ES2301141T3 - Metodo de forja. - Google Patents

Abstract

Método para forjar una pieza con una forma predeterminada a partir de una pieza a trabajar (59, 80), que comprende las siguientes etapas: cerrar radialmente matrices de forja opuestas (112), de manera que las matrices de forja se mueven radialmente hacia dentro en una dirección predeterminada para establecer contacto con la pieza a trabajar, en el que las matrices de forja opuestas definen una cavidad (114) entre las mismas con la forma predeterminada de la pieza resultante (120), incluyendo cada una de dichas matrices de forja una superficie de contacto (116) que define una parte de la cavidad para establecer contacto con la pieza a trabajar y conformar la misma con la forma predeterminada de la pieza resultante, incluyendo cada superficie de contacto respectiva al menos una parte relativamente plana que define un plano de contacto (118) que se opone y es paralelo a una parte relativamente plana de la otra matriz; aplicar fuerzas axiales y radiales a la pieza a trabajar con las matrices de forja que cierran radialmente, de manera que la pieza a trabajar se deforma hacia fuera hasta la forma predeterminada definida por las matrices de forja opuestas; y reforzar estructuralmente las matrices de forja opuestas con un cuerpo envolvente (130) de las matrices que recibe y comprende circunferencialmente las matrices de forja opuestas durante el proceso de forja, caracterizado porque dicha dirección predeterminada es oblicua respecto a los planos de contacto correspondientes definidos por las superficies de contacto opuestas, de manera que las superficies de contacto respectivas imparten fuerzas axiales y radiales al menos a partes de la pieza a trabajar para generar fuerzas de compresión y de cizalladura dentro de la misma, y porque el método comprende reforzar estructuralmente las matrices de forja opuestas durante la aplicación de dichas fuerzas de compresión y de cizalladura.

Description

Método de forja.

La presente invención se refiere a un método de forja para formar piezas metálicas, tales como puntas de taladrado de tipo pala.

Las puntas de taladrado de tipo pala, denominadas en lo sucesivo "puntas de pala", se utilizan comúnmente para taladrar o agujerear madera u otros materiales. Una punta de pala se usa típicamente para taladrar orificios que tienen un diámetro relativamente grande del que se debe retirar una gran cantidad de madera u otro material. Por ejemplo, durante la construcción de una casa, se utilizan habitualmente puntas de pala para taladrar una serie de orificios, alineados, adyacentes, a través de los que pasan espárragos, conductos o cableado.

Tal como se muestra en la figura 1, una punta de pala (1) convencional incluye un cuerpo (2) alargado que define un eje longitudinal (3). Una parte (4) de cuchilla está unida a un extremo delantero del cuerpo y el extremo posterior del cuerpo, opuesto al extremo delantero, es recibido y sujetado por un taladro durante las operaciones de taladrado. La parte de cuchilla es generalmente plana y, tal como se muestra en la figura 2, define una línea central (5) en el plano de la parte de cuchilla y se extiende a través del eje longitudinal. La parte de cuchilla incluye también un par de segmentos laterales (4) que se extienden lateralmente en sentidos opuestos. Ver, por ejemplo, la patente U.S.A. número 2.782.824 a nombre de Robinson, expedida el 26 de febrero de 1957; la patente U.S.A. número 4.682.917 a nombre de Williams, III, expedida el 28 de julio de 1987; la patente U.S.A. número 4.950.111 a nombre de Thomas, expedida el 21 de agosto de 1990; la patente U.S.A. número 5.061.127 a nombre de Thomas, expedida el 29 de octubre de 1991; la patente U.S.A. número 5.286.143 a nombre de Schimke, expedida el 15 de febrero de 1994; y la patente británica número GB-2.130.935-A, publicada el 13 de junio de 1984. Una punta de pala convencional incluye también, de modo general, un talón (7) generalmente triangular unido a un extremo delantero de la parte de cuchilla y que se extiende axialmente desde el mismo a efectos de ser coplanario con la misma. Tal como es conocido por los expertos en la técnica, el talón sirve para guiar y centrar la punta de pala durante las operaciones de taladrado.

El talón (7), así como cada segmento lateral (6), incluye, de modo general, un borde de corte (8) para retirar madera u otro material cuando la punta de pala (2) se hace girar en una dirección de rotación predeterminada durante las operaciones de taladrado. En particular, los bordes de corte del talón se extienden a lo largo de lados opuestos de la base del mismo, en el extremo delantero de la parte de cuchilla, hasta la parte delantera del talón, es decir, el punto del talón. Además, el borde de corte de cada segmento lateral está formado en el extremo delantero de la parte de cuchilla de manera que el borde de corte del segmento lateral se acoplará a la pieza a trabajar cuando la punta de pala se haga girar en la dirección de rotación predeterminada.

En funcionamiento, los bordes de corte del talón (7) taladran inicialmente un orificio delantero en la pieza a trabajar. Después de ello, los bordes de corte de los segmentos laterales (6) se acoplan al material y retiran el mismo de la pieza a trabajar para taladrar un orificio de un diámetro predeterminado. Dado que el talón (7) de una punta de pala (2) convencional es típicamente coplanario con los segmentos laterales generalmente planos, tal como se muestra en la figura 2, cada borde de corte del talón generalmente triangular está contiguo al borde de corte del segmento lateral adyacente. De esta manera, se forma un par de bordes de corte (8) continuos, incluyendo cada uno un borde de corte del talón triangular y el borde de corte del segmento lateral adyacente. Ver, por ejemplo, la patente U.S.A. número 2.782.624 a nombre de Robinson; la patente U.S.A. número 4.682.917 a nombre de Williams, III; la patente U.S.A. número 5.221.166 a nombre de Bothum, expedida el 22 de junio de 1993; la patente U.S.A. número 5.286.143 a nombre de Schimke; y la patente U.S.A. número 5.291.806 a nombre de Bothum, expedida el 8 de marzo de 1994.

Los fragmentos de viruta creados durante las operaciones de taladrado son dirigidos, de modo general, radialmente a lo largo de la superficie de corte y hacia la periferia exterior del orificio que se está formando, debido a la orientación de los bordes de corte y a la rotación de la punta de pala.

No obstante, los fragmentos de viruta no pueden ser retirados tan fácilmente en la proximidad de la esquina formada por la intersección de un borde de corte del talón y el borde de corte de un segmento lateral adyacente. Más bien, las virutas se acumulan en la esquina formada por el talón y los bordes de corte de los segmentos laterales adyacentes, dado que las virutas no son dirigidas lejos de la esquina por los bordes de corte que se cruzan. Debido a la acumulación de fragmentos de viruta, el borde de corte en la proximidad de la esquina definida por el talón y los bordes de corte de los segmentos laterales adyacentes no corta fácilmente la pieza a trabajar ni retira material de la misma. En cambio, se debe aplicar potencia o un par de fuerzas adicional para hacer girar la punta de pala y para taladrar un orificio a través de la pieza a trabajar una vez que se hayan recogido fragmentos de viruta en la esquina entre el talón y los bordes de corte de los segmentos laterales adyacentes.

Un problema adicional causado por el movimiento radialmente hacia fuera de los fragmentos de viruta a lo largo de las superficies de los bordes de corte de los segmentos laterales es que los fragmentos de virutas se hacen entrar en la pared periférica del orificio que se está formando, y se quedan unidos de esta manera entre la pared periférica y el borde exterior de la parte de cuchilla rotativa. Esta unión aumenta más el consumo eléctrico de la broca.

La causa principal de estos problemas, tal como se muestra en la figura 2, es que los bordes de corte (8) de cada segmento lateral (6) no están alineados con la línea central (5) que pasa a través del eje longitudinal (3). En cambio, cada borde de corte está situado por delante de la línea central en la dirección de rotación predeterminada de la punta de pala (1). Dado que los bordes de corte están situados por delante de la línea central, los fragmentos de viruta no son dirigidos de modo exclusivamente circunferencial lejos de los bordes de corte. Más bien, la rotación de la punta de pala imparte también una componente de fuerza radial a los fragmentos de viruta que los empuja contra la pared periférica.

