La geometría de la broca hace referencia al número y a la posición de los filos de corte de la broca, a los canales de evacuación y a los ángulos utilizados.
Se taladra sobre material macizo con una broca helicoidal. El taladrado genera una cavidad cilíndrica en el material. La broca helicoidal es la herramienta más utilizada para taladrar en el rango de diámetros de hasta 20 mm, y unas profundidades de taladrado de hasta 100 mm.
Una broca escalonada genera un agujero con distintos diámetros, por ejemplo, para que la cabeza de un tornillo se hunda en el material. Por lo general, no es necesario una operación posterior, como refundir o avellanar.
Las diferentes geometrías repercuten en la precisión dimensional del agujero y en la vida útil de la broca.
Para comprender qué aspecto de la geometría de una broca influye en la vida útil de la herramienta o en las tolerancias de taladrado, observemos la geometría de una broca helicoidal. Incluso las brocas que no tienen filos de corte, sino plaquitas intercambiables, están sujetas al desafío de combinar evacuación de viruta, velocidad de corte y velocidad de avance de forma óptima.
El diámetro de una broca helicoidal se va estrechando a medida que los canales de evacuación se acercan al mango. La reducción de diámetro puede ser desde 0,02 a 0,08 mm en 100mm de longitud de broca, y ayuda a reducir la fricción durante el taladrado. Esto facilita también la evacuación de viruta.
El ángulo de punta se encuentra en la cabeza de la broca helicoidal. El ángulo se mide entre los dos filos de corte en la punta.
Cuanto menor sea el ángulo de punta, más fácil será centrar la entrada de la broca en el material. Esto también reduce el riesgo de desviaciones en la entrada en superficies curvas. Para el mecanizado de materiales de viruta corta con baja conductividad térmica se seleccionan ángulos de punta pequeños, que a su vez generan filos de corte principales largos contribuyendo así a disipar el calor durante el mecanizado. Sin embargo, si el ángulo de punta es demasiado pequeño, la viruta puede obstruir el agujero o los canales de evacuación. Un ángulo de punta pequeño también aumenta el desgaste del filo.
Para materiales con buena conducción térmica o de viruta larga, se selecciona un ángulo de punta grande para obtener un buen flujo de viruta y una fuerza de corte baja. Sin embargo, un ángulo de punta grande facilita que la broca se desvíe y genere un agujero más grande.
La mayoría de las brocas helicoidales HSS tienen un ángulo de punta de 118 grados. En función de la aplicación, los ángulos de punta más comunes son 90, 118, 135 y 140 grados.
Como norma general, las brocas helicoidales tienen dos filos de corte principales que están conectados por el núcleo de la broca. Los filos de corte principales ejecutan del proceso de taladrado. Los filos de corte largos generalmente tienen una tasa de arranque de material más alta que los filos cortos.
El filo del núcleo está en el medio de la punta de la broca y no tiene efecto de corte. Solo ejerce presión y fricción sobre la pieza de trabajo y es básicamente un obstáculo para el proceso de taladrado. Un correcto afilado reduce la longitud del filo del núcleo. El conocido como afilado de punta da como resultado una reducción significativa de la fricción y de la fuerza de corte, y por lo tanto, una reducción de la fuerza de avance necesaria. Al mismo tiempo, la punta de la broca se centra mejor al entrar en el material.
La broca helicoidal tiene dos canales opuestos que permiten evacuar la viruta y que el refrigerante externo llegue a la zona de corte. Por lo general, la viruta se rompe o enrolla al entrar en contacto con el canal de evacuación. Los canales de evacuación con menor ángulo de hélice permiten mayores diámetros de núcleo de broca.
Una evacuación de viruta deficiente significa una mayor generación de calor, que a su vez puede provocar el recalentamiento del filo, y en última instancia, la rotura de la broca.
El atasco de viruta en el canal de evacuación puede causar movimientos radiales de la broca y afectar a la calidad del agujero, a la vida útil de la herramienta y a la fiabilidad del proceso. También puede causar la rotura de la broca o la plaquita. Cuanto más ancho sea el canal de evacuación, mejor funcionará la eliminación de viruta.
El espesor de núcleo es la clave para la estabilidad de la broca helicoidal. Las brocas helicoidales con un diámetro de núcleo grande (grueso) tienen mayor estabilidad, y por lo tanto, son adecuadas para pares de torsión más altos y materiales más duros.
Las fajas guía se encuentran a lo largo de los canales de evacuación. Dependiendo del diámetro de la broca, tienen de 0,1 a 5 mm de ancho y ayudan a guiar la broca dentro del agujero. La calidad de la pared del agujero depende fundamentalmente de sus características.
El filo de corte secundario hace de transición entre la faja guía y el canal de evacuación. Corta y suelta la viruta que se ha quedado adherida al material.
La longitud de las fajas guía y los filos secundarios depende en gran medida del ángulo de la hélice.
El ángulo de la hélice está formado por la dirección del canal de evacuación y el eje de la broca. Determina el tamaño del ángulo de desprendimiento en los filos de corte principales, y por lo tanto, el proceso de formación de viruta.
Los ángulos de hélice más grandes proporcionan una mayor capacidad de alojamiento de viruta, de gran ayuda en materiales blandos y de viruta larga. Los ángulos de hélice más pequeños, por otro lado, se utilizan para materiales duros de viruta corta.
Las brocas helicoidales que tienen un ángulo de hélice muy pequeño (10 ° - 19 °) tienen un paso de hélice amplio. Por el contrario, las brocas helicoidales con un gran ángulo de hélice (27 ° - 45 °) tienen un paso de hélice corto y comprimido. Las brocas helicoidales con hélice estándar tienen un ángulo de hélice de 19 ° - 40 °.
El manual DIN para brocas y avellanadores define según DIN 1836 tres tipos de grupos de aplicaciones Tipo N, H y W:
Eligiendo correctamente las condiciones de corte, el desgaste debe de ser uniforme en todo el filo de corte. Puede generarse un desgaste desigual si la velocidad de corte y el avance son excesivos, o si el material es demasiado duro. Una vez desgastada, la broca debe reafilarse hasta que el desgaste desaparezca por completo de los filos de corte principales, del filo del núcleo y de las fajas guía. Si no se elimina el desgaste de la faja guía, la broca se atascará.