FRESA DE RANURAR PARA MECANIZACIÓN DE GRAN AVANCE Y DE POCA PROFUNDIDAD DE PASADA.

Una fresa, en particular de ranurar, que comprende un cuerpo (12) de carburo que se extiende a lo largo del eje (14) de rotación de la fresa y una cabeza (16) de cerámica fijada por soldadura a una extremidad del cuerpo,

incluyendo esta cabeza dientes (22) irregularmente repartidos alrededor del eje de la fresa y separados unos de otros por cavidades para virutas (28), incluyendo cada diente una arista principal de corte (24) sensiblemente radial formada por una intersección entre una cara delantera de corte (Aγ) y una cara interior de incidencia (Aα), caracterizada porque: - la fresa tiene una forma general troncocónica cuya base mayor está situada por el lado de la cabeza, teniendo la fresa una conicidad comprendida entre 1 y 5º, - el perfil (34) de la cara de incidencia, formado por la intersección de la cara de incidencia con un plano que pasa por el eje de la fresa, tiene una forma redondeada convexa hacia el exterior y cuyo radio de curvatura (R1) está comprendido entre 5 y 20 mm, y - el ángulo de corte radial (γf) entre la cara de corte de cada diente y un plano de referencia (Pr) que pasa por el eje de rotación de la fresa y por un punto considerado de la arista principal de corte del diente, es negativo y está comprendido entre 2 y 8º, siendo medido este ángulo en un plano de trabajo (Pf) perpendicular al eje de rotación de la fresa y que pasa por el punto considerado de la pista principal de corte del diente

Fresa de ranurar para mecanización de gran avance y de poca profundidad de pasada.

El presente invento se refiere a una fresa, en particular de ranurar, para mecanización de gran avance y de poca profundidad de pasada, estando ésta fresa adaptada particularmente pero no de modo exclusivo para mecanizar piezas de materiales muy duros utilizados en la industria aeronáutica.

Una turbomáquina de avión comprende por ejemplo numerosas piezas realizadas en materiales de gran dureza tales como materiales compuestos y superaleaciones a base de níquel y cobalto. La mecanización a gran velocidad de estos materiales genera tensiones térmicas y mecánicas importantes en las herramientas de corte que deben por tanto ser realizadas de materiales muy rígidos y resistentes a las temperaturas elevadas.

Es conocido fabricar una fresa de ranurar en un bloque de material de cerámica o de carburo. Una fresa de cerámica presenta una gran dureza, una gran resistencia térmica, y permite mecanizar a gran velocidad y obtener índices de retirada de material importantes. Sin embargo, es costosa de realizar y muy frágil aunque está en general reservada a la mecanización de materiales blandos tales como madera y no es por tanto utilizada en la industria aeronáutica. Una fresa de carburo es menos cara de fabricar y resiste mejor las tensiones mecánicas durante la mecanización. Sin embargo, tiene menos rendimiento y se desgasta más rápidamente que una fresa de cerámica.

Se ha propuesto ya formar una fresa que comprende una primera parte cilíndrica realizada de carburo y que forma el cuerpo de la fresa, en una extremidad de la cual está fijada por soldadura una segunda parte cilíndrica de cerámica que forma la cabeza de la fresa y que incluye aristas de corte. La soldadura se extiende en general en un plano sensiblemente perpendicular al eje de rotación de la fresa. Este tipo de fresa en dos partes es muy ventajosa pues permite limitar la utilización de la cerámica a la cabeza de fresado únicamente y elegir un material de resiliencia superior a la de la cerámica y más económico para realizar el cuerpo de la herramienta. Tal fresa está además particularmente adaptada a la mecanización a gran velocidad de piezas de superaleaciones o de materiales compuestos. La patente EP-B-0 477 093 de la solicitante describe una fresa con las características contenidas en el preámbulo de la reivindicación 1.

Una fresa en dos partes del tipo ya citado presenta sin embargo un inconveniente principal. Durante una operación de mecanización, los esfuerzos de torsión aplicados sobre la herramienta de corte engendran fuerzas de cizalladura importantes en la soldadura que pueden fragilizarla y provocar la separación de la cabeza de fresado y el dañado de la pieza a mecanizar.

El invento propone una solución simple, eficaz y económica a este problema.

Tiene por objeto una fresa de ranurar del tipo ya citado cuyo dimensionamiento y geometría están particularmente adaptados para reducir las fuerzas de cizalladura a las que es sometida la soldadura de unión del cuerpo y de la cabeza de la fresa durante una operación de mecanización.

El invento propone a este efecto una fresa con las características de la reivindicación 1.