Durante las operaciones de taladrado, las puntas de pala convencionales pueden astillar también la pieza a trabajar en la que se taladra el orificio. En particular, las puntas de pala convencionales pueden astillar la pieza a trabajar en los puntos de entrada y salida y pueden producir un orificio que tiene paredes laterales relativamente rugosas, reduciendo de esta manera la calidad y limpieza del orificio resultante. En muchos casos, los orificios limpios de una calidad relativamente alta son más deseables que los orificios que tienen paredes laterales rugosas y astilladas. Por ejemplo, se puede arrastrar por tracción más fácilmente cableado a través de orificios limpios que tienen paredes laterales uniformes, dado que los orificios que tienen paredes laterales rugosas y astilladas aumentan la resistencia de rozamiento sobre el cable que se está arrastrando por tracción a través de los mismos y en algunos casos, pueden cortar o dañar de otro modo el aislamiento que rodea el cable que se está arrastrando por tracción por los orificios.

Las puntas de pala se forman, típicamente, por un proceso de forja en caliente. Según este proceso, se corta en segmentos una bobina de alambre de partida de un diámetro dado, siendo cada uno de los mismos aproximadamente de la longitud de una punta individual de pala. Cada segmento es recalcado entonces para formar una parte de material con un diámetro aumentado en el primer extremo del segmento, es decir, un abultamiento de material que tiene un diámetro aumentado en una longitud más pequeña en el primer extremo. Después de ello, el segmento es calentado y forjado al comprimir el abultamiento calentado de material entre un par de matrices opuestas. Típicamente, el par de matrices opuestas se cierran de manera rectilínea, de modo que el abultamiento calentado de material es sometido a fuerzas de compresión que empujan el material hasta alcanzar la forma predeterminada definida por las matrices. La pieza forjada puede ser entonces desbarbada y acabada para producir puntas de pala, tales como las descritas anteriormente. Se puede estampar también, durante su fabricación, una marca de identificación sobre la punta de pala. Al cortar inicialmente el alambre de partida, sin embargo, las piezas se deben manipular y tratar individualmente por todo el proceso de forja en caliente. Por ejemplo, cada pieza individual se debe alinear apropiadamente durante cada etapa del proceso para asegurar que las puntas de pala formadas de esta manera están dentro de tolerancia.

Independientemente del proceso por el que está formada, el comportamiento de una punta de pala se mide típicamente por varios parámetros. Uno de dichos parámetros es la calidad del orificio producido por una punta de pala, tal como se define por la limpieza del mismo, incluyendo la limpieza de los puntos de entrada y salida y la uniformidad relativa de las paredes laterales del orificio resultante. Además, el comportamiento de una punta de pala se mide por la velocidad a la que corta un orificio de un diámetro predeterminado, así como la potencia o el par de fuerzas requerido para cortar el orificio del diámetro predeterminado. Finalmente, es también un parámetro la larga vida o vida útil de la propia punta de pala, medida típicamente por horas de uso o servicio. Por lo tanto, es deseable desarrollar puntas de pala de larga duración que taladren rápidamente orificios de alta calidad, al tiempo que requieran una cantidad mínima de potencia o de par de fuerzas.

El documento U.S.A. número 4.996.863 describe un método de forja según el preámbulo de la reivindicación 1.

En vista de los antecedentes anteriores, un objetivo de la presente invención es, por lo tanto, dar a conocer un método y aparato mejorados para fabricar una serie de piezas metálicas, tales como puntas de pala, que reducen significativamente la manipulación y la elaboración requeridas de las piezas individuales.

Este objetivo se consigue, según la presente invención, por un método que comprende las características de la reivindicación 1.

Según la presente invención, las matrices de forja opuestas se cierran radialmente tras su inserción, tal como por un dispositivo impulsor, en una cavidad interna definida por un cuerpo envolvente de las matrices. El cuerpo envolvente de las matrices en el que se insertan circunferencialmente las matrices de forja comprende y refuerza estructuralmente el par de matrices de forja durante el proceso de forja. Las matrices de forja, típicamente un par de matrices de forja, se mueven de acuerdo con esto radialmente hacia dentro en una dirección predeterminada, oblicua respecto a los planos de contacto respectivos definidos por las superficies de contacto opuestas. Las superficies de contacto respectivas imparten, por lo tanto, fuerzas axiales y radiales al menos a partes de la pieza a trabajar para formar la pieza con la forma predeterminada dentro de la cavidad definida entre el par de matrices de forja opuestas. Debido a la forma de las superficies de contacto y a la orientación resultante de las fuerzas axiales y radiales aplicadas, se generan esfuerzos orientados favorablemente dentro de la pieza a trabajar que facilitan la formación eficiente de la pieza con la forma predeterminada.

Para mantener la alineación predeterminada de las matrices de forja, el aparato de forja incluye preferiblemente una matriz lateral situada adyacente a cada una de las superficies laterales opuestas definidas por las matrices de forja. Según esta realización, las matrices de forja y el par de matrices laterales definen un conjunto de matrices cónicas que es recibido por la cavidad cónica interna definida por el cuerpo envolvente de las matrices. Las matrices de forja opuestas pueden definir también orificios de entrada y salida a través de los que se extiende un material metálico continuo para forjar una serie de piezas.

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El método de forja utiliza de esta manera fuerzas axiales y radiales simultáneas para deformar una pieza a trabajar. De acuerdo con esto, las piezas delgadas que tienen un diámetro relativamente grande se pueden forjar fácilmente según este aspecto de la presente invención. Además, la potencia requerida para forjar piezas de un tamaño y una forma predeterminados se reduce en comparación con procesos de forja de compresión convencionales al impartir fuerzas en posiciones deseables dentro de la pieza a trabajar, ya que se hacen girar las matrices de forja dentro del cuerpo envolvente de las matrices.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en alzado frontal de una punta convencional de taladrado de tipo pala.

La figura 2 es una vista desde un extremo de la punta convencional de taladrado de tipo pala de la figura 1 durante una operación de taladrado.

La figura 3 es una vista en alzado frontal de la punta de taladrado de tipo pala.

La figura 4 es una vista en alzado lateral de una punta de taladrado de tipo pala.

La figura 5 es una vista desde un extremo de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 3 cuando se observa según la línea 5-5 de dicha figura 3, que es a lo largo del eje longitudinal central y que muestra la alineación de los bordes de corte delanteros de los segmentos laterales a lo largo de una línea central que pasa a través del eje longitudinal central.

La figura 5A es una vista lateral parcial de una parte de un segmento lateral de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 5, que muestra el ángulo de incidencia y según la línea 5A-5A de dicha figura.

La figura 6 es una vista parcial, en sección transversal, de una parte del talón de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 3 que muestra el borde de corte del talón, y según la línea 6-6 de dicha figura.

La figura 7 es una vista parcial, en perspectiva, de un segmento lateral de una punta de taladrado de tipo pala que muestra la parte de esquina de chaflán.

La figura 7A es una vista parcial, en sección transversal, de una parte del segmento lateral de la punta de taladrado de tipo pala que muestra el ángulo de incidencia de chaflán definido por la parte de esquina de chaflán y según la línea 7A-7A de dicha figura.

La figura 8 es una vista parcial en alzado frontal, a escala mucho mayor de la parte de cuchilla de una punta de taladrado de tipo pala.

La figura 9 es una vista desde un extremo, en sección transversal, de la parte de cuchilla de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 8 durante una operación de taladrado, que muestra su sección transversal distinta en forma de Z y según la línea 9-9 de dicha figura.

La figura 10, según la línea 10-10 de la figura 9, es una vista lateral, en sección transversal, de una parte de un segmento lateral de la punta de taladrado de tipo pala durante las operaciones de taladrado para mostrar la retirada de viruta resultante.

La figura 11 es una vista en alzado frontal de una realización de una punta de taladrado de tipo pala, en la que están enclavados de modo roscado el eje alargado y la parte de cuchilla.

La figura 12 es una vista lateral, en sección transversal, de la realización de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 11, que muestra la conexión roscada del eje alargado a la parte de cuchilla y según la línea 12-12 de dicha figura.

La figura 13 es una vista desde un extremo, en sección transversal, de la realización de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 11, según la línea 13-13 de dicha figura y que muestra la rotación de la parte de cuchilla.

La figura 14 es una vista lateral parcial, en sección transversal, de una parte de un segmento lateral de la parte de cuchilla de la realización de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 11, que muestra un inserto de las cuchillas de corte y según la línea 14-14 de la figura 13.

La figura 15 es una vista en perspectiva, de una realización de alimentación automática de la punta de taladrado de tipo pala que incluye un talón roscado.

