espirales está hecho de metal duro macizo y una de sus caracterı́sticas esenciales son los
canales ondulados internos a través de los cuales
se transporta el refrigerante a la zona de corte de
la punta del útil de taladrar. Los canales desembocan en las respectivas superficies libres de los
filos de la herramienta, de manera que el refrigerante alcanza la zona de corte contigua, y con ello
también logra refrigerar los filos de la broca.
Precisamente en los útiles de taladrar para
agujeros profundos surgen problemas con la refrigeración de los filos de la broca. Dicha refrigeración es especialmente importante en el caso
de brocas hechas de metal duro macizo y se realiza con refrigerantes-lubricantes. En la técnica
de mecanizado con arranque de virutas existe una
generalizada tendencia a la mecanización en seco
a fin de evitar los inconvenientes del trabajo en
húmedo o del arranque de virutas en húmedo. Estos inconvenientes son la carga del puesto de trabajo y los problemas de evacuación de residuos,
pero también el alto porcentaje de agua en las
emulsiones de refrigerante-lubricante, puesto que
pueden ocasionar fenómenos de corrosión en la
pieza.
Otro de los problemas, en especial con brocas
de alto rendimiento y en taladros profundos, es
el mantenimiento de la precisión de ajuste. A tal
objeto, la broca tiene una determinada tolerancia. En caso de estrechas tolerancias, estas solo
pueden garantizarse si no se produce un sobrecalentamiento en las zonas de corte importantes.
Por tanto, para un arranque de virutas en seco es
condición indispensable que exista una suficiente
evacuación de calor en la zona de corte.
Por cierto, es de general conocimiento una
técnica de mecanización con arranque de virutas
en que materiales de corte, a base de nitrato de
silicio y cerámica de óxido de aluminio, presentan una baja dilatación térmica y por tanto son
poco sensibles al calor. Su limitada aplicación
es debida a que los materiales cortantes son muy
frágiles. El habitual metal duro que se utiliza
como material de corte tiene el inconveniente de
una mayor dilatación térmica.
Actualmente, el rendimiento de arranque de
virutas de los útiles de metal duro ha aumentado
en especial gracias al eficaz revestimiento de la
zona de corte. No obstante, esto significa que hay
forzosamente temperaturas más altas en las zonas
de contacto y por consiguiente mayores requisitos
en la evacuación del calor.
Asimismo, a través de la patente JP-1.321.105
se conoce un útil de rectificado frontal con un
vástago aproximadamente en forma de tubo, llevando la pared de dicho vástago canales de refrigerante dispuestos en sentido axial, los cuales
desembocan en la cara frontal del vástago. Las
desembocaduras en el costado frontal de dos ca2
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nales de refrigerante están unidas espacialmente
por un anillo existente en el extremo frontal del
vástago, con la ranura anular vuelta hacia los extremos de los canales, a fin de formar uno de los
bucles de un circuito de refrigeración cerrado en
sı́ mismo.
El invento tiene por objeto la realización de
brocas que, no obstante ser adecuadas para el
arranque de virutas en seco, permitan una buena
evacuación de calor en las zonas de contacto. Este
objeto se consigue de acuerdo a lo indicado en la
reivindicación 1. De manera muy generalizada,
la solución consiste en la implantación de un bucle de refrigerante en el vástago, colocado lo más
cerca posible de las zonas de contacto, ası́ como
también de modo usual en los filos del vástago, a
fin de proporcionar a dicha zona un buen efecto
refrigerante. La fabricación de tal bucle de refrigerante, es decir especialmente el deseado cambio
de sentido del refrigerante en las zonas de contacto dentro del vástago de la herramienta, se logra aplicando una placa de cierre en los extremos
de las desembocaduras de los canales, que no se
ven afectadas, o lo son solo de manera no esencial, por los esfuerzos del arranque de virutas en el
transcurso de la mecanización. De este modo, los
extremos de las desembocaduras quedan unidas
espacialmente entre sı́ y el cubrimiento de dichos
extremos de desembocadura se ha hecho de modo
que no sale nada de refrigerante al exterior.