Gracias a la combinación de las características geométricas y dimensionales de la fresa según el invento, los esfuerzos de corte que transitan entre los dientes y la pieza en curso de mecanización se traducen por pequeños esfuerzos de torsión en la fresa y por esfuerzo de compresión axial más importantes a los que la fresa es mucho menos sensible. La reducción de los esfuerzos de torsión en la fresa permite disminuir las fuerzas de cizalladura en la soldadura de la fresa y por tanto limitar el riesgo de arranque de la cabeza del cuerpo de la fresa.

La fresa según el invento permite mecanizar a gran velocidad piezas de materiales muy duros, tales como por ejemplo una rodete de Inconel 718 de un compresor centrífugo de turbomáquina. Esta fresa permite alcanzar velocidades de corte y avances importantes, y aumentar el índice de retirada de material de manera que disminuya el tiempo de mecanización de una pieza.

En la presente solicitud, se entiende por plano de referencia P_r, un plano que pasa por el eje de rotación de la fresa y por un punto considerado de la arista principal de corte de un diente. Un plano de trabajo P_f es un plano perpendicular al eje de rotación y de la fresa y que pasa por el punto considerado de la arista principal de corte del diente. Un plano hacia atrás P_p es un plano perpendicular a un plano de referencia y a un plano de trabajo, en el punto considerado de la arista principal de corte. Un plano de arista P_s es un plano tangente a la arista principal de corte, en un punto considerado de esta arista, y perpendicular al plano de referencia correspondiente. Un plano P_n es un plano perpendicular a la arista principal de corte, en el punto considerado de esta arista. La cara de corte de un diente es la superficie a lo largo de la cual deslizan las virutas de material, y la cara de incidencia de este diente es la superficie a lo largo de la cual desfilan las superficies engendradas sobre la pieza.

Según una primera característica del invento, la comicidad de la fresa es determinada para limitar los rozamientos entre la superficie externa de la fresa y las paredes laterales de la pieza en curso de mecanización, pudiendo esto rozamientos entrañar tensiones térmicas en la fresa y la pieza mecanizada que provocan una degradación acelerada de la fresa y una deformación de la pieza. Esta conicidad es igualmente determinada para asegurar una buena evacuación de las virutas de material. La fresa tiene por ejemplo una comicidad de aproximadamente 3º.

Según una segunda característica del invento, el perfil de la cara de incidencia, formado por la intersección de la cara de incidencia con un plano que pasa por el eje de la fresa, tiene una forma redondeada convexa hacia el exterior cuyo radio de curvatura es por ejemplo de aproximadamente 12 mm. La forma de este perfil permite limitar los esfuerzos de torsión en la fresa y favorecer in situ los esfuerzos de compresión axial en la fresa.

Según una tercera característica del invento, el ángulo de corte radical o lateral γ_f, medido en el plano de trabajo perpendicular al eje de rotación de la fresa y que pasa por el punto considerado de la arista principal, es negativo para aumentar la robustez de la arista de corte y asegurar igualmente una buena evacuación de las virutas. Este ángulo negativo permite también tener un esfuerzo de compresión y no de tracción sobre la arista de corte cuando esta arista se aproxima al final del trazo de corte y la viruta esta lista para separarse de la pieza. El ángulo de corte radial γ_f es por ejemplo de -5º aproximadamente.

De preferencia, la fresa comprende una arista de corte secundaria sensiblemente axial conectada a la arista principal de corte por un pico redondeado de pequeño radio de curvatura, por ejemplo comprendido entre 0,5 y 1 mm. Las aristas principal y secundaria de corte de un diente definen entre sí la cara de corte del diente. El ángulo de corte axial o hacia atrás γ_p entre la cara de corte de cada diente y el plano de referencia, es positivo y está comprendido entre 1 y 5º aproximadamente, midiéndose este ángulo en el plano hacia atrás.

La fresa según el invento tiene por tanto una geometría positiva/negativa caracterizada por un ángulo de corte axial γ_p positivo y por un ángulo de corte radial de γ_f negativo. Este tipo de fresa puede soportar esfuerzos de corte muy importantes y superiores a los de una fresa de geometría doble positiva. Esta geometría positiva/negativa permite igualmente velocidades de mecanización elevadas bajo fuertes avances pues el ángulo de corte radial negativo refuerza la resistencia de la arista de corte y el ángulo de corte axial positivo facilita la formación de las virutas dirigiéndolas por el lado opuesto a la cabeza de la fresa.

En función de la aplicación considerada, la fresa según el invento puede comprender de dos a ocho dientes. La fresa tiene por ejemplo un diámetro externo D comprendido entre 10 y 30 mm aproximadamente, y la cabeza de la fresa puede tener una dimensión axial comprendidas entre 5 y 10 mm aproximadamente.

