BR0108621B1 - ferramenta de fresamento de roscas. - Google Patents

Description

"FERRAMENTA DE FRESAMENTO DE ROSCAS"

A presente invenção refere-se a ferramentas de corte para fresamento interna ou externa de roscas em peças de trabalho metálicas ou peças de trabalho construídas de outros materiais. Mais particularmente, a presente invenção se refere a ferramentas para fresamento de roscas apresen- tando um ou mais canais helicoidais em uma parte de corte da ferramenta. A presente invenção pode ser incorporada a fer- ramentas para fresamento de roscas, para fresamento, por e- xemplo, de roscas retas ou afiladas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Ferramentas de corte para rosqueamento são conhe- cidas por usinarem roscas internas em orifícios pré- perfurados em uma peça de trabalho ou por usinarem roscas externas no perímetro de uma peça de trabalho. Estas ferra- mentas para fresamento ou abertura de roscas são tipicamente conhecidas como "fresadoras de roscas". Uma fresa de roscas típica apresenta uma parte de haste e uma parte de corte da rosca. Fresadoras de roscas, de forma geral, produzem peças de trabalho rosqueadas de melhor qualidade, se comparadas com outras ferramentas de abertura de roscas, tais como ma- chos de corte.

A parte de corte de rosca da fresa de roscas pode incluir canais ou denteados para fresamento das roscas. Uma fresa de roscas típica pode apresentar entre dois a quatro canais, mas pode incluir mais do que quatro canais para de- terminadas dimensões e aplicações de fresamento. Os canais podem ser providos nas fresadoras de roscas para prover bor- das de corte e para canalização dos cavacos produzidos du- rante a operação de fresamento, para o exterior de um orifí- cio que está sendo rosqueado. Os canais definidos na fresa de roscas podem ser retas ou orientados em espiral ou segun- do um modelo helicoidal, apresentando uma direção direita ou esquerda. Canais retos se localizam, de forma geral, em pa- ralelo ao eixo geométrico longitudinal da fresa de roscas, se estendendo a partir da extremidade da parte de corte e ao longo desta parte de corte. Canais helicoidais ou em espiral podem ser definidos por um ângulo de hélice e se envolverem em torno da superfície externa da fresa de roscas. Como uti- lizado neste caso, o ângulo de hélice é um ângulo constante entre o eixo geométrico central da ferramenta de corte ou qualquer linha paralela ao eixo geométrico central. Aqueles versados na técnica irão entender e prontamente determinar o ângulo de hélice para uma ferramenta de corte em particular.

Canais helicoidais definidos na parte de corte da fresa de roscas podem produzir uma ação de elevação nos ca- vacos produzidas durante a operação de rosqueamento. A ação de elevação tende a forçar os cavacos através do canal e pa- ra o exterior do orifício que está sendo rosqueado. Os ca- nais helicoidais também podem ser vantajosos, por exemplo, quando da abertura de roscas em orifícios que possuem vias para chave ou outras interrupções. A disposição helicoidal do canal conduz ao fato de os dentes de corte encontrarem a interrupção de forma progressiva, com isso usinando de forma mais lisa e ficando menos sujeitas a impactos. Os dentes de corte ou abertura de rosca da fresa de roscas podem estar configurados para formarem roscas de- finidas pelos padrões ISO ou NPT, ou podem apresentar quais- quer outros formatos de rosca. Os dentes de corte de rosca 5 apresentam uma configuração complementar àquela das roscas a serem configuradas na superfície interna do orifício ou da superfície externa da peça de trabalho. As fileiras de den- tes de corte ficam separadas pelos canais definidos na parte de corte da fresa de roscas.

A parte de haste da fresa de roscas pode ficar en- gatada, por exemplo, no fuso de uma fresadora, centro de u- sinagem. As fresadoras de rosca são, de forma geral, utili- zadas em máquinas que permitem o movimento ao longo de três eixos geométricos, o que permite que a fresa de roscas se mova segundo uma trajetória helicoidal, exigida pela fresa- dora de rosca quando em operação. A fresa de roscas gira em torno de seu eixo geométrico longitudinal, gira em torno do centro do perímetro da peça de trabalho a ser rosqueada e também se move segundo uma direção axial em relação à peça de trabalho.