La unión espacial que permite un flujo de refrigerante entre dos extremos de desembocadura
que se corresponden entre sı́ puede realizarse de
diversas maneras, bien sea por que la superficie
de contacto de la placa de cierre y/o la superficie opuesta del extremo frontal del vástago de
la broca, tienen ranuras dispuestas entre ambos
extremos de boca. Si ambas superficies son ranuradas, las ranuras en correspondencia forman un
canal común entre ellas.
Ventajosamente, la placa de cierre está hecha
con un acero de herramientas de alta conductabilidad térmica.
En las reivindicaciones adicionales figuran detalles caracterı́sticos de formas de realización.
El bucle de refrigerante en el cuerpo de la herramienta o broca se corresponde, para formar el
circuito de refrigerante, con un bucle de refrigerante de análoga eficacia existente en la máquina
herramienta - en el punto de conexión del husillo de la herramienta. Por consiguiente, en dicho punto de conexión con el útil, el husillo de
la máquina herramienta también está provisto de
un canal de alimentación y un canal de salida de
refrigerante.
El invento se describe con mayor detalle con
ayuda de los ejemplos de formas de realización
representadas en las figuras adjuntas. En las mismas:
La figura 1 es una vista lateral de la punta de
broca, formada según el invento, con las placas de
cierre colocadas;
La figura 2 es una vista en planta de la punta
de broca, en el sentido de la flecha II de la figura
1;
La figura 3 es una sección parcial que corresponde a la lı́nea de corte III-III de la figura 2;
La figura 4 es una vista lateral de un vástago
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de broca, hecho de una pieza de metal duro macizo, provisto de filos de broca, pero sin las placas
de cierre colocadas;
La figura 5 es una vista en planta de la punta
del vástago, según la flecha V de la figura 4; y
La figura 6 es una sección de la zona de conexión de un husillo de máquina herramienta con
el útil.
Preferiblemente la broca consta de un vástago
1 hecho de metal duro macizo, con filos de broca
2 dispuestos en la zona de la punta del vástago.
Dicho vástago 1 está esencialmente atravesado en
sentido longitudinal 3 por canales de paso 4, 5,
los cuales desembocan en el extremo de trabajo
7 del vástago 1. Los canales 4, 5 salen con sus
extremos de desembocadura 6, 8 por los extremos
de trabajo 7. En la zona del extremo de broca 6, 8
ambos extremos de trabajo 7 están conformados
como planos que, en este caso son, por ejemplo,
perpendiculares al eje de la broca 9.
En la broca representada a modo de ejemplo,
los extremos de trabajo 7 forman dos segmentos
frontales 10, como extremos frontales de ambas
nervuras del vástago 22, entre los cuales sobresale
en sentido longitudinal 3, a modo de arista radial,
aquella parte del vástago que forma la punta de
broca 11 en la misma pieza del vástago 1, con
ambos filos de broca 2 y el filo transversal 12 entre
ellos.
Con la broca completa, ambos segmentos frontales 10 quedan esencialmente cubiertos por placas de cierre 13. Las superficies de contacto 14 de
las placas de cierre 13 quedan niveladas con las
superficies de los segmentos frontales 10. De manera idéntica, los flancos 15 situados ante el eje
de la broca 9 son completamente planos y quedan
tangentes a los contra-flancos 16 de la punta de la
broca 11. Las placas de cierre 13 van pegadas o
soldadas, en la zona de contacto de sus superficies
14 o flancos 15, con las superficies opuestas del
vástago de metal duro macizo o de la correspondiente punta de broca 11. El objeto de esta unión
con cierre hermético del material y el completo
contacto plano es conseguir la máxima transferencia de calor en la zona de contacto entre estas
piezas.