La figura 16 es una vista con las piezas desmontadas de las partes componentes de la realización de alimentación automática de la punta de taladrado de tipo pala de la figura 15.

La figura 17 es un diagrama de bloques de un proceso de forja en caliente para fabricar las puntas de taladrado de tipo pala.

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La figura 18 es un diagrama de bloques representativo de un proceso de forja, a título de ejemplo, de la presente invención para fabricar una serie de piezas, tales como la punta de taladrado de tipo pala de la presente invención, a partir de un material metálico continuo.

La figura 19 es una representación esquemática de una realización del conjunto de matrices para aplicar fuerzas de compresión durante una operación de forja.

La figura 20 es una representación esquemática del conjunto de matrices y de un cuerpo envolvente de las matrices asociado para aplicar fuerzas axiales y radiales que, a su vez, generan esfuerzos de compresión, de tracción y de cizalladura dentro de la pieza a trabajar durante una operación de forja.

La figura 21 es una representación esquemática de una vista desde un extremo de un conjunto de matrices y de un cuerpo envolvente de las matrices asociado para aplicar fuerzas de compresión y de cizalladura durante una operación de forja.

La presente invención se describirá a continuación más completamente con referencia en lo sucesivo a los dibujos que se acompañan, en los que se muestra una realización preferente de la invención. Esta invención se puede realizar, no obstante, de muchas formas diferentes y no se debería interpretar como limitada a las realizaciones expuestas en esta memoria; más bien, esta realización se da a conocer de manera que esta descripción sea a fondo y completa, y exprese totalmente el alcance de la invención para los expertos en la técnica. Números similares hacen referencia a elementos similares en toda la patente.

Tal como se muestra en las figuras 3 y 4, una punta de taladrado de tipo pala (10) de la presente invención, denominada en lo sucesivo una "punta de pala", incluye un cuerpo (12) alargado que define un eje longitudinal central (14) a través del mismo. La parte posterior (16) del cuerpo está adaptada para ser recibida y sujetada por una broca (no ilustrada). Por ejemplo, el cuerpo alargado incluye, típicamente, una parte delantera cilíndrica y una parte posterior (16) que es hexagonal en sección transversal para ser recibida y sujetada firmemente por el mandril de una broca (no ilustrada).

La punta de pala (10) incluye también una parte (18) de cuchilla unida a un extremo delantero del cuerpo (12) alargado y que está formado integralmente con el cuerpo (12) en la realización mostrada. La parte de cuchilla incluye un par de segmentos laterales (20) generalmente planos que se extiende lateralmente en sentidos opuestos desde el eje longitudinal central (14). Tal como se muestra en la figura 5, los segmentos laterales definen preferiblemente planos laterales (22) respectivos que son paralelos entre sí y al eje longitudinal central. Según esta realización, la parte de cuchilla incluye también un segmento central (24) generalmente plano dispuesto a lo largo del eje longitudinal central y que define un plano central (26). Más particularmente, el segmento central incluye lados opuestos (28) que son paralelos al eje longitudinal central, un extremo posterior que está unido al extremo delantero del cuerpo y un extremo delantero opuesto. Según esta realización, el par de segmentos laterales están unidos al segmento central a lo largo de los lados respectivos del mismo. En particular, el par de segmentos laterales están unidos a los lados respectivos del segmento central, de manera que los planos laterales (22) definidos por los segmentos laterales (20) respectivos cruzan el plano central (26) definido por el segmento central (24) con un ángulo agudo
(29).

La parte (18) de cuchilla incluye también un talón (30) unido al extremo delantero de la parte de cuchilla y que se extiende axialmente desde el mismo para centrar la punta de pala (10) y para guiar la misma durante las operaciones de taladrado. Tal como se ilustra mejor en las figuras 3 y 8, el talón de esta realización tiene forma generalmente triangular y se extiende hasta un punto del talón en el eje longitudinal central (14). El talón incluye también un par de bordes de corte (32) del talón, mostrados en sección transversal en la figura 6, que se extienden a lo largo de los lados opuestos del talón entre el punto del talón y una base del talón en el extremo delantero de la parte de cuchilla. Los bordes de corte del talón están situados para establecer contacto inicialmente con la pieza a trabajar durante la rotación de la punta de pala en la dirección de rotación predeterminada, tal como se indica por las flechas en sentido contrario al de las agujas del reloj en la figura 5.

Cada segmento lateral (20) incluye también un borde de corte delantero (34) respectivo. Cada borde de corte delantero está definido a lo largo del borde delantero del extremo delantero del segmento lateral respectivo para establecer contacto con el material y retirar el mismo inicialmente a medida que la punta de pala (10) gira en una dirección de rotación predeterminada durante las operaciones de taladrado. Tal como se muestra por las flechas en la figura 5, la punta de pala está adaptada para girar en sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se observa a lo largo del eje longitudinal central (14) desde el extremo delantero hacia el extremo posterior.

Los bordes de corte delanteros (34) respectivos de los segmentos laterales (20) están alineados preferiblemente entre sí a lo largo de una línea central (36) que pasa a través del eje longitudinal central (14) del eje (12) alargado, tal como se muestra en la figura 5. Al estar alineados a lo largo de la línea central que pasa a través del eje longitudinal central del eje alargado, los bordes de corte delanteros retiran material durante las operaciones de taladrado más eficientemente que las puntas de pala convencionales en las que los bordes de corte delanteros de los segmentos laterales respectivos no están alineados entre sí, pero están situados, en cambio, por delante de una línea central que pasa a través del eje longitudinal central (14). Ver, por ejemplo, la figura 2.

Más específicamente, la potencia o el par de fuerzas suministrado a la punta de pala (10) de la presente invención durante las operaciones de taladrado se transfiere más eficientemente, mediante los bordes de corte delanteros (34) alineados, a la pieza a trabajar. Para un tamaño dado de punta de pala, la potencia suministrada a la punta de pala de la presente invención se transfiere más eficientemente a la pieza a trabajar dado que el brazo del par de fuerzas de la punta de pala es más corto que el brazo del par de fuerzas de una punta de pala convencional, tal como la mostrada en las figuras 1 y 2, debido, al menos en parte, a la sección transversal distinta en forma de Z de la punta de pala de la presente invención. Además, la potencia suministrada a la punta de pala de la presente invención se transfiere también más eficientemente a la pieza a trabajar dado que la longitud total de los bordes de corte (32) del talón y los bordes de corte delanteros de la punta de pala de la presente invención de un diámetro dado es menor que la longitud total de los bordes de corte del talón y de los bordes de corte delanteros de una punta de pala convencional del mismo diámetro. Debido a la transferencia de potencia más eficiente, la punta de pala de la presente invención gira más rápidamente, produciendo orificios de una calidad relativamente alta.

La alineación de los bordes de corte delanteros de los segmentos laterales (20) a lo largo de una línea central (36) que pasa a través del eje longitudinal central (14) mejora más el comportamiento de la punta de pala al dirigir perpendicularmente desde el borde de corte y hacia arriba los fragmentos de viruta retirados, y no radialmente hacia fuera, tal como se muestra en las figuras 9 y 10. Al empujar los fragmentos de viruta en la dirección indicada, y no radialmente hacia fuera como empujan las puntas de pala convencionales, los fragmentos de viruta no dificultan la rotación posterior de la punta de pala por quedarse unidos los mismos entre la punta de pala y las paredes laterales del orificio formado de esta manera. De acuerdo con esto, se aumenta la larga vida de la punta de pala al reducir el desgaste sobre la misma y se mejora el rendimiento con el que la punta de pala taladra un orificio de un diámetro predeterminado.

Tal como se ilustra mejor en las figuras 8 y 9, cada borde de corte (32) del talón se extiende preferiblemente radialmente hacia fuera de al menos una parte más interior del borde de corte delantero (34) del segmento lateral (20) adyacente. De esta manera, cada borde de corte del talón está separado radialmente del borde de corte delantero del segmento lateral adyacente. Además, el talón (30) define preferiblemente un plano del talón que es oblicuo respecto a los planos laterales correspondientes definidos por los segmentos laterales, de manera que cada borde de corte del talón está desplazado de modo angular, también preferiblemente, con respecto al borde de corte delantero del segmento lateral adyacente en la dirección de rotación predeterminada de la punta de pala (10) cuando se observa a lo largo del eje longitudinal central (14). En particular, cada borde de corte del talón está situado angularmente hacia atrás del borde de corte delantero del segmento lateral adyacente en la dirección de rotación predeterminada. De esta manera, cada borde de corte del talón está separado también angularmente del borde de corte delantero del segmento lateral adyacente. Además, al menos una parte de cada borde de corte (32) del talón se extiende axialmente hacia atrás del borde de corte delantero (34) del segmento lateral adyacente en la dirección longitudinal, de manera que cada borde de corte del talón está separado también axialmente del borde de corte delantero del segmento lateral adyacente.

