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Title:
INDUSTRIAL WOOD CHIPPER KNIFE AND METHOD FOR MANUFACTURING AN INDUSTRIAL WOOD CHIPPER KNIFE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/177345
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a chipper having a knife secured between a clamp and a counter knife placed in a support. The knife, clamp and counter knife are all placed in an area formed in a support which, in turn, is disposed in a larger opening formed in a chipping disc or drum. A first securing element secures the knife support in the chipping disc, a second securing element secures the clamp to the knife support, and a third securing element secures the counter knife to the knife support. The knife comprises an edge formed by two straight lines, creating a triangle on the lower part of the knife. These straight lines reduce the cost of producing the knife and provide support to the knife so that it can be suitably positioned. Furthermore, the knife is produced using a process that is 100% free from grinding at all manufacturing stages, a unique feature that significantly reduces production costs.

Inventors:
CARPENTER, Trenton Lee (Nahuelbuta 541 Dpt. 71, Concepción, CL)
Application Number:
CL2016/050017
Publication Date:
October 19, 2017
Filing Date:
April 15, 2016
Export Citation:
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Assignee:
CARPENTER, Trenton Lee (Nahuelbuta 541 Dpt. 71, Concepción, CL)
International Classes:
B27G13/04; B27L11/00
Domestic Patent References:
2009-04-30
2009-04-30
Foreign References:
US8082958B22011-12-27
Attorney, Agent or Firm:
SILVA & CIA (Hendaya 60, Piso 4 Oficina 401, Las Condes, Santiago, CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . Un cuchillo industrial para astilladoras con un eje alargado terminando en dos filos de corte opuestos, cada uno con líneas rectas en paralelo separadas por un canto en el centro del lado inferior, CARACTERIZADO porque un lomo en la parte inferior del cuchillo comprende dos líneas rectas simétricas a ambos lados formando un triángulo donde dichas líneas se definen específicamente por ser rectas y no cóncavas o redondas.

2. El cuchillo industrial para astilladoras según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque usar las líneas rectas paralelas de los bordes de corte como punto de referencia, el ángulo de las líneas del canto es mayor de 90 grados.

3. El cuchillo industrial para astilladoras según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende una característica de sujeción superior que incluye dos ángulos distintos en cada lado donde la abrazadera sostiene el cuchillo.

4. El cuchillo industrial para astilladoras según la reivnidicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende dos líneas de identacion idénticas en la parte inferior del cuchillo, siendo estas paralelas y terminando en el canto en la parte inferior del cuchillo. 5. Un método para la fabricación de cuchillos industriales para astilladora,

CARACTERIZADO porque comprende los siguientes pasos: a) suministrar materia prima de acero en forma redonda o cuadrada. b) laminar en caliente de dicha materia prima a través de rodillos para crear la forma general del cuchillo. c) Estirar en frío a fondo, o mediante proceso de extrusión del acero, la materia prima laminada a través de múltiples matrices con el fin de crear la forma final del cuchillo. d) Obtener a forma final del cuchillo de la reivindicación 1 , que tiene un eje alargado terminando en dos filos de corte opuestos, cada uno con líneas rectas en paralelo separadas por un canto en el centro del lado inferior donde el lomo en la parte inferior del cuchillo comprende dos líneas rectas simétricas a ambos lados formando un triángulo donde dichas líneas se definen específicamente por ser rectas y no cóncavas o redondas, a través del proceso de estirado en frío y un proceso de formación de metal restante después de cortar el acero, y el tratamiento térmico, afilando la zona cerca de los bordes.

Description:
Cuchillo industrial para astilladoras con un eje alargado terminando y procedimiento de fabricación

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención está relacionada con las mejoras en la fabricación de cuchillos reversibles para astilladoras y el diseño optimizado de dichos cuchillos, lo cual mejora su estabilidad y reduce costes de fabricación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las astilladoras son máquinas capaces de cortar maderas de diferentes tamaños y tipos en trozos generalmente llamados astillas, que se utilizan principalmente como materia prima para la fabricación de celulosa. Las especies de madera que se cortan en astillas para la producción de celulosa suelen presentar una gran variedad tanto de tamaños como de tipologías, siendo por ejemplo algunas duras mientras otras resultan más blandas. Existen dos grandes áreas de producción de astillas: la fabricación de astillas primaria, en la que las astillas se cortan a partir de troncos enteros, y la fabricación de astillas secundaria, en la que las astillas se producen a partir de maderas residuales, como por ejemplo, pedazos de madera descartada provenientes de los aserraderos.