Fresadoras de rosca com múltiplos canais trabalham de forma similar a machos de corte para abertura de roscas, mas seu projeto e operação diferem em muitos aspectos. Uma tarraxa opera, principalmente, segundo um mandril que pode ser lançado de forma muito rápida ao interior da peça de trabalho para formação de roscas. O perfil de rosca configu- rado no diâmetro externo da tarraxa é estabelecido segundo um modelo em espiral que se iguala ao passo do modelo de rosca resultante desejado na peça de trabalho. Assim sendo, a tarraxa é literalmente empurrada para frente à medida que é torcida na peça de trabalho e, portanto, a direção de ali- mentação rotacional, de forma geral, pode ser revertida, a fim de remover a tarraxa de um orifício rosqueado cego. Ti- picamente, devem ser utilizadas dois ou três machos de corte para produção de um rosca completa. No entanto, fresadoras de roscas são ferramentas de fresamento e estas removem o material, cavaco por cavaco, à medida que as roscas são fre- sadas na peça de trabalho. Fresadoras de rosca, de forma ge- ral, apresentam diâmetros menores do que um orifício em uma peça de trabalho a ser rosqueada. Embora o perfil de rosca também seja baseado no diâmetro externo da fresa de roscas, de forma similar aos machos de corte, as roscas se encontram alinhadas umas com as outras e não ficam orientadas de forma helicoidal. Assim sendo, uma fresa de roscas deve ficar in- terpolada de forma helicoidal no interior da peça de traba- lho para formar as roscas helicoidais resultantes desejadas. Fresadoras de rosca apresentando bordas de corte em cada dente de corte de roscas são configuradas com um ângulo de saída na parte de corte da ferramenta de fresamento de ros- cas .

Exemplos de ferramentas de fresamento de roscas conhecidas incluem as ferramentas combinadas de execução de orifícios e abertura de roscas descritas nas Patentes Norte Americanas N° 5.413.438 e N° 4.761.844. Uma ferramenta com- binada de execução de orifício e de fresamento de rosca se encontra provida com um corpo reto alongado apresentando uma haste em uma extremidade e uma parte de perfuração de orifí- cio e uma parte de abertura de rosca ao longo de uma parte de trabalho da ferramenta. A parte de abertura de rosca da ferramenta possui um diâmetro máximo igual ao diâmetro máxi- mo do elemento de perfuração do orifício, de forma que a parte de abertura de rosca possa penetrar no orifício sem interferência enquanto o orifício estiver sendo perfurado. A parte de abertura de rosca da ferramenta pode apresentar ca- nais dispostos de forma reta ou helicoidal. 0 orifício é formado pela parte de perfuração de orifício, sendo então rosqueado com a utilização da parte de abertura de rosca, através da combinação do movimento rotativo axial e orbital simultâneos da ferramenta. O movimento orbital da ferramenta é um movimento do eixo geométrico da ferramenta em torno da linha central do orifício, especificamente, ao longo de um círculo, cujo centro se localiza em uma linha central do o- rifício. Os movimentos rotativo, axial e orbital combinados da ferramenta combinada abrem uma rosca interna na superfí- cie interna do orifício.

A Patente Norte Americana N- 5.733.078 provê uma ferramenta de perfuração de fresamento de roscas, na qual a parte de corte da ferramenta inclui dentes de fresamento de rosca em uma superfície de circunferência externa e também inclui uma ou mais bordas de corte de extremidade em uma fa- ce distai da ferramenta. Cada borda de corte de extremidade apresenta um diâmetro máximo, que é intermediário em compri- mento em relação a um diâmetro menor e a um diâmetro maior dos dentes de fresamento de rosca na mesma ferramenta. Esta ferramenta de perfuração e de fresamento de roscas permite a formação de um orifício rosqueado próximo a uma borda da pe- ça de trabalho através da redução da espessura mínima de pa- rede exigida entre o diâmetro maior da rosca sendo gerada e a borda da peça de trabalho.

Para fins de operação eficiente das ferramentas de fresamento de rosca, os cavacos geradas durante a abertura das roscas devem ser removidas de forma eficiente quando um orifício estiver sendo rosqueado em uma peça de trabalho. A retenção de cavacos ou a remoção não eficiente de cavacos é a causa principal do aumento de consumo de energia, redução de qualidade das roscas fresadas e do desgaste da ferramen- ta. Fresadoras de roscas utilizadas para rosquear orifícios cegos são tipicamente projetadas com canais, de forma que os cavacos sejam elevadas para fora do orifício ou, caso possa ser provido espaçamento suficiente no fundo do orifício, os cavacos sejam impulsionadas à frente da ferramenta de corte. Quando o projeto do canal da ferramenta de corte é tal que os cavacos são elevadas para o exterior do orifício por meio da ação de elevação dos canais, isso também pode auxiliar o direcionamento de um jato de fluido de corte para o interior do orifício, através de uma passagem interna no interior da ferramenta. Este fluxo de fluido tanto resfria a peça de trabalho e a ferramenta de corte, quanto também auxilia na limpeza dos cavacos provenientes do orifício, através dos canais. Por meio do aperfeiçoamento do projeto dos canais das fresadoras de roscas convencionais, podem ser obtidos aumentos da eficiência na abertura de roscas e da qualidade das roscas.