Debido a la separación de cada borde de corte (32) del talón desde el borde de corte delantero (34) del segmento lateral (20) adyacente, la punta de taladrado de tipo pala (10) retira más eficientemente material durante las operaciones de taladrado. En particular, se retira material por un borde de corte del talón o por un borde de corte delantero de un segmento lateral y se dirige generalmente hacia atrás desde la superficie de corte por el borde de corte respectivo. Debido a la separación del borde de corte del talón desde el borde de corte delantero del segmento lateral adyacente, se acumulan entre los mismos pocos fragmentos de viruta, si los hay, tal como se ha descrito anteriormente junto con las puntas de pala convencionales. En cambio, los fragmentos de viruta son dirigidos generalmente hacia atrás desde la superficie de corte de manera que la punta de pala puede seguir cortando en la pieza a trabajar con el borde de corte del talón y el borde de corte delantero adyacente, mejorando además de esta manera el rendimiento de la operación de taladrado.

Cada segmento lateral (20) puede incluir también una parte de esquina de chaflán (35) respectiva. Tal como se muestra en las figuras 3 y 8, cada parte de esquina de chaflán incluye un borde de chaflán que se extiende tanto axialmente hacia atrás como lateralmente hacia fuera desde el borde de corte delantero (34) respectivo. En particular, el borde de corte delantero de cada segmento lateral, típicamente, se extiende lateralmente hacia fuera desde una parte interior hasta una parte exterior. De acuerdo con esto, el borde de chaflán de cada parte de esquina de chaflán se extiende, preferiblemente, tanto axialmente hacia atrás como lateralmente hacia fuera desde la parte exterior del borde de corte delantero respectivo.

Al extenderse tanto axialmente hacia atrás como lateralmente hacia fuera desde el borde de corte delantero (34) respectivo, las partes de esquina de chaflán (35) pueden cortar repetidamente la pared periférica del orificio resultante a medida que se hace avanzar rotativamente la punta de pala (10) de la presente invención a través de la pieza a trabajar. Por lo tanto, la punta de pala puede producir eficientemente orificios de alta calidad que tienen paredes periféricas uniformes y puntos de entrada y salida relativamente limpios.

Tal como se muestra mejor en las figuras 3 y 8, un ángulo de chaflán (37) está definido entre el borde de chaflán de cada parte de esquina de chaflán (35) respectiva y una línea paralela al eje longitudinal central (14). Típicamente, el ángulo de chaflán está comprendido aproximadamente entre 30º y aproximadamente 60º y, según una realización ventajosa, es aproximadamente de 45º. Tal como se muestra en la figura 8, cada parte de esquina de chaflán tiene también una anchura (39) predeterminada medida a lo largo de una línea colineal con el borde de corte delantero (34) respectivo y que se extiende entre el borde de chaflán respectivo y una línea paralela al eje longitudinal central.

La anchura predeterminada de las partes de esquina de chaflán (35) varía típicamente de modo directo con el tamaño de la punta de pala (10), de manera que puntas de pala mayores tienen partes de esquina de chaflán con anchuras más grandes y puntas de pala menores tienen partes de esquina de chaflán con anchuras más pequeñas. Por ejemplo, para una punta de pala que tiene un diámetro entre 3,81 cm (1,5 pulgadas) y 2,22 cm (0,875 pulgadas), las partes de esquina de chaflán pueden tener una anchura de aproximadamente 0,23 cm (0,090 pulgadas). Además, para una punta de pala que tiene un diámetro entre 2,06 cm (0,8125 pulgadas) y 1,91 cm (0,75 pulgadas), las partes de esquina de chaflán pueden tener una anchura de aproximadamente 0,18 cm (0,070 pulgadas). Igualmente, para una punta de pala que tiene un diámetro entre 1,75 cm (0,6875 pulgadas) y 1,59 cm (0,625 pulgadas), las partes de esquina de chaflán pueden tener una anchura de aproximadamente 0,15 cm (0,060 pulgadas). Aún más, una punta de pala que tiene un diámetro entre 1,43 cm (0,5625 pulgadas) y 1,27 cm (0,5 pulgadas) puede tener partes de esquina de chaflán con una anchura de aproximadamente 0,13 cm (0,050 pulgadas), mientras que una punta de pala con un diámetro entre aproximadamente 1,11 cm (0,4375 pulgadas) y 0,96 cm (0,375 pulgadas) puede tener partes de esquina de chaflán con una anchura de aproximadamente 0,06 cm (0,025 pulgadas). No obstante, las partes de esquina de chaflán de las puntas de pala pueden tener cualquier número de anchuras.

Tal como se muestra en la figura 5A, una parte delantera de cada segmento lateral define, también preferiblemente, un plano de corte (38). El plano de corte cruza el plano lateral (22) definido por el segmento lateral (20) respectivo para definir entre ellos un ángulo de incidencia (40). Preferiblemente, el ángulo de incidencia está entre aproximadamente 10º y aproximadamente 20º y, más preferiblemente, es aproximadamente de 15º. Los bordes de corte delanteros (34) de la realización ilustrada están dispuestos angularmente por delante de los planos laterales de los segmentos laterales respectivos en la dirección de rotación predeterminada de la punta de pala (10) cuando se observa a lo largo del eje longitudinal central (14). Tal como se muestra en las figuras 9 y 10, las virutas retiradas de la pieza a trabajar por el borde de corte delantero son dirigidas de esta manera hacia arriba o hacia atrás a lo largo de la punta de pala y lejos de la superficie de corte por una rotación adicional de la punta de pala y en parte por el ángulo de incidencia definido entre el plano de corte y el plano lateral.

Además, cada segmento lateral (20) de la punta de pala (10) puede incluir también un extremo delantero que tiene una superficie (42) de extremo delantero que se extiende entre el borde de corte delantero (34) respectivo y un borde posterior (44). En una realización, cada superficie extrema delantera define un plano extremo delantero respectivo que se cortan con un plano (48) perpendicular al eje longitudinal central (14) para definir entre sí un ángulo de salida de corte (50). Preferiblemente, el ángulo de incidencia de labio está entre aproximadamente 10º y aproximadamente 20º y, más preferiblemente, es aproximadamente de 15º. Ventajosamente, la superficie extrema delantera se inclina hacia atrás desde el borde de corte delantero hasta el borde posterior, de manera que sólo el borde de corte delantero establece contacto con la superficie de corte durante las operaciones de taladrado. De esta manera, se reducen las fuerzas de arrastre u otras fuerzas de rozamiento generadas entre la punta de pala rotativa y la pieza a trabajar y se mejora más el rendimiento con el que taladra la punta de pala.

Más particularmente, en la realización mostrada en la figura 6, cada superficie extrema delantera incluye un primer y segundo planos de extremo delantero (46a) y (46b), respectivamente, que cortan con un plano (48) perpendicular al eje longitudinal central (14) para definir entre sí un primer y segundo ángulos de incidencia (50a) y (50b) de labio, respectivamente. Tal como se muestra, el segundo ángulo de incidencia de labio es, típicamente, mayor que el primer ángulo de incidencia de labio para reducir más las fuerzas de arrastre u otras fuerzas de rozamiento generadas entre la punta de pala rotativa y la pieza a trabajar. Por ejemplo, en una realización, el primer y segundo ángulos de incidencia de labio son aproximadamente 5º y 8º, respectivamente. No obstante, se pueden variar el primer y segundo ángulos de incidencia de labio.

Tal como se muestra en las figuras 7 y 7a, la parte de esquina de chaflán (35) de cada segmento lateral (20) incluye una superficie de chaflán que se extiende entre el borde de chaflán respectivo y un borde posterior. Cada superficie de chaflán define un plano de chaflán que se corta con un plano perpendicular al plano lateral (22), determinado por el segmento lateral respectivo, para definir de esta manera un ángulo de incidencia de chaflán (41). Ventajosamente, la superficie de chaflán se inclina radialmente hacia dentro desde el borde de chaflán hasta el borde posterior para definir un ángulo de incidencia de chaflán entre aproximadamente 10º y aproximadamente 20º y, en un realización preferente, es aproximadamente de 12º.