La arista principal de corte puede estar conectada a la cara de corte por un chaflán... [Seguir leyendo]

1. Una fresa, en particular de ranurar, que comprende un cuerpo (12) de carburo que se extiende a lo largo del eje (14) de rotación de la fresa y una cabeza (16) de cerámica fijada por soldadura a una extremidad del cuerpo, incluyendo esta cabeza dientes (22) irregularmente repartidos alrededor del eje de la fresa y separados unos de otros por cavidades para virutas (28), incluyendo cada diente una arista principal de corte (24) sensiblemente radial formada por una intersección entre una cara delantera de corte (A_γ) y una cara interior de incidencia (A_α), caracterizada porque:

- la fresa tiene una forma general troncocónica cuya base mayor está situada por el lado de la cabeza, teniendo la fresa una conicidad comprendida entre 1 y 5º,

- el perfil (34) de la cara de incidencia, formado por la intersección de la cara de incidencia con un plano que pasa por el eje de la fresa, tiene una forma redondeada convexa hacia el exterior y cuyo radio de curvatura (R₁) está comprendido entre 5 y 20 mm, y

- el ángulo de corte radial (γ_f) entre la cara de corte de cada diente y un plano de referencia (P_r) que pasa por el eje de rotación de la fresa y por un punto considerado de la arista principal de corte del diente, es negativo y está comprendido entre 2 y 8º, siendo medido este ángulo en un plano de trabajo (P_f) perpendicular al eje de rotación de la fresa y que pasa por el punto considerado de la pista principal de corte del diente.

2. Una fresa según la reivindicación 1, caracterizada porque tiene una conicidad de 3º aproximadamente.

3. Una fresa según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el ángulo de corte radial (γ_f) es de -5º aproximadamente.

4. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el perfil (34) de la cara de incidencia (A_α) tiene un radio de curvatura (R₁) de 12 mm aproximadamente.

5. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende una arista secundaria de corte (26) sensiblemente axial conectada a la arista principal de corte por un pico (32), teniendo este pico una forma redondeada convexa cuyo radio de curvatura está comprendido entre 0,5 y 1 mm.

6. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ángulo de corte axial (γ_p) entre la cara de corte (A_γ) de cada diente (22) y el plano de referencia (P_r), es positivo y está comprendido entre 1 y 5º, siendo medido este ángulo en un plano hacia atrás (P_p) perpendicular a los planos de referencia y de trabajo (P_r, P_f).

7. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la cara de incidencia de cada diente (22) está conectada a una pared lateral del diente por un borde redondeado (36) que tiene un radio de curvatura (R2) comprendido entre 0,5 y 1 mm.

8. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los dientes (22) se extienden alrededor de una cavidad anular central (23) de la cabeza (16), teniendo esta cavidad una forma general troncocónica alineada con el eje de la fresa y cuya base está situada por el lado de la extremidad inferior de la fresa, estando la parte superior de la cavidad en una parte de esfera cuyo radio (R₄) está comprendido entre 2 y 8 mm.

9. Una fresa según la reivindicación 8, caracterizada porque la cavidad (23) está conectada a la cara de incidencia (A_α) de cada diente (22) por un borde redondeado (38) que tiene un radio de curvatura (R₃) comprendido entre 0,5 y 1 mm.

10. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la cara de incidencia (A_α) se extiende en dirección circunferencial en una distancia (33) comprendida entre 0,1 y 2 mm.

11. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ángulo de incidencia (α) entre la cara de incidencia y un plano de arista (P_s) tangente en un punto considerado de la arista principal de corte y perpendicular al plano de referencia (P_r), es positivo y está comprendido entre 5 y 10º, siendo medido éste ángulo en un plano normal (P_n) perpendicular a la arista principal de corte, en el punto considerado de esta arista.

12. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque una cara de destalonado (A_β) se extiende por detrás de la cara de incidencia (A_α), el perfil (34) de la cara de destalonado, formado por la intersección de esta cara con una plano que pasar por el eje de la fresa, tiene una forma redondeada convexa hacia el exterior cuyo radio de curvatura (R₁) está comprendido entre 5 y 20 mm.

13. Una fresa según la reivindicación 12, caracterizada porque el ángulo de destalonado (β) entre la cara de destalonado (A_β) y un plano de arista (P_s) tangente a la arista principal de corte, en un punto considerado de esta arista, y perpendicular al plano de referencia (P_r), es positivo y está comprendido entre 10 y 20º, siendo medido éste ángulo en un plano normal (P_n) perpendicular a la arista principal de corte, en el punto considerado de la arista.

14. Una fresa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la arista principal de corte (24) está conectada a la cara de corte (A_γ) por un chaflán (30), teniendo este chaflán una dimensión axial comprendida entre 0,001 y 0,3 mm que forma con la cara de corte (A_γ) un ángulo comprendido entre 10 y 30º.

15. Un procedimiento de fresado de una pieza de material compuesto o de superaleación por medio de una fresa (10) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las velocidades de corte de la fresa están comprendidas entre 200 y 1.500 m/min, los avances por diente están comprendidos entre 0,1 y 1 mm, y las profundidades de pasada están comprendidas entre 0,1 y 2 mm.