Assim sendo, seria vantajoso o provimento de um projeto aperfeiçoado em uma fresa de roscas que irá conduzir com mais eficiência os cavacos geradas durante a operação de abertura de roscas. Desta maneira, a eficiência da operação de abertura de roscas irá aumentar e a qualidade das roscas resultantes também será melhorada.

RESUMO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê uma ferramenta de fresa- mento de roscas aperfeiçoada para geração de roscas internas e/ou externas em uma peça de trabalho. A ferramenta de fre- samento de roscas da presente invenção inclui uma parte de haste próxima e uma parte de corte distai. A parte de corte da ferramenta de fresamento de roscas compreende pelo menos um dente de fresamento de roscas. Pelo menos um canal orien- tado de forma helicoidal se encontra definido na parte de corte. O ângulo de hélice do canal definido na parte de cor- te é maior ou igual a 20°.

Uma ferramenta de fresamento de roscas de acordo com a presente invenção também pode incluir uma região afi- lada, definida na parte de corte, na qual um diâmetro da parte de corte se afila ao longo de uma direção axial em pe- lo menos uma parte da ferramenta de fresamento de roscas. A parte de haste próxima pode ficar unida a um dispositivo, tal como, por exemplo, uma fresadora, um centro de usinagem ou um torno mecânico, controlado numericamente por computa- dor, com capacidades de fresamento, que podem transladar a ferramenta ao longo de uma trajetória interpolada de forma helicoidal, apropriada para formação das roscas desejadas. A parte de corte pode formar roscas internas ou externas na peça de trabalho à medida que a parte de corte se move em relação à peça de trabalho.

A ferramenta de fresamento de roscas da presente invenção provê um desempenho aumentado de fresamento durante a formação das roscas, em relação às fresadoras de roscas com canais helicoidais segundo a técnica anterior, as quais apresentam canais com ângulos de hélice menores. A ferramen- ta de fresamento de roscas de acordo com a presente invenção configura parâmetros de rosca e perfis de rosca mais preci- sos, resultando em um processo de abertura de rosca mais li- so, incluindo cavacos mais lisos, e produz em geral uma su- perficie mais liso nos orifícios rosqueados. O melhor desem- penho da ferramenta de fresamento de roscas da presente in- venção pode reduzir as forças de corte necessárias e as vi- brações criadas na operação de fresamento de rosca e, por- tanto, pode aumentar a vida útil da ferramenta e a tendência de retirada de cavacos da ferramenta de fresamento de roscas durante a abertura de roscas.

BREVE DESCRIÇÃO DQS DESENHOS

As características e vantagens da presente inven- ção podem ser melhor entendidas por meio da referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidade de ferramenta de fresamento de roscas, construída de acordo com a presente invenção; A Figura 2 ilustra uma vista de extremidade da ferramenta de fresamento de roscas, ilustrada na Figura 1, ilustrando o ângulo de saida formado pela borda de condução de uma forma de rosca na parte de corte da ferramenta de fresamento de roscas;

A Figura 3 ilustra uma vista geral ampliada da re- gião III da Figura 1, ilustrando o ângulo de afunilamento da região terminal de uma forma de rosca da ferramenta de fre- samento de rosca, ilustrada na Figura 1;

As Figuras 4 (a) e 4 (b) são fotografias de cavacos produzidas durante a abertura de roscas em orifício em aço inoxidável AISI do tipo 304, com a utilização da ferramenta de fresamento de roscas, construída de acordo com a presente invenção com canais apresentando um ângulo de hélice de a- proximadamente 30°;

As Figuras 5 (a) e 5 (b) são fotografias de cavacos produzidas durante a abertura de roscas de orifícios em aço inoxidável AISI do tipo 304, com a utilização de uma ferra- menta de fresamento de rosca com canal helicoidal afilada da Schmarje Tool Company, do tipo HTM490-14NPT, apresentando um ângulo de hélice de cerca de 10°;