En los últimos años, los cuchillos desechables o reversibles han conseguido ganarse la aceptación por parte de la industria debido a la mejora de la seguridad y el uso de un acero de mayor calidad, pero dicha aceptación se ha visto limitada debido a problemáticas relacionadas con la estabilidad de los cuchillos, su durabilidad y los altos costes de operación asociados al uso de cuchillos para astilladoras. Estos factores pueden llegar a causar significativos tiempos de inactividad en las astilladoras y reducir la producción de astillas de madera de alta calidad. Por otro lado, el elevado coste de los cuchillos reversibles desechables ha impedido su penetración en mercados donde proporcionarían grandes beneficios.

Los diseños conocidos hasta la fecha presentan la tendencia de permitir que el cuchillo se mueva o salga de su posición, mientras que en otras ocasiones llegan a doblarse o torcerse reduciendo el tiempo efectivo de producción. Los sistemas de cuchillos reversibles conocidos hasta ahora se ven sometidos a un exceso de torsión cuando la abrazadera que sostiene el cuchillo se aprieta hacia abajo, o bajo presión de pares de fuerzas que provocan que el cuchillo se suelte durante las operaciones. Debido al pequeño tamaño del área de la superficie entre el cuchillo y la abrazadera, la abrazadera actúa como resorte de flexión más de lo cabría esperar y la fuerza de sujeción se concentra en el talón inferior del cuchillo, en la superficie de contacto con la abrazadera contigua al cuchillo. Por lo tanto, la parte superior de la abrazadera se ve sometida a una disminución de la presión de sujeción y se producen problemas funcionales. Por ejemplo, las fibra de madera pueden entrar en el espacio entre un cuchillo mal sujeto y su contra cuchillo, deteriorando aún más el rendimiento del cuchillo.

Otros desafíos adicionales respecto a la técnica anterior incluyen la patente chilena 49.918, la cual se refiere a un cuchillo más grande con un pronunciado borde de desviación que rompe las astillas de alta calidad. Esta acción reduce el valor de las astillas durante el proceso de astillado y no permite que las astillas sigan el flujo natural del corte. El cuchillo de la patente 49.918 tiene un punto de sujeción plano en la parte superior del cuchillo, lo que favorece la acumulación de material entre el cuchillo y la incorrecta presión de la abrazadera mencionada previamente. Cuando el cuchillo comienza a vibrar o moverse, la vida útil de su filo disminuye rápidamente, así como la propia calidad de las astillas producidas también se ve mermada. Además, el gran tamaño de este cuchillo crea una acción de palanca que aumenta el movimiento de la cuchilla y también reduce la duración del afilado. La característica diferenciadora de la patente 49.918 son las dos muescas de indexación redondeadas (R, S, Q en la figura 3) en cada lado de la arista que se utiliza para ubicar el cuchillo en su posición. Estos servicios de guía, también llamados elementos de posicionamiento, proporcionan una separación entre la astilla y el cuchillo antes de que la astilla impacte con el pronunciado filo de este cuchillo. Esta característica reduce el control de la astilla y puede llegar a quebrarla en pedazos indeseables pequeños y finos.

La patente chilena 41 .475 (figura 8) utiliza un concepto de diseño similar a la patente 49.918 con un cuchillo reversible y un filo deflector en la parte inferior del mismo. Esta iteración de la patente presenta varios desafíos debido a la fuerza extrema presente a cada lado del cuchillo, lo que ha llegado a provocar que el cuchillo se parta por la mitad. Otra iteración respecto a este cuchillo es su diseño en forma de Z, lo que supone una mayor concentración de los puntos de estrés haciendo que aumente el riesgo de que se rompa.

