СМЕННАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА Российский патент 1999 года по МПК B23F21/16 

Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к неперетачиваемым сменным режущим пластинам из твердого сплава или сверхтвердых материалов для червячных зуборезных инструментов.

Известны червячные фрезы для нарезания эвольвентных зубчатых колес, у которых углы профиля зубьев выполняют в зависимости от назначения, возможностей изготовления и контроля (Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др. /Под общ. ред. И.А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение, 1987, с. 522). Недостатком таких фрез является сложность размещения пластин стандартной формы на зубе, поскольку исходный контур зубьев имеет углы профиля α₀ - 20^o, а его ширина и высота связаны пропорциями: 2,5/(0,5 π±(0-2,5) tg α₀), реализация которых невозможна ни для одной из пластин стандартной формы.

Известны также неперетачиваемые сменные режущие пластины из твердого сплава (см. там же, с. 127-136). Их недостатком является невозможность применения для оснащения зубьев модульных червячных инструментов, что связано с несоответствием конструктивных и геометрических параметров профиля пластин форме и углам профиля зуба червячного зуборезного инструмента.

В предлагаемых изобретениях указанные недостатки устранены путем изменения формы бокового профиля пластин или выполнения на нем дополнительных модифицированных участков.

Краткое описание чертежей и вариантов исполнений изобретения
Описания предлагаемых пластин поясняются на чертежах.

На фиг. 1. а показана 9 гранная пластина, полученная на базе исходного 6-ти гранного профиля aAbBcC, у которого профилирующие боковые стороны, касательные к диаметру d_b, имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABC с углами исходного профиля ϕ_н:

где n - число сторон исходной фигуры (n = 6);
α₀ - угол профиля зуба червячного инструмента, чередующихся с вершинами abc, с углами профиля

выполнены лыски длиной L_o, касательные к диаметру d_o.

На фиг. 1.b приведена 12 гранная пластина, полученная на базе исходного 8-ми гранного профиля aAbBcCdD, у которого касательные к диаметру d_b профилирующие боковые стороны имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABCD с углами исходного профиля

чередующихся с углами

где n - число сторон исходной геометрической фигуры (n = 8),
α₀ - угол профиля зуба червячного зуборезного инструмента, выполнены лыски длиной L_o, касательные к окружности диаметра d_o.

На фиг. 1.c приведена 20 гранная пластина, полученная на базе исходного 8-ми гранного профиля aAbBcCdD, у которого касательные к диаметру d_b профилирующие боковые стороны имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABCD, на выступах длиной L_f, формирующих фланкирующие участки профиля, выполнены лыски длиной L_o, касательные к окружности диаметра d_o.

На фиг. 1.d,e,f показаны новые пластины, которые отличаются от предыдущих тем, что на лысках L_o выполнены выемки дуговой, или линейной, или комбинированной линейно-дуговой формы, соответствующей форме контактирующих поверхностей сопрягаемых с ними пластин.

Новая длина L_b режущих кромок и L_o лысок, диаметры окружностей d_b и d_o пластин жестко связаны с параметрами профилей их исходных геометрических фигур и профилем зуба червячного зуборезного инструмента, но составляют ноу хау данного изобретения.

На фиг. 2.a приведена 15 гранная пластина, полученная из исходного 10-ти гранного профиля aAbBcCdDeE, у которого касательные к диаметру d_b профилирующие боковые стороны имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABCDE с углами исходного профиля

чередующихся с углами

где n - число сторон исходной геометрической фигуры (n = 10),
α₀- угол профиля зуба червячного зуборезного инструмента, выполнены лыски длиной L_o, касательные к окружности диаметра d_o.

На фиг. 2.b приведена 20 гранная пластина, полученная из исходного 10-ти гранного профиля aAbBcCdDeE, у которого касательные к диаметру d_b профилирующие боковые стороны имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABCDE выполнены выступы длиной L_f для формирования фланкирующего участка профиля.

На фиг. 2. c приведена 25-ти гранная пластина, полученная из исходного 10-ти гранного профиля aAbBcCdDeE, у которого касательные к диаметру d