As Figuras 6 (a) e 6(b) são fotografias de cavacos produzidas durante a abertura de roscas de orifícios em aço inoxidável AISI do tipo 304, com a utilização de uma ferra- menta de fresamento de rosca com canal helicoidal afilada da Scientific Cutting Tools, do tipo TM430-14NPT-HC, apresen- tando um ângulo de hélice de cerca de 15°; e A Figura 7 apresenta um gráfico, ilustrando varia- ções de uma dimensão desejada de orifícios rosqueados, ros- queados com a utilização de ferramentas de fresamento segun- do a técnica anterior e uma ferramenta de fresamento cons- truída de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a uma ferramenta de fresamento de roscas ou "fresa de roscas" para criação de roscas internas e/ou externas em peças de trabalho metálicas ou outras peças de trabalho e que aperfeiçoa o desempenho das ferramentas de fresamento de roscas segundo a técnica anterior. Uma modalidade da ferramenta de fresamento de ros- cas construída de acordo com a presente invenção, designada de forma geral como 10, se encontra ilustrada na Figura 1. A ferramenta de fresamento de roscas 10 se encontra adaptada para provimento de roscas internas em orifícios em uma peça de trabalho, enquanto os canais helicoidais da ferramenta, descritos abaixo, produzem simultaneamente uma ação de ele- vação que força todas ou uma parte dos cavacos através do canal e para o exterior do orifício que está sendo rosquea- do. A ferramenta de fresamento de roscas 10 pode ser fabri- cada de um material de carboneto sólido ou a partir de qual- quer outro material apropriado. Este outro material apropri- ado pode incluir, por exemplo, aços ráidos, aços mola, mate- rial de carboneto sólido com núcleo de aço, aços ferramenta ou aços sinterizados. Outros materiais que podem ser utili- zados para a construção da ferramenta de fresamento de ros- cas 10 tornar-se-ão aparentes para aqueles versados na téc- nica e, como é de conhecimento na técnica, a adequação de um material especifico irá, pelo menos em parte, depender da aplicação pretendida para a ferramenta de fresamento de ros- cas .

A ferramenta de fresamento de roscas 10 inclui uma parte de corte 12 e uma parte de haste 14. A parte de corte é de desenho afilado e inclui uma pluralidade de canais 16. Como conhecido pela técnica, o desenho afilado da parte de corte é empregado para produção de roscas afiladas em pelo menos uma parte de um orifício em uma peça de trabalho. Os parâmetros específicos da parte de corte podem ser especifi- cados pelos padrões National Pipe Thread (Roscas de Tubula- ções Nacional) ou outros padrões industriais. A parte de haste 14 da ferramenta de fresamento de roscas 10 se encon- tra construída de tal forma que esta ferramenta de fresamen- to de roscas 10 possa ser engastada ou montada de forma a- propriada em um fuso de uma máquina ferramenta, tal como, por exemplo, uma fresadora ou um centro de usinagem. Um ras- go, tal como o rasgo 18, pode ser provido na parte de haste 14 para assegurar que a ferramenta de fresamento de roscas 10 esteja montada ao fuso de uma máquina ferramenta segundo uma orientação correta. A parte de haste 14 pode apresentar um projeto padrão, tal como uma haste Weldon, para assegurar a consistência da operação de fresamento após substituições de ferramenta. A parte de corte 12 inclui uma pluralidade de protuberâncias ou dentes de corte 20, os quais são separados pelos canais 16. Os canais 16 são orientados de forma heli- coidal em relação a um eixo geométrico de rotação central 22 da ferramenta de fresamento de roscas 10. A disposição dos canais helicoidais 16 e dos dentes de corte 20 é tal que uma pluralidade de carreiras individuais de dentes fica disposta segundo uma orientação helicoidal em relação ao eixo geomé- tricô de rotação central da ferramenta de fresamento de ros- cas 10, em uma direção que progride a partir da extremidade terminal 24 da parte de corte 12 em direção à parte de haste 14. Os canais helicoidais 20 formam um ângulo de hélice, tal qual o ângulo 26, que se trata do ângulo entre o eixo geomé- tricô central 22 da ferramenta de fresamento de roscas 10 ou de uma linha paralela ao eixo geométrico central 22 e aos canais 16.