Diseños adicionales han intentado reducir el tamaño del cuchillo y eliminar estos problemas, como es el caso del documento WO2009054768 (véase la figura 4). Este diseño ofrece un cuchillo mucho más pequeño y un filo de transición para las astillas más suave; sin embargo, la parte de sujeción superior es extremadamente amplía y limita el grosor de la cuchilla. Este grosor limitado hace que el cuchillo se tuerza y se doble con mayor facilidad al ser utilizado para realizar operaciones de astillado con maderas pesadas. Además, la sujeción en la parte superior del cuchillo hace contacto con el mismo en 3 puntos, lo que provoca que sea extremadamente difícil garantizar una sujeción adecuada para el cuchillo en todo momento. La patente US 8,082,958 consta de un área cóncava en la parte inferior del cuchillo que conduce a su filo, pero este diseño cóncavo incrementa los costes de fabricación ya que requiere una afiladora de forma especial, y la invención usa específicamente líneas rectas en el canto culminando en el filo para formar una punta redondeada.

En todos los cuchillos mencionados el canto es cóncavo o redondeado, una forma que incrementa drásticamente los costes de fabricación ya que se realiza con una herramienta hecha a medida o mediante el uso de una máquina afiladora de alto costo. Este tipo de máquinas resultan extremadamente caras y la operación de afilado durante la fabricación supone un importante aumento del coste de producción. Estos cuchillos utilizan las afiladoras ya mencionadas para rectificar la forma todos los lados del cuchillo. Rectificar la superficie completa del cuchillo aumenta el coste y, por tanto, los cuchillos reversibles se venden a un precio mucho más elevado, suponiendo este proceso de afilado un 40% del coste de fabricación del cuchillo.

El tamaño optimizaco del cuchillo reduce la acción de palanca provocada durante las carfas pesadas en el sistema cuchillo. La invención provee una estabilidad de cuchillo mejorada con un área de agarre multi angulada en la parte superior del cuchillo, combinado con las dos zonas de contacto en el fondo del cuchillo lo cual incrementa la estabilidad cerca del borde del cuchillo durante el corte. La línea plana en la cresta del cuchiollo provee una transición suave de las astillas de madera y reduce el riesgo de dañar las astillas. El ancho del área de agarre provee un espsor aumentado en el cuchillo en su área más crítica, lo cual además reduce el riesfo de rompimiento del cuchillo o que se doble.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El objetivo de esta invención es evitar las deficiencias de la técnica anterior e introducir un cuchillo para astilladoras con una geometría y tamaño optimizados en comparación con la técnica anterior, además de reducir el coste de fabricación ofreciendo un precio más competitivo mediante la eliminación de manufactura adicional en más de un 50% de la superficie después del tratamiento térmico del cuchillo.

La presente invención se trata de un cuchillo reversible y un sistema de cuchillos para astillado con un acabado liso cerca del canto del cuchillo y una estabilidad mejorada que permite aumentar la vida útil del cuchillo (su duración) y favorecer un mejor rendimiento durante los procesos de astillado. El lado superior del cuchillo utiliza una sujeción de ángulo dual donde el cuchillo contacta en dos ángulos diferentes a cada lado de su porción parte superior, proporcionando un cuchillo estable que ofrece una duración más prolongada que la ofrecida por los cuchillos de la competencia. Mientras que por otro lado, la parte inferior del cuchillo se define por tener dos líneas paralelas que terminan en canto en el centro del cuchillo que a su vez se compone de líneas rectas entre las que se presenta un ángulo de más de 90 grados.

DESCRICIÓN DE LAS ILUSTRACIONES

La Figura 1 muestra un cuchillo reversible para astilladoras de acuerdo con una modalidad preferida de la invención. La Figura 2 muestra las líneas de referencia utilizadas para definir la posición y descripción de los elementos de un cuchillo reversible para astilladoras de acuerdo con una modalidad preferida de la invención.

La Figura 3 muestra una ilustración del cuchillo reversible para astilladoras de acuerdo con el estado del arte.

La Figura 4 muestra una ilustración de otro cuchillo reversible para astilladoras de acuerdo con el estado del arte.