Las placas de cierre 13 llevan ranuras 17 en
la zona de su superficie de contacto para formar
una unión espacial entre los extremos de desembocadura 6, 8 de los canales 4, 5. Las ranuras
17 forman ası́ un bucle de refrigerante con los canales 4,5 a modo de inicio y final de bucle. Pero
también pueden realizarse ranuras similares en las
superficies frontales de los extremos de trabajo 7,
o bien pueden corresponderse tales ranuras frontales con las ranuras 17 de la placa de cierre 13 a
fin de formar un canal común entre sı́.
Las superficies externas 18 de las placas de
cierre 13 quedan aplicadas a nivel de la superficie
libre 21 del filo contiguo 2.
El vástago de broca representado en los ejemplos de formas de realización pertenece a una broca con ranuras en espiral y la cantidad de bucles
de refrigeración corresponde a la cantidad de las
nervuras de vástago 22 existentes entre dos ranuras en espiral. En lugar de un bucle de refrigerante entre dos ranuras en espiral 19 podrı́an
también existir más bucles de refrigerante. Esta
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posibilidad existe especialmente en el caso de brocas de gran diámetro efectivo. Las ranuras de viruta no es necesario que estén conformadas como
ranuras espirales. Para el invento no juega ningún
papel si las ranuras de viruta son ranuras rectas.
En la zona de la punta de la broca ambas placas de cierre 13 forman con sus flancos exteriores
20 una parte del envolvente externo del vástago
1.
Los canales 4, 5 se extienden por el costado
opuesto a la punta de la broca 10 hasta la zona
de conexión con el husillo de la máquina herramienta. Las placas de cierre 13 forman esencialmente, con sus superficies externas 18, un conjunto con la parte de las superficies libres de la
broca opuesta a los filos de broca 12.
Para el afilado de la broca se sacan las placas
de cierre 13 pegadas o soldadas. Ello resulta fácil
mediante la aplicación de calor. Luego se llevar a
cabo el afilado de la punta de la broca de modo
que no influya a las placas de cierre 13.
De manera análoga a la eliminación de material en la zona de la punta de la broca 11 también
se afila el extremo frontal 7 y las correspondientes superficies frontales, a fin de reproducir los
antiguos contornos de la punta de la broca.
La figura 6 muestra el extremo de la herramienta del husillo de accionamiento 23 de una
máquina de taladrar con un sistema de sujeción
24 para una broca con canales pasantes según el
invento, de la cual en este caso solo se ha representado el vástago 1. El vástago de la broca 1 va
sujeto al mandril 25. El sistema de sujeción 24
unido al husillo 23 sirve para fijar a dicho husillo
de trabajo 23 el mandril 25 unido a la broca.
El sistema de sujeción 24 y/o el husillo 23
están provistos de un conducto de alimentación
26 y un conducto de salida 27 de refrigerante.
Los sentidos de paso vienen indicadas por flechas
de dirección 28, 29. El conducto de alimentación
26 coincide con el canal de suministro 4 y el conducto de salida 27 con el canal 5 existente en el
vástago 1. Aquı́ los canales 4, 5 solo han sido representados esquemáticamente. Cada filo de broca 2 cuenta por lo menos con un par de canales
4, 5 en la broca o vástago de broca 1. Los canales
4, 5 desembocan en diferentes zonas del extremo
del vástago 30 dirigido hacia a la máquina. Tales
zonas están separadas entre sı́ por el costado de la
máquina, de manera que el suministro 28 y la salida 29 de refrigerante forman parte de un circuito
cerrado de refrigeración, que no tiene interrupciones. Los extremos del circuito de refrigeración se
encuentran encima y debajo de la zona funcional
representada en la figura 6. En el costado de la
máquina hay una mitad y en el costado del útil
la otra mitad del circuito de refrigeración, mientras que el punto de conexión 31 entre ambas partes del circuito de refrigeración se encuentra en la
zona del extremo del vástago 30.