As carreiras de dentes de corte 16 se encontram configuradas para delinear diversas formas de roscas 28, e estas formas de roscas podem apresentar diversas configura- ções definidas por padrões ISO ou outros padrões. Cada uma das formas de roscas 28 define um ângulo de saida, ângulo 30 na Figura 2, e também podem definir um ângulo de afunilamen- to, ângulo 32 na Figura 3. Com referência à Figura -3, o ân- guio de afunilamento 32 da ferramenta de fresamento de ros- cas 10 se define através de um decréscimo sucessivo da dis- tância entre o eixo geométrico central 22 da ferramenta 10 e o ápice do dente individual de corte 16 à medida que o dente de corte 16 se aproxima da extremidade terminal 24 da ferra- menta de fresamento de roscas 10.

Assim sendo, a ferramenta de fresamento de roscas 10 é de um metal duro, de configuração afilada, e inclui ca- nais helicoidais, definidos em torno da parte de corte da ferramenta de fresamento de roscas. Como adicionalmente des- crito abaixo, a ferramenta de fresamento de roscas 10 inclui um novo ângulo de hélice que provê aperfeiçoamentos distin- tos, tanto em relação às ferramentas de fresamento de roscas apresentando canais retos (isto é, apresentando canais que se localizam de forma substancialmente paralela ao eixo geo- métrico central da ferramenta ou com um ângulo de hélice de 0o) quanto às ferramentas de fresamento de roscas incluindo canais helicoidais, definindo um ângulo de hélice convencio- nal. Especificamente, o ângulo de hélice da ferramenta de fresamento de roscas 10 de acordo com a presente invenção é maior do que o ângulo de hélice das ferramentas de fresamen- to de roscas com canais helicoidais conhecidos, as quais a- presentam um ângulo de hélice de menos de 20°. O ângulo de hélice aumentado da presente invenção provê um desempenho de trabalho à máquina aumentado à medida que as roscas são fre- sadas na peça de trabalho. O desempenho melhorado de traba- lho à máquina se exemplifica pelo melhor controle dos cava- cos, melhor evacuação dos cavacos, abertura mais liso das roscas, vida útil mais longa das ferramentas, consumo de e- nergia reduzido e uma qualidade melhorada das roscas provi- das na peça de trabalho rosqueada. As roscas produzidas pela fresa de roscas da presente invenção apresentam variação me- nor quando comparadas às roscas "ideais", definidas pelos padrões industriais em relação às roscas produzidas pelas fresadoras de roscas segundo a técnica anterior.

A quantidade de canais orientados de forma heli- coidal providos nas ferramentas de fresamento de roscas, construídas de acordo com a presente invenção, pode ser qualquer quantidade apropriada e, de preferência, de dois a seis. A quantidade real de canais providos irá depender, am- plamente, do diâmetro da ferramenta de fresamento de roscas e de sua aplicação pretendida. O ângulo de afunilamento da ferramenta de fresamento de roscas da presente invenção, conforme descrito acima, pode ser de O0 (não afilado) até qualquer ângulo de afunilamento apropriado. De preferência, as ferramentas de fresamento de roscas construídas de acordo com a presente invenção são de construção afilada e apresen- tam um ângulo de afunilamento não maior do que 5 °. O ângulo de afunilamento apropriado irá, evidentemente, depender das especificações das roscas a serem produzidas, e tais especi- ficações são bem conhecidas por aqueles versados na técnica de fresamento. O ângulo de saída de topo, como descrito aci- ma, pode ser qualquer ângulo de saída apropriado como é co- nhecido pela técnica, e de preferência de 100 a 35°. As for- mas das roscas podem ser de qualquer projeto apropriado, muitos dos quais se encontram descritos em especificações industriais, incluindo BSPT, NPT e NPTF, todas estas sendo padrões ISO.

O ângulo de hélice da ferramenta de fresamento de roscas construída de acordo com a presente invenção pode ser qualquer ângulo apropriado maior ou igual a 20°. Preferivel- mente, o ângulo de hélice se encontra dentro de uma faixa de 20° a 40°, inclusive.