La Figura 5 muestra el área de afilado restringido o de mecanizado, para el procedimiento de fabricación de un cuchillo reversible para astilladoras de acuerdo con un ejemplo concreto de la invención.

La Figura 6 muestra un ejemplo concreto del cuchillo reversible para astilladoras sin las muescas en la parte inferior del cuchillo, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Figura 7 muestra un ejemplo concreto del cuchillo reversible para astilladoras incluyendo las muescas en la parte inferior del cuchillo, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Figura 8 muestra un cuchillo con un único canto en la parte inferior del cuchillo, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Figura 9 representa el área de afilado después del tratamiento térmico con el método de fabricación de una modalidad de la invención.

La Figura 10 muestra el área de afilado de método de fabricación de una modalidad de la invención. La Figura 1 1 muestra otro punto de vista de la superficie limitada de afilado del cuchillo después del tratamiento térmico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El cuchillo y el proceso de fabricación de la presente invención supone una mejora sobre los diseños existentes mediante la optimización del tamaño del cuchillo para eliminar la torsión y flexión asociadas a la patente de Estados Unidos 8.082.958 y al efecto de palanca que provoca la pérdida de estabilidad del cuchillo en la patente 49.918, además de reducir el coste de fabricación de forma drástica al eliminar la necesidad de usar costosas herramientas de rectificación.

La presente invención resuelve el problema de la torsión y flexión del cuchillo al utilizar una zona con múltiples ángulos de sujeción que resulta más estrecha que la de la patente de Estados Unidos 8.082.958, proporcionando sin embargo una fuerza de sujeción igual o mayor. La invención proporciona más contacto en la parte inferior del cuchillo, lo que permite que el área de sujeción sea más estrecha y añada grosor al cuchillo. Este grosor añadido evita que el cuchillo se doble o se tuerza durante operaciones pesadas.

La acción de palanca causada por la técnica anterior en la patente 49.918, la cual aumenta la fuerza en el cuchillo y requiere una gran abrazadera para mantener el cuchillo en su lugar, no consta en la nueva invención ya que ésta utiliza un cuchillo de tamaño óptimo, aproximadamente un 40% más pequeño que el de la patente 49.918. Los problemas relacionados con los elementos de posicionamiento en la patente 49.918, que producen como resultado un canto cóncavo y agresivo favoreciendo la aparición de pequeños pedazos de astillas, quedan eliminados con la presente invención. La invención resuelve el problema de la aparición de pequeños y finos pedazos de astilla mediante la optimización del ángulo de transición, que es una línea plana y de más de 90 grados desde la línea en la parte inferior del cuchillo. Esto permite que las astillas de madera lleven a cabo su transición natural hacia la parte posterior del disco de la astilladora reduciendo así el impacto en las astillas de alta calidad.

El cuchillo comprende una zona de sujeción superior (7), mostrada en la figura 1 , que constituye dos zonas simétricas definidas por la línea de referencia 2 de la figura 2, con dos ángulos distintos a cada lado (1 ) y (2), que se utilizan para poner en contacto una abrazadera y fijar el cuchillo en su lugar con una firmeza mayor que la técnica tradicional anterior. Estos ángulos culminan en un punto redondeado (12) en el centro de la zona de sujeción (7). Este punto redondeado (12) se encuentra en la línea de referencia 2 de la figura 2, en el centro del cuchillo. Esta zona de sujeción superior (7) está en contacto con la abrazadera de modo que cuando la abrazadera sujeta el cuchillo en su lugar, existe contacto. El punto redondeado (12) no está en contacto con la abrazadera debido a que la abrazadera sostiene el cuchillo con fuerza tan sólo en los puntos (1 ) y (2) en cada lado.