Lista de referencias
1 Vástago
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2 Filo de la broca
3 Sentido longitudinal
4 Canal
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5 Canal
19 Ranura espiral
6 Extremo de desembocadura
20 Flanco exterior
7 Extremo de trabajo
5
21 Superficie libre
8 Extremo de desembocadura
22 Nervura del vástago
9 Eje de la broca
23 Husillo
10 Segmento frontal
10
24 Sistema de sujeción
11 Punta de la broca
25 Mandril
12 Filo transversal
26 Conducto de alimentación
13 Placa de cierre
15
29 Flecha de dirección
15 Flanco
16 Contra-flanco
27 Conducto de salida
28 Flecha de dirección
14 Superficie de contacto
20
30 Extremo de vástago
31 Punto de conexión
17 Ranura
18 Superficies externas
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REIVINDICACIONES
1. Broca con
- un vástago (1) hecho especialmente de metal duro macizo;
5
- filos de broca (2) dispuestos en un extremo
de trabajo (7) del vástago (1);
- una zona de acoplamiento al otro extremo
del vástago (1) para unirlo con el husillo de
trabajo de una máquina herramienta; y
- canales (4, 5) dispuestos unos al lado de
otros, atravesando el vástago (1) sensiblemente en sentido longitudinal (3), y desembocando en su extremo de trabajo (7) para
que pase debidamente el fluido desde el lado
del extremo de acoplamiento hasta los filos
de la herramienta (2),
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caracterizada por el hecho de que
- los diversos canales (4, 5) que forman un
bucle para el refrigerante de un circuito de
refrigeración cerrado en sı́ mismo, especialmente un par de canales, desembocan en el
extremo de trabajo de la zona de superficie
libre de un filo de broca (2) hecho de una
sola pieza con el vástago (1); y
- los otros extremos de desembocadura (6, 8)
están recubiertos por una placa de cierre
(13) estanca, que las cubre conjuntamente
y mantiene una distancia con respecto a los
filos de herramienta (2) contiguos, estableciendo un paso de lı́quido que une espacialmente los extremos de desembocadura (6,
8) entre sı́.
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2. Broca de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que hay una ranura
(17) practicada en la superficie de contacto (14)
de la placa de cierre (13) a modo de paso de
lı́quido entre los extremos de desembocadura (6,
8).
3. Broca de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada por el hecho de que existe una
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8
ranura dispuesta en la cara frontal (7) del extremo
de trabajo del vástago (1) a modo de unión de
lı́quido entre los extremos de desembocadura (6,
8).
4. Broca de acuerdo a la reivindicación 2 ó 3,
caracterizada por el hecho de que las ranuras
se comunican entre sı́ a fin de formar un canal
cerrado en todo el recorrido.
5. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que la superficie exterior (18) de una placa de
cierre (13) va unida a nivel con la superficie libre
(21) del filo de herramienta (2) contiguo.
6. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que las superficies laterales (14, 15) de la placa de
cierre (13) quedan dispuestas por lo menos parcialmente planas sobre el vástago.
7. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que por lo menos un par de canales respectivos
(4, 5) atraviesa una nervura de vástago (22) extendida entre dos ranuras espirales ((19).
8. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que la placa de cierre (13) forma con la periferia
parte del envolvente exterior de una nervura del
vástago (22).
9. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que la placa de cierre (13) va encolada o soldada al
extremo de trabajo (7) de una nervura del vástago
(22).
10. Broca de acuerdo a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de
que la placa de cierre (13) está hecha de un material buen conductor del calor, especialmente de
acero para herramientas.
11. Combinación formada por una máquina
herramienta y una broca de acuerdo a una o más
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
por el hecho de que el husillo de accionamiento de
la máquina herramienta constituye la otra parte
del circuito de refrigerante, de manera que con la
correspondiente conexión de ambas piezas entre sı́
por sus extremos de broca en oposición se cierra
el circuito de refrigerante.
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva
del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD
2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación
del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del
7-10-1992, no producirán ningún efecto en España
en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales.
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Esta información no prejuzga que la patente esté o
no incluı́da en la mencionada reserva.
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