Durante a operação de abertura de roscas, a ferra- menta de fresamento de roscas é simultaneamente girada em torno de seu eixo geométrico central e movida axialmente pa- ra trituração de cavacos provenientes da peça de trabalho sendo rosqueada. O processo de formação de roscas com a uti- lização da ferramenta de fresamento de roscas é conhecido por aqueles versados na técnica e, por esta razão, não é descrito em detalhe neste caso. Como exemplo, a ferramenta de fresamento de roscas da presente invenção pode ser opera- da conforme descrito na Patente Norte Americana N- 5.098.232 para formação de roscas em uma peça de trabalho. A divulga- ção completa da Patente N- λ232 se encontra incorporada a este caso à guisa de referência. Projetos de ferramentas de fresamento de roscas segundo a técnica anterior combinaram um ângulo de afunilamento com canais orientados de forma he- licoidal. Tais projetos segundo a técnica anterior incluem ferramentas de fresamento de roscas disponibilizadas pela Schmarje Tool Company, de Muscatine, Iowa e pela Scientific Cutting Tools, Inc., Simi Valley, Califórnia. Tais projetos de ferramentas de fresamento de roscas segundo a técnica an- terior, no entanto, incorporavam canais helicoidais de ângu- lo de hélice relativamente pequeno, com menos de 20°. As ferramentas de fresamento de roscas com ângulo de hélice maior do que 20° não tinham sido até então produzidas. Uma razão para estas ferramentas não terem sido produzidas é que se acreditava que, de forma geral, tais ferramentas não po- diam ser fabricadas com uma configuração de forma de rosca exata. No entanto, como ilustrado neste caso, a ferramenta de fresamento de roscas da presente invenção inesperadamente produz roscas de qualidade melhor em relação à vida útil da ferramenta do que a das ferramentas de fresamento de roscas segundo a técnica anterior.

Os presentes inventores descobriram, através de pesquisa analítica e experimental, que as ferramentas de fresamento de roscas construídas de acordo com a presente invenção, as quais incorporam canais definidos por um ângulo de hélice maior do que o ângulo de hélice de ferramentas de fresamento de roscas com canais helicoidais segundo a técni- ca anterior, provê um desempenho de trabalho à máquina me- lhor, na forma de um controle e evacuação de cavacos aumen- tado, vida útil de ferramenta prolongada, consumo de energia de corte reduzido e aumento da qualidade das roscas. As van- tagens providas pelas ferramentas de fresamento de roscas construídas de acordo com a presente invenção são demonstra- das de forma experimental por meio da comparação das carac- terísticas de desempenho das ferramentas de fresamento de roscas segundo a técnica anterior com as características de desempenho da ferramenta de fresamento de roscas com canais de forma helicoidal afilada, construída de acordo com a pre- sente invenção. A ferramenta de fresamento de roscas testada pela presente invenção inclui um ângulo de hélice de cerca de 30° com uma forma de rosca para produção de roscas 14 NPT. A ferramenta de fresamento de roscas testada é idêntica à ilustrada, de forma geral, nas Figuras 1 - 3. A comparação foi conduzida com uma ferramenta de fresamento de roscas de carboneto sólido, com canais helicoidais da Schmarje Tool Company, do tipo HTM4 90-14NPT e uma ferramenta de fresamento de rosca de carboneto sólido, com canal helicoidal afilado da Scientific Cutting Tools, do tipo TM430-14NPT-HC. As três ferramentas de fresamento de roscas testadas apresentavam formas de roscas idênticas, padrão ISO, 14 NPT. As três fer- ramentas foram testadas através da formação de roscas inter- nas em orifícios, providos em uma peça de trabalho de aço inoxidável AISI do tipo 304, utilizando uma fresadora Fadai Mill Model 906 - 1, operada com 20 cavalos de força e com as seguintes condições de fresamento: velocidade de corte de 80 m/min. (266,1 pés/minuto), velocidade de rotação de fuso de 1673 revoluções por minuto; velocidade de avanço linear da peça de trabalho de 509,2 mm/min. (20,05 polegadas/minuto); e taxa de avanço de corte de 0,07 mm/rev (0,0031 polega- das/rev).

Foram coletadas amostras de cavacos para avaliação da qualidade da formação de cavacos com a utilização das três ferramentas de fresamento de roscas diferentes. As Fi- guras 4 (a) e 4 (b) são fotografias de cavacos coletadas em orifícios de abertura de rosca em uma peça de trabalho de aço inoxidável utilizando a ferramenta de fresamento de ros- cas construída de acordo com a presente invenção. As Figuras 5 (a) e 5 (b) e 6 (a) e 6 (b) são fotografias de cavacos coleta- das durante a abertura de roscas em orifícios em peça de trabalho de aço inoxidável, com a utilização de ferramentas de fresamento de roscas da Schmarje Tool Company e da Scien- tific Cutting Tools, respectivamente. Todas as fotografias nas Figuras 4 a 6 são ampliações 47X. Os cavacos produzidas com a utilização da ferramenta de fresamento de roscas de acordo com a presente invenção são evidentemente mais lisos do que aquelas produzidas com as ferramentas segundo a téc- nica anterior. A forma mais liso dos cavacos indica que a operação de fresamento ocorreu de forma mais liso, resultan- do em um consumo de energia reduzido, abertura de rosca mais estável, vida útil de ferramenta mais longa e forma de rosca melhorada.