Aún más, cada segmento lateral (20) de la realización ilustrada de la punta de pala (10) incluye un primer lado unido al segmento central (24) a lo largo de uno de sus lados (28), y un segundo lado (52) opuesto que define una segunda superficie o superficie lateral exterior. La segunda superficie o superficie lateral exterior se extiende entre los bordes delantero y posterior respectivos y tal como se muestra en la figura 5, sigue preferiblemente el arco de un círculo en sección transversal lateral para reducir más las fuerzas de arrastre u otras fuerzas de rozamiento generadas por la rotación de la punta de pala dentro del orificio. Alternativamente, la superficie lateral se puede inclinar radialmente hacia dentro desde el borde delantero hasta el borde posterior, de manera que sólo el borde delantero de la superficie lateral del segmento lateral establezca contacto con las paredes laterales del orificio para reducir más de esta manera el agarrotamiento de la punta de pala.

Los segundos lados (52) de los segmentos laterales (20) respectivos se inclinan también preferiblemente hacia dentro en una dirección axial desde el extremo delantero hasta el extremo posterior de la parte (18) de cuchilla. De esta manera, tal como se muestra en la figura 3, un ángulo de inclinación (53) de la superficie lateral, típicamente, alrededor de la mitad de 1º, o ½º, está definido entre el plano de la superficie lateral y una línea paralela al eje longitudinal central (14). Al inclinarse hacia dentro los segundos lados de los segmentos laterales, las superficies laterales sólo establecen contacto, preferiblemente, con la pieza a trabajar cerca de la superficie de corte, de manera que se reducen aún más las fuerzas de arrastre u otras fuerzas de rozamiento.

La punta de pala (10) de la presente invención puede estar fabricada integralmente a partir de una única pieza de metal, tal como se muestra en las figuras 3 y 4. Alternativamente, la punta de pala puede estar formada a partir de la combinación de varios componentes. Por ejemplo, tal como se muestra en las figuras 11 y 12, el cuerpo (12) alargado y la parte (18) de cuchilla pueden estar formados separadamente y unidos posteriormente para formar la punta de pala.

En particular, la parte (18) de cuchilla puede incluir una cavidad interna (54) que se abre en un extremo posterior, al que está unido el eje (12) alargado. Correspondientemente, el eje (12) alargado puede incluir un elemento que se extiende hacia delante (56) adaptado para ser recibido dentro de la cavidad interna definida por la parte de cuchilla.

La punta de pala (10) de esta realización incluye también medios para enclavar el elemento que se extiende hacia delante del cuerpo dentro de la cavidad interna de la parte de cuchilla. Por ejemplo, los medios de enclavamiento pueden incluir partes roscadas de modo complementario definidas dentro de la cavidad interna de la parte de cuchilla y a lo largo del elemento que se extiende hacia delante del cuerpo, de manera que el cuerpo y la parte de cuchilla se pueden conectar de modo roscado. Tal como es conocido por los expertos en la técnica, la conexión roscada es preferiblemente autoapretante, de manera que la rotación de la punta de pala en la dirección de rotación predeterminada aprieta más la conexión roscada entre el cuerpo y la parte de cuchilla. La punta de pala puede incluir también otros medios de enclavamiento. Por ejemplo, la parte de cuchilla y el cuerpo se pueden encajar a presión o unir, tal como por soldadura fuerte, para formar entre los mismos una interconexión firme. Además, el cuerpo puede incluir la cavidad interna
y la parte de cuchilla puede incluir un elemento correspondiente que se extiende hacia atrás para enclavar las piezas.

Tal como se muestra en las figuras 13 y 14, cada segmento lateral (20) de una realización de la punta de pala (10) puede incluir un inserto (58) de las cuchillas de corte. Cada inserto de las cuchillas de corte está constituido típicamente por un material relativamente duro, tal como carburo, y está montado a lo largo del extremo delantero de un segmento lateral respectivo para definir los bordes de corte delanteros (34) respectivos y en algunas realizaciones, el borde de chaflán (35) respectivo. Además, los bordes de corte delanteros definidos por los insertos de las cuchillas de corte respectivas de esta realización pueden estar alineados a lo largo de la línea central (36) que pasa a través del eje longitudinal central (14) del cuerpo (12) alargado, tal como se ha descrito anteriormente.

Aunque una punta de pala (10) puede estar constituida por múltiples piezas y puede incluir también insertos (58) de las cuchillas de corte tal como se muestran en las figuras 11-14, una punta de pala de la presente invención puede estar constituida por múltiples piezas, sin incluir insertos de las cuchillas de corte. Igualmente, una punta de pala puede estar fabricada como una unidad integral, pero puede seguir incluyendo insertos (58) de las cuchillas de corte. Alternativamente, los bordes de corte delanteros (34) y en algunas realizaciones, los bordes de chaflán (35) de una punta de pala de la presente invención se pueden formar depositando una capa de un material relativamente duro, tal como diamante, sobre un substrato, a saber, el borde delantero del extremo delantero de cada segmento lateral (20). El material relativamente duro es preferiblemente más resistente que los segmentos laterales que están debajo.

Tal como se muestra en la figura 15, la punta de pala puede ser también de alimentación automática para facilitar la entrada y el avance de la punta de pala a través de una pieza a trabajar. Según esta realización, la parte (18') de cuchilla de la punta de pala (10') incluye un talón roscado (30') unido al extremo delantero de la parte de cuchilla y se extiende axialmente desde el mismo. Tal como se muestra, la parte de cuchilla de la realización de alimentación automática de la punta de pala incluye también un par de segmentos laterales (20') generalmente planos que se extienden lateralmente en sentidos opuestos desde el eje longitudinal central (14') de la punta de pala. En la realización mostrada, los segmentos laterales incluyen partes de esquina de chaflán (35') respectivas y bordes de corte delanteros (34) respectivos que están alineados entre sí a lo largo de una línea central (36') que pasa a través del eje longitudinal central. De esta manera, entre las características que la realización de alimentación automática de la punta de pala tiene en común con las otras realizaciones descritas anteriormente está la sección transversal en forma de Z de la parte de cuchilla, tal como se ilustra mejor en las figuras 5, 13 y 15, y las partes de esquina de chaflán de los segmentos laterales, tal como se muestra mejor en las figuras 3, 8 y 15. De acuerdo con esto, la realización de alimentación automática de la punta de pala mostrada en la figura 15 proporciona también las numerosas mejoras de rendimiento de taladrado descritas con detalle anteriormente.

La realización de alimentación automática de la punta de pala (10') se puede fabricar según cualquier método, tal como forja en caliente, conocido por los expertos en la técnica. Alternativamente, la realización de alimentación automática de la punta de pala se puede formar según el proceso de forja descrito a continuación. Tal como se muestra en la figura 16, no obstante, otro método para formar la realización de alimentación automática de la punta de pala es unir varias piezas para formar la punta de pala de la figura 15. En particular, el talón roscado (30') se forma en un primer extremo de un cuerpo (12') alargado por cualquier técnica convencional. El resto de la parte de cuchilla, incluyendo los segmentos laterales (20') que se extienden en oposición, se forma como una pieza independiente que incluye un orificio roscado internamente que se extiende axialmente a través de la misma. El resto de la parte de cuchilla se monta en el cuerpo alargado y se acopla de modo roscado al talón roscado. Después de ello, un manguito tubular (57') se puede colocar sobre el cuerpo alargado y se puede estampar al mismo para fijar firmemente la parte de cuchilla al cuerpo y para formar la realización de alimentación automática de la punta de pala mostrada en la figura 15.