Esta zona de sujeción superior (7) termina en cada lado en una superficie plana (3) en cada lado de la zona de de sujeción superior (7). Tras estas superficies planas (3) comienzan unas líneas de bisel en el cuchillo (9), terminando en dos cantos de corte opuestos (4). La parte inferior de la cuchilla está definida por dos líneas paralelas (8) en cada lado de la línea de referencia 2 definida en la figura 2, que terminan en los cantos de corte opuestos (4). Estas líneas paralelas definen la línea de referencia 1 , mostrada en la figura 1 . El cuchillo tiene dos iteraciones, una de ellas con líneas de identación (6) que son paralelas a las líneas (8), que no tienen contacto con el cuchillo opuesto y no colocan el cuchillo en su lugar. Estas líneas de identación terminan en sus respectivas puntas redondeadas (1 1 ) y luego continúan formando la astilla desviando el canto del cuchillo con líneas rectas (5) que terminan en un punto de canto redondeado (10), el cual se encuentra en la misma línea de referencia 2 como punto (12). La otra iteración no tiene las líneas de identación (6).

En este cuchillo, un lomo deflector se define por las dos líneas rectas (5) que forman un triángulo en el punto de canto redondeado (10). El ángulo entre las líneas rectas (5) y las líneas paralelas ((8) debe ser mayor de 90 grados (ver figura 6 y 7).

Dentro el proceso de astillado, el objetivo es cortar la astilla para luego proporcionar una óptima transición que permita a la astilla pasar a través de la parte inferior del disco del cuchillo (6, 8, 1 1 , 5) como puede observarse en la figura 1 , con el fin de mantener el grosor de astilla apropiado. En la presente invención, el canto en la parte inferior del cuchillo es único; tiene una parte recta y plana (5) donde entra en contacto con el contra cuchillo y el ángulo con respecto a la línea en la parte inferior del cuchillo es de más de 90 grados. Esta parte plana reduce el coste de fabricación del cuchillo y el contra cuchillo, mientras que al mismo tiempo, proporciona una óptima transición de las astillas para mantener su calidad. Este hecho supone una mejora sobre el pronunciado canto con funciones de guía de la patente 49.918. Una iteración de la invención (véase la Figura 5) son las líneas de identación (6) con una superficie plana a cada lado del canto. Estas líneas de identación (6) reducen aún más el coste de material y al mismo tiempo empujan la fuerza de la abrazadera más cerca de los bordes de la cuchilla. Esta característica aumenta la estabilidad del cuchillo y al mismo tiempo, contribuye a reducir el material utilizado para la fabricación del cuchillo. Estas identaciones sólo se observan en la patente 49.918 debido a que las identaciones en la patente 49.918 se utilizan para guiar y ubicar el cuchillo con el contra cuchillo (Figura 3) y se redondean con un punto mínimo en el centro. Sin embargo, en la presene invención, las líneas de identación no se utilizan para guiar o ubicar el cuchillo y no existe contacto con el contra cuchillo de soporte debajo del mismo. Este sistema proporciona una mayor estabilidad al cuchillo mediante la difusión de la fuerza de sujeción más cerca de su punta.

Por otro lado, la invención sostiene un proceso de fabricación que utiliza un perfil casi neto para la materia prima. Este perfil de forma casi neto es único en el sentido en el que ya logra las dimensiones finales del cuchillo y sólo cuenta con material añadido cerca del bisel de la cuchilla (Figura 9). El primer paso en el proceso de fabricación es laminar el acero en caliente a través de rodillos para crear la forma general, seguido por una extrusión en frío, también conocido como estirado en frío, a través de múltiples matrices, hasta que se consigue la forma final. Durante muchos años el proceso anterior se ha utilizado en la fabricación de cuchillos; sin embargo, en este caso los cuchillos continúan el proceso de manufactura en todas sus superficies después del tratamiento térmico del acero. Con esta nueva invención se alcanza el 80% de la forma final del cuchillo en el proceso de extrusión en frío, siendo el único proceso restante en la manufactura el afilado de los bordes (véase la Figura 5 y la Figura 9).

Después de la extrusión en frío de los cuchillos, éstos se cortan para adecuar su longitud y son térmicamente tratados hasta alcanzar a la dureza apropiada. Después del tratamiento térmico, el cuchillo se limpia y se afilan los bordes

(Figura 9, 10, 1 1 ). Este proceso resulta único debido a que elimina la mayoría de los costos asociados al rectificado del acabado, lo cual supone el componente más caro de la fabricación de cuchillos reversibles o indexables.