A Figura 7 ilustra a variação na qualidade das roscas criadas com a utilização das três ferramentas de fre- samento de roscas. Uma série de três conjuntos de dez orifí- cios foi provida na peça de trabalho de aço inoxidável AISI do tipo 304. Um conjunto diferente de dez orifícios foi ros- queado com a utilização de cada uma dentre as três ferramen- tas de fresamento de roscas. Uma ferramenta de fresamento de roscas de cada tipo foi utilizada para rosquear todos os dez orifícios de cada conjunto e não foi empregada nenhuma com- pensação de ferramenta para qualquer uma dentre as três fer- ramentas de fresamento de roscas. Em outras palavras, foram utilizados os mesmos parâmetros de configuração e fresamento para cada ferramenta. Um tampão em escala de padrão 14 - NPT foi aparafusado então em cada um dos orifícios rosqueados e a altura a partir do topo do tampão padrão até a superfície de topo da peça de trabalho foi medida. A incapacidade do tampão padrão de ser aparafusado completamente no orifício rosqueado, de forma a ficar alinhado com o topo do orifício, indica uma variação não desejável na dimensão do orifício rosqueado.

As variações da forma de rosca desejada indicadas pelo procedimento de teste do tampão padrão foram compara- das. As curvas ilustradas na Figura 7 representam as varia- ções nas dimensões experimentadas em cada um dentre os dez orifícios rosqueados com cada uma dentre as ferramentas de fresamento de roscas. A progressão na abertura de rosca nos dez orifícios rosqueados se encontra indicada ao longo do eixo geométrico horizontal na Figura, a partir do primeiro até o décimo orifício rosqueado, com a utilização de cada ferramenta. A variação de profundidade terminal do tampão padrão nos orifícios rosqueados se encontra indicada no eixo geométrico vertical da Figura. Pode ser visto a partir da Figura 7 que a extensão da variação na dimensão dos orifí- cios rosqueados, de forma geral, aumenta à medida que mais orifícios são rosqueados, o que pode ser uma indicação do desgaste da ferramenta ou de uma rosca com superfície rugo- sa. A Figura 7 indica graficamente que a ferramenta de fre- samento de roscas construída de acordo com a presente inven- ção produziu muito menos variação nos orifícios rosqueados e que, de fato, produziu pouca ou nenhuma variação de dimensão nos primeiros seis orifícios rosqueados. Ao contrário, as ferramentas de fresamento de roscas da Schmarje Tool Company e da Scientific Cutting Tools produziram variações substan- cialmente maiores na dimensão dos orifícios rosqueados. Pode ser visualizado que variações indesejáveis de dimensão nos orifícios rosqueados se tornaram aparentes logo após o pri- meiro orifício ter sido rosqueado com as ferramentas segundo a técnica anterior. Se acredita que, ao contrário do que se acreditava na técnica, o maior ângulo de hélice da ferramen- ta construída de acordo com a presente invenção estimulou a formação e a ejeção dos cavacos e, de forma geral, aumentou o desempenho da operação de abertura de rosca, de tal forma que o desgaste do cortador foi diminuído, a superfície de rosca da peça de trabalho ficou mais liso e a qualidade das roscas produzidas foi muito melhorada.

Durante os testes de trabalho à máquina observou- se que foi produzido um som de nível mais agudo durante as operações de abertura de rosca com a utilização das ferra- mentas de fresamento de roscas da técnica anterior em rela- ção à ferramenta construída de acordo com a presente inven- ção. Como é de conhecimento na técnica de fresamento, um som de nível mais agudo indica um processo de corte mais bruto, uma deflexão de ferramenta e a deformação das roscas, com a conseqüência do material ser fretado a partir de orifícios rosqueados de forma mais eficiente com a ferramenta de fre- samento de roscas de acordo com a presente invenção e com um consumo de energia relativamente mais baixo.