La punta de pala (10), y sus piezas individuales, se pueden formar a partir de un proceso de forja en caliente tal como se ilustra esquemáticamente en la figura 17. Tal como se muestra, una longitud continua de material metálico (59), por ejemplo alambre, se corta inicialmente en una serie de piezas, cada una de las cuales formará eventualmente una punta de pala. Después de ello, las piezas individuales son recalcadas para formar un abultamiento de material en un primer extremo de la pieza (62). Cada pieza recalcada se calienta y se forja entonces secuencialmente, tal como se muestra por los bloques (64) y (66), respectivamente. Para una pieza a trabajar constituida por acero aleado, por ejemplo, cada pieza recalcada se calienta hasta una temperatura entre 650ºC (1.200ºF) y 1.200ºC (2.200ºF). Después de ello, un par de matrices opuestas (68) se pueden cerrar alrededor de la pieza calentada. Las matrices opuestas definen una cavidad de una forma predeterminada que, a su vez, define la forma resultante de la pieza forjada. Una vez forjada, las matrices opuestas se pueden abrir y el exceso de material ("flash") se puede cortar de la pieza forjada, tal como se muestra en el bloque (70). Después de ello, una marca de identificación, tal como la anchura de la parte de cuchilla, se puede estampar sobre la pieza antes de tratar térmicamente, acabar y embalar la punta de pala, tal como se muestra en los bloques (72), (74), (76) y (78), respectivamente.

Alternativamente, la punta de pala (10) se puede formar por un método de forja tal como se muestra en la figura 18. Aunque se describe principalmente a continuación como un método de forja en frío, la pieza a trabajar puede ser calentada antes de la etapa de forja, de manera que el método de forja sea un método de forja en tibio o en caliente. Los intervalos de temperaturas a los que se debe calentar cada uno de los diversos materiales a partir de los que se puede formar la pieza a trabajar para ser forjada en frío, en tibio o en caliente dependen, entre otras cosas, de la resistencia y las propiedades internas del material respectivo, y son conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, las piezas a trabajar constituidas por aceros aleados tienen, típicamente, una temperatura entre la temperatura ambiente y 150ºC (300ºF) durante las operaciones de forja en frío, una temperatura entre 100ºC (200ºF) y 760ºC (1.400ºF) durante las operaciones de forja en tibio, y una temperatura entre 650ºC (1.200ºF) y 1.200ºC (2.200ºF) durante las operaciones de forja en caliente. Además, el método de forja de la presente invención, que incluye una etapa de forja en caliente de una pieza a trabajar es particularmente, eficaz para forjar piezas a trabajar constituidas por un material que tiene un punto de fusión relativamente bajo, tal como aluminio, bronce, cinc y cobre.

Además, aunque se describe junto con la fabricación de una serie de puntas de pala, el método de forja en frío mostrado en la figura 18 puede producir una amplia variedad de piezas incluyendo, sin limitación, puntas de destornillador y puntas de ranuradora, y es adecuado para fabricar otras piezas metálicas, tales como ejes de rotor.

Tal como se muestra en la figura 18, una serie de piezas, tales como la punta de pala, se forjan a partir de una longitud continua de material metálico (80), tal como alambre continuo de partida. Típicamente, el material metálico está constituido por acero aleado, no obstante, el material metálico puede estar constituido por cualquier material forjable conocido por los expertos en la técnica. Por ejemplo, el material metálico puede estar constituido por cobre, aluminio, titanio, cinc, bronce o aleaciones de los mismos.

Independientemente del material, el material metálico continuo es enderezado inicialmente, por ejemplo haciendo pasar el material metálico a través de una serie de rodillos alineados, tal como se muestra en el bloque (82). El material metálico enderezado se hace avanzar entonces de forma incremental, por ejemplo mediante un dispositivo orientador, tal como se muestra en el bloque (84). El dispositivo orientador hace avanzar longitudinalmente de forma incremental el material metálico continuo una distancia lineal predeterminada en una dirección hacia abajo. Tal como se muestra en el bloque (86), se aprieta una parte delantera del material metálico continuo, típicamente por una abrazadera tal como un par de matrices de apriete opuestas, a continuación de cada avance incremental del material metálico, de manera que la parte delantera del material metálico sea sujetada en una posición fija.

Cada vez que el material metálico (80) es apretado y sujetado en una posición fija, se forja una parte del material metálico continuo anterior a la parte delantera que está apretada. Tal como se muestra esquemáticamente en el bloque (88) y se describe con más detalle a continuación junto con las figuras 19-21, los medios para forjar son típicamente una forja que incluye una serie de matrices (90) que se cierran radialmente alrededor del material metálico continuo. La serie de matrices cerradas definen una cavidad de una forma predeterminada que, a su vez, define la forma resultante de la parte forjada del material metálico. Además, la serie de matrices cerradas definen aberturas de entrada y salida a través de las que se extiende el material metálico continuo durante la etapa de forja.

Tal como se muestra en el bloque (85), el material metálico (80) puede ser calentado antes de la etapa de forja para aumentar la maleabilidad del mismo. Por ejemplo, una bobina de inducción puede estar dispuesta alrededor del material metálico continuo anterior a la serie de matrices (90). Alternativamente, las matrices pueden incluir elementos de calentamiento para calentar el material metálico dentro de las matrices, tal como mediante calentamiento por inducción, durante la etapa de forja. No obstante, tal como se ha descrito anteriormente, el método de la presente invención incluye también forja en frío en la que el material metálico está, de modo general, sin calentar o, para un material de acero aleado, tiene una temperatura entre la temperatura ambiente y 150ºC (300ºF), por ejemplo.

Durante la etapa de forja (88), el material metálico continuo (80) crece longitudinalmente. Este crecimiento longitudinal es compensado por un dispositivo compensador que permite movimiento longitudinal hacia arriba de esa parte del material metálico continuo que es anterior a la posición fija. En una realización, la serie de matrices de forja (90) están montadas sobre un carro (92) que está adaptado para moverse longitudinalmente. De esta manera, el crecimiento longitudinal del material metálico continuo entre la parte forjada alrededor de la que se cierran radialmente la serie de matrices y la parte delantera que está apretada hace que el carro se mueva en la dirección longitudinal hacia arriba. De esta manera, la serie de matrices se mantienen cerradas alrededor de la misma parte del material metálico durante cada etapa de forja, al tiempo que permiten el movimiento longitudinal hacia arriba del material metálico continuo y, en algunas realizaciones, la rotación correspondiente de la bobina sobre la que está montado el suministro de material metálico, para compensar el crecimiento longitudinal del material metálico. Tal como se muestra en la figura 18, el carro puede estar desviado longitudinalmente, tal como por un muelle u otros medios antagonistas (94), para impedir un movimiento excesivo en la dirección hacia arriba y para devolver el carro a su posición inicial después de cada etapa de forja.

Después de forjar una parte del material metálico (80), la serie de matrices (90) se abren radialmente y la parte delantera del material metálico se libera por las matrices de apriete en (86), de manera que el dispositivo orientador (84) puede hacer avanzar de forma incremental el material metálico continuo. Después de ello, las etapas de apriete y de forja se repiten preferiblemente para forjar otra pieza a partir del material metálico continuo. Tal como se muestra en el bloque (86), las matrices de apriete estampan, también preferiblemente, una marca de identificación sobre una pieza previamente forjada. Además, se puede desbarbar una pieza previamente forjada hasta la forma predeterminada de la misma retirando las rebabas o el material en exceso generado durante la forja de la pieza, tal como se muestra en el bloque (87), mientras se aprieta el material metálico y se está forjando otra pieza.

Tal como se muestra en el bloque (96), sólo se corta la pieza, tal como por medios de corte, a partir de la parte del material metálico continuo (80) que se extiende más allá de la parte delantera apretada del material metálico después de las etapas de forja y estampación. Una vez separadas, las piezas individuales pueden ser tratadas térmicamente, acabadas y embaladas, tal como se muestra en los bloques (98), (100) y (102), respectivamente.

Al tratar la serie de piezas mientras están todavía unidas por el material metálico continuo, se reduce significativamente el grado de manipulación y transporte de las piezas individuales. Además, la alineación de las matrices (90) de los medios de forja respecto al material metálico se puede mantener con más precisión para producir piezas de alta calidad que tienen características claramente definidas, tales como, por ejemplo, la separación radial, angular y longitudinal anteriormente descritas del borde de corte (32) del talón desde el borde de corte delantero (34) de los segmentos laterales (20) respectivos de la parte (18) de cuchilla de la punta de pala (10). Además, al alterar la distancia del avance longitudinal proporcionado por el dispositivo orientador, se pueden producir piezas de longitudes variables a partir del mismo material metálico continuo, tales como puntas de pala que tienen un cuerpo alargado de longitud variable.