Também se observou que o tampão padrão ou em esca- la poderia ser aparafusado nos orifícios produzidos pela ferramenta de acordo com a presente invenção de forma mais fácil e com um movimento muito mais liso do que em relação àqueles produzidos pelas ferramentas segundo a técnica ante- rior. Isso indica que as roscas foram melhor configuradas pelas ferramentas da presente invenção em relação às da téc- nica anterior. Acredita-se que o ângulo de hélice maior dos canais da ferramenta construída de acordo com a presente in- venção provê uma evacuação de cavacos mais eficiente e per- mite que as roscas sejam formadas sem interferência substan- ciai destos cavacos, retidas no interior do orifício na peça de trabalho.

As variações de dimensão no orifício rosqueado, ilustradas na Figura 7, indicam que a geometria do projeto da ferramenta de fresamento de roscas da presente invenção provê um melhor desempenho de fresamento, incluindo uma di- mensão de rosca mais consistente e uma configuração de rosca mais exata, e também resultando em um processo de abertura de rosca mais liso, gerando cavacos de formato mais liso, bem como uma superfície mais liso nos orifícios rosqueados. Omelhor desempenho de abertura de rosca provido pelas fer- ramentas construídas de acordo com a presente invenção iriam aumentar a qualidade das conexões rosqueadas, diminuir as forças de corte necessárias durante a operação de fresamento de rosca, aumentar a vida útil de ferramenta e reduzir a tendência de cavacos na borda da ferramenta durante o pro- cesso de abertura de rosca. A superioridade da ferramenta da presente invenção ilustrada nos resultados comparativos foi inesperada e significativa.

Deve ser entendido que a presente descrição ilus- tra aqueles aspectos da invenção que são relevantes para um entendimento claro da invenção. Determinados aspectos da presente invenção que seriam evidentes para aqueles versados na técnica e que, portanto, não facilitariam um melhor en- tendimento da invenção não foram apresentados, a fim de sim- plificar a presente descrição. Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com determinadas modalidades, aqueles versados na técnica, sob consideração da descrição anterior, reconhecerão que podem ser empregadas muitas modi- ficações e variações da invenção. Todas estas variações e modificações da invenção tem a intenção de estarem contidas na descrição anterior e nas reivindicações a seguir. Em par- ticular, embora tenha sido apresentada uma única modalidade da invenção, apresentando um ângulo de hélice de 30°, deve ser entendido que fresadoras de rosca contidas na presente invenção incluindo quaisquer outros ângulos de hélice apro- priados maiores do que 30° podem ser providas e englobadas pelas reivindicações a seguir.

Claims (10)

1. Ferramenta de fresamento de roscas (10) para produzir roscas afiladas em pelo menos uma parte de um ori- fício em uma peça de trabalho compreendendo: uma parte de haste proximal (14); uma parte de corte distai (12) compreendendo uma extremidade terminal (24) e uma pluralidade de dentes de corte de rosca (16) tendo um ápice e definindo um ângulo a- filado (32), o ângulo afilado (32) sendo definido por um de- créscimo sucessivo na distância entre um eixo geométrico central (22) da ferramenta (10) e o ápice do dente individu- al de corte de rosca (16) à medida que o dente de corte de rosca (16) se aproxima da extremidade terminal (24), a ferramenta de fresamento de roscas sendo CARACTERIZADA pelo fato de que o ângulo afilado (32) é maior do que 0o até 5o, e a ferramenta de fresamento de roscas compreendendo adicionalmente pelo menos um canal orientado de forma helicoidal (20) definido na parte de corte (12), o referido canal helicoidal sendo definido por um ângulo de hélice de pelo menos 20°.

2. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida parte de haste (14) pode ser unida a um disposi- tivo para girar a ferramenta de fresamento de roscas (10) para formação de roscas em uma peça de trabalho.

3. Ferramenta de fresamento de roscas, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que os dentes de fresamento de roscas possuem uma forma de rosca que produz roscas na peça de trabalho em conformidade aos padões National Pipe Thread.

4. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que não mais do que seis canais helicoidais são definidos na re- ferida parte de corte (12).

5. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido canal helicoidal é definido por um ângulo de hé- lice (26) menor do que 40°.

6. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende adicionalmente um orifício através da referida parte de haste (14) e da referida parte de corte (12) para direcionamento de um fluxo de refrigerante para a referida parte de corte (12).

7. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido canal helicoidal é definido por um ângulo de hé- lice de 30°.

8. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de 'a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida parte de haste (14) compreende uma haste Weldon.

9. Ferramenta de fresamento de roscas (10), de a- cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida parte de haste (14) compreende um rasgo (18).

10. Ferramenta de fresamento de roscas, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o dis- positivo é uma máquina controlada numericamente por computador.