Tal como se muestra en las figuras 19-21, se puede forjar una pieza con una forma predeterminada a partir de una pieza a trabajar (120) según el método de forja de la presente invención. Según la presente invención, se pueden forjar una serie de piezas, tales como puntas de pala, a partir de un material metálico continuo tal como se ha descrito anteriormente o, alternativamente, se pueden forjar una o más piezas individuales. Además, el método de forja de la presente invención puede producir también una amplia variedad de otras piezas, tales como puntas de destornillador y puntas de ranuradora, y se considera que es adecuado para fabricar otras piezas metálicas, tales como ejes de rotor y las partes de esquina de chaflán de los segmentos laterales, tal como se muestra mejor en las figuras 3, 8 y
15.

Además, aunque la punta de pala (10) se podría forjar para tener una parte (18) de cuchilla que incluya segmentos laterales (20) opuestos de uno y otro lado con partes de esquina de chaflán (35) respectivas, los segmentos laterales de la punta de pala de la presente invención están típicamente pulidos, tal como por un proceso convencional de pulido, que sigue al proceso de forja, para formar las partes de esquina de chaflán respectivas. De acuerdo con esto, las partes de esquina de chaflán que definen un ángulo de chaflán (37) predeterminado con respecto a una línea paralela al eje longitudinal central (14) se pueden pulir con precisión en los segmentos laterales respectivos.

Tal como se muestra en la figura 19, el aparato de forja (110') incluye matrices de forja (112) opuestas, típicamente un par de matrices de forja opuestas, que definen una cavidad (114) entre las mismas. La cavidad, a su vez, define la forma resultante de la pieza formada por el método y aparato de forja. Más específicamente, al menos una matriz de forja, y preferiblemente cada una de ellas, puede incluir una superficie de contacto (116) de una configuración en forma como de Z que define una parte de la cavidad. Según una realización, las matrices de forja opuestas incluyen dos conjuntos opuestos de matrices de forja, cada uno de los cuales incluye al menos una matriz de forja que tiene una superficie de contacto de una configuración en forma como de Z.

Tal como se ha descrito anteriormente junto con la punta de pala, la cavidad en forma de Z incluye una parte central (134) que define un plano central (136) y unas partes laterales opuestas (138) que se extienden desde los lados opuestos de la parte central. Las partes laterales opuestas definen planos laterales (140) correspondientes que son oblicuos respecto al plano central. Las superficies de contacto respectivas establecen contacto con la pieza a trabajar (120) y conforman la misma con la forma predeterminada de la pieza resultante. Cada superficie de contacto (116) respectiva incluye también preferiblemente, al menos una parte que es relativamente plana y define un plano de contacto (118) que es paralelo a la parte relativamente plana de la otra matriz.

El aparato de forja (110) incluye también medios para cerrar radialmente las matrices de forja opuestas. Tal como se describe a continuación con respecto a las figuras 20 y 21, los medios para cerrar radialmente las matrices de forja incluyen un cuerpo envolvente (130) de las matrices. En particular, las matrices de forja (112) se mueven radialmente hacia dentro en una dirección predeterminada, tal como se muestra por las flechas en la figura 19, tras el movimiento relativo entre el cuerpo envolvente de las matrices y el par de matrices de forja opuestas, tal como se muestra en la figura 20 y se describe a continuación con detalle.

Diversas partes de la superficie de contacto (116) respectiva pueden definir un plano de contacto (118) de una matriz de forja (112). Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 19, las partes centrales (117) de las superficies de contacto respectivas son oblicuas respecto a la dirección predeterminada en la que cierran las matrices de forja y definen planos de contacto respectivos. De esta manera, los planos de contacto imparten fuerzas axiales y radiales (142) y (144), respectivamente, a la pieza a trabajar que, a su vez, dan como resultado esfuerzos de compresión, de tracción y de cizalladura dentro de la pieza a trabajar durante el proceso de deformación. Las componentes resultantes de las fuerzas de compresión y de cizalladura deforman por lo tanto hacia fuera la pieza a trabajar (120) con la forma predeterminada definida por las matrices de forja.

Más particularmente, un ángulo (122) está definido entre los planos de contacto (118) respectivos y un plano de referencia (124) perpendicular a la dirección predeterminada en la que se mueven las matrices de forja (112), tal como se muestra en la figura 19. En una realización preferente, el ángulo está entre aproximadamente 5º y aproximadamente 15º y, en un ejemplo específico, es aproximadamente de 10º. Tal como se usa en la presente memoria, la expresión "fuerza de compresión" incluye esas fuerzas en la dirección predeterminada en la que se mueven las matrices de forja, y la expresión "fuerza de cizalladura" incluye esas fuerzas laterales que tienden a deformar radialmente hacia fuera la pieza a trabajar (120). De esta manera, para una cantidad dada de potencia de entrada, la magnitud de la fuerza de cizalladura y de la fuerza de compresión impartida a la pieza a trabajar aumenta y disminuye, respectivamente, a medida que aumenta el ángulo definido entre un plano de contacto respectivo y el plano de referencia. De esta manera, para una cantidad dada de potencia de entrada, la magnitud de la fuerza de cizalladura y de la fuerza de compresión impartida a la pieza a trabajar disminuye y aumenta, respectivamente, a medida que disminuya el ángulo definido entre un plano de contacto respectivo y el plano de referencia.

Al menos las partes de la pieza a trabajar (120) que están sometidas a fuerza de cizalladura y, por consiguiente, a esfuerzo de cizalladura, se deforman más fácilmente, dado que la resistencia de cizalladura de las piezas a trabajar más comunes, es decir, la mayoría de los materiales metálicos, es menor que la resistencia a la compresión del mismo material. Típicamente, la resistencia de cizalladura de los materiales metálicos es aproximadamente el 60% de la resistencia a la compresión del mismo material. Por ejemplo, durante la formación de una punta de pala según este método, ambos segmentos laterales son sometidos preferiblemente a esfuerzos de cizalladura relativamente altos para producir el desplazamiento lateral máximo respecto a una pieza a trabajar, o alambre, del diámetro inicial mínimo.

De esta manera, se requiere significativamente menos potencia de entrada para deformar una pieza a trabajar (120) con fuerzas de cizalladura que con fuerzas de compresión. Además, la aplicación de fuerzas de cizalladura que deforman con más facilidad radialmente hacia fuera una pieza a trabajar permite que se disminuya la relación entre el grosor de una pieza y la anchura o el diámetro de la misma, de manera que las piezas delgadas que tienen un diámetro relativamente grande, tales como una punta de pala, se puedan forjar fácilmente según la presente invención.

Sin embargo, la aplicación de fuerza de cizalladura para deformar la pieza a trabajar (120) aumenta significativamente las fuerzas que las matrices de forja y el cuerpo envolvente de las matrices deben soportar durante el proceso de forja y, de acuerdo con esto, se han evitado en los procesos de forja convencionales en los que las matrices de forja se cierran de manera rectilínea para impartir fuerzas de compresión sobre la pieza a trabajar. A efectos de soportar las fuerzas aumentadas, las matrices de forja (112) opuestas están constituidas, en una realización preferente, por un acero de alta velocidad y, más preferiblemente, están constituidas por acero de alta velocidad CPM® REX^{TM} M4, o un equivalente, comercializado por la firma Colt Industries Crucible Specialty Metals Division de Syracuse, Nueva York, y descrito con más detalle en una publicación titulada "Crucible Data Sheet by Colt Industries Crucible Specialty Metals Division", que lleva un número de documento D88 308-5M-776.

Además, el tiempo requerido para deformar una pieza a trabajar (120) con fuerzas de cizalladura es mayor, de modo general, que el tiempo requerido correspondiente para deformar una pieza a trabajar similar con fuerzas de compresión. De esta manera, para piezas que tienen un diámetro relativamente pequeño, tales como puntas de pala con un diámetro de aproximadamente 0,96 cm (3/8 de pulgada) o menos, en las que la deformación de la pieza a trabajar con fuerzas de cizalladura no conservará una cantidad significativa de potencia de entrada, el ángulo (122) definido entre los planos de contacto (118) respectivos y el plano de referencia (124) se disminuye, o se elimina, de manera que se imparten magnitudes crecientes de fuerza de compresión a la pieza a trabajar y el proceso de deformación se produce más rápidamente. En estas realizaciones, sin embargo, se puede seguir impartiendo fuerzas de cizalladura, aunque en menor magnitud, gracias a las superficies de contacto que incluyen partes laterales oblicuas, tales como las ilustradas por la cavidad en forma de Z de la figura 19. Para piezas con un diámetro relativamente grande, tales como puntas de pala con un diámetro de aproximadamente 1,11 cm (7/16 de pulgada) o mayor, en las que la deformación de la pieza a trabajar con fuerzas de cizalladura conservará una cantidad significativa de potencia de entrada, los planos de contacto respectivos están dispuestos preferiblemente en un ángulo, tal como de 10º, por ejemplo, con respecto al plano de referencia.

Los medios para cerrar las matrices de forja opuestas incluyen preferiblemente medios para mantener una alineación predeterminada de las matrices de forja (112) opuestas durante el proceso de forja. Tal como se muestra en las figuras 19 y 21, los medios para mantener la alineación de las matrices de forja opuestas incluyen preferiblemente un par de matrices laterales (126) opuestas. Las matrices laterales opuestas están situadas adyacentes a las superficies laterales opuestas (128) definidas por las matrices de forja opuestas. Tal como se muestra esquemáticamente en la figura 21, las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales definen un conjunto de matrices que tiene una forma generalmente cónica.

Tal como se muestra también esquemáticamente en las figuras 20 y 21, los medios para cerrar las matrices de forja opuestas incluyen preferiblemente un cuerpo envolvente (130) de las matrices, incluyendo las placas extremas (146), que definen una cavidad cónica en el mismo. La cavidad cónica interna definida por el cuerpo envolvente de las matrices está adaptada para recibir el conjunto de matrices cónicas conformadas de manera complementaria, de modo que el cuerpo envolvente de las matrices comprende circunferencialmente el conjunto de matrices. De esta manera, al insertar axialmente el conjunto de matrices en el cuerpo envolvente de las matrices, tal como con una prensa de matrices o un dispositivo de presión cónico (no ilustrado), las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales se cierran radialmente alrededor de la pieza a trabajar. La resistencia del conjunto de matrices y su capacidad resultante para soportar las fuerzas generadas durante la deformación de la pieza a trabajar con fuerzas axiales y de compresión (142) y (144) que, a su vez, generan esfuerzos de compresión, de tracción y de cizalladura, se mejora además por la dirección radial en la que se cierra el conjunto de matrices y por la relación circundante del cuerpo envolvente de las matrices al conjunto de matrices.

El cuerpo envolvente (130) de las matrices está constituido, también preferiblemente, por un material relativamente resistente, tal como por acero de alta velocidad y, más preferiblemente, acero de alta velocidad CPM® REX^{TM} M4. Además, aunque la presión o fuerza requerida para insertar el conjunto de matrices en el cuerpo envolvente de las matrices variará dependiendo de las condiciones de tratamiento, incluyendo el tipo de material a partir del que está formada la pieza a trabajar y el tamaño y la forma de la pieza resultante, una prensa hidráulica, tal como una prensa de 500 toneladas, ha producido puntas de pala a partir de acero al carbono 1050.

Además, una realización del conjunto de matrices de este aspecto puede definir también orificios de entrada y salida (132), tal como se muestra en la figura 20, a través de los que se puede extender un material metálico continuo de manera que se pueden formar una serie de piezas, tal como se ha descrito anteriormente. No obstante, el método de forja de la presente invención se puede emplear también para formar piezas individuales, sin salirse del alcance de la invención.

En los dibujos y en la memoria descriptiva, se han expuesto realizaciones preferentes de la invención y, aunque se han empleado términos específicos, los mismos se utilizan sólo en un sentido genérico y descriptivo y no con fines limitativos, siendo expuesto el alcance de la invención en las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

1. Método para forjar una pieza con una forma predeterminada a partir de una pieza a trabajar (59, 80), que comprende las siguientes etapas:

cerrar radialmente matrices de forja opuestas (112), de manera que las matrices de forja se mueven radialmente hacia dentro en una dirección predeterminada para establecer contacto con la pieza a trabajar, en el que las matrices de forja opuestas definen una cavidad (114) entre las mismas con la forma predeterminada de la pieza resultante (120), incluyendo cada una de dichas matrices de forja una superficie de contacto (116) que define una parte de la cavidad para establecer contacto con la pieza a trabajar y conformar la misma con la forma predeterminada de la pieza resultante, incluyendo cada superficie de contacto respectiva al menos una parte relativamente plana que define un plano de contacto (118) que se opone y es paralelo a una parte relativamente plana de la otra matriz;

aplicar fuerzas axiales y radiales a la pieza a trabajar con las matrices de forja que cierran radialmente, de manera que la pieza a trabajar se deforma hacia fuera hasta la forma predeterminada definida por las matrices de forja opuestas; y

reforzar estructuralmente las matrices de forja opuestas con un cuerpo envolvente (130) de las matrices que recibe y comprende circunferencialmente las matrices de forja opuestas durante el proceso de forja, caracterizado porque dicha dirección predeterminada es oblicua respecto a los planos de contacto correspondientes definidos por las superficies de contacto opuestas, de manera que las superficies de contacto respectivas imparten fuerzas axiales y radiales al menos a partes de la pieza a trabajar para generar fuerzas de compresión y de cizalladura dentro de la misma, y porque el método comprende reforzar estructuralmente las matrices de forja opuestas durante la aplicación de dichas fuerzas de compresión y de cizalladura.

2. Método para forjar una pieza con una forma predeterminada, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de cerrar radialmente las matrices de forja opuestas incluye una fase de mantener una alineación predeterminada de las mismas mientras que se cierran radialmente las matrices de forja.

3. Método para forjar una pieza con una forma predeterminada, según la reivindicación 2, caracterizado porque la fase de mantener la alineación predeterminada de las matrices de forja opuestas incluye las etapas de:

situar una matriz lateral (126) adyacente a cada una de las superficies laterales opuestas (128) definidas por las matrices de forja opuestas, de manera que las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales definen un conjunto de matrices cónicas;

situar el conjunto de matrices en el cuerpo envolvente de las matrices que define una abertura cónica en el mismo para recibir el conjunto de matrices cónicas conformadas de modo complementario; e insertar el conjunto de matrices en el cuerpo envolvente de las matrices de manera que las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales se cierran radialmente mientras se mantiene la alineación predeterminada de las matrices de forja.

4. Método de forja, según la reivindicación 3, caracterizado por el uso de medios para mantener una alineación predeterminada de las matrices de forja opuestas mientras que se cierran radialmente las matrices de forja.

5. Método de forja, según la reivindicación 4, caracterizado porque las matrices de forja opuestas definen superficies laterales opuestas, y en el que los medios para mantener la alineación predeterminada de las matrices de forja incluyen un par de matrices laterales (126), de las que una está situada adyacente a cada superficie lateral definida por matrices de forja opuestas.

6. Método de forja, según la reivindicación 5, caracterizado porque las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales definen un conjunto de matrices cónicas, y la abertura interna definida por el cuerpo envolvente de las matrices es cónica para recibir el conjunto de matrices cónicas conformadas de modo complementario de manera que, al insertar el conjunto de matrices en el cuerpo envolvente de las matrices, las matrices de forja opuestas y el par de matrices laterales se cierran radialmente.

7. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el plano de contacto de cada matriz de forja respectiva y un plano de referencia (124) perpendicular a la dirección de movimiento predeterminada de dichas matrices de forja opuestas definen entre sí un ángulo (122) entre aproximadamente 5º y aproximadamente 1º.

8. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las matrices de forja opuestas definen orificios de entrada y salida a través de los que se extiende un material metálico continuo (59, 80) de manera que se puede forjar una serie de piezas con la forma predeterminada.

9. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las matrices de forja opuestas están constituidas por acero de alta velocidad M4.

10. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo envolvente de las matrices está constituido por acero de alta velocidad M4.

11. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para forjar una pieza que tiene un diámetro de al menos 11 mm (7/16 de pulgada), en el que un ángulo de aproximadamente 10º está definido entre cada plano respectivo de contacto y un plano perpendicular a la dirección predeterminada en la que se mueven radialmente hacia dentro las matrices de forja opuestas.

12. Método de forja, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para forjar una pieza que tiene un diámetro menor de 11 mm (7/16 de pulgada), en el que cada plano respectivo de contacto es paralelo a un plano perpendicular a la dirección predeterminada en la que se mueven radialmente hacia dentro las matrices de forja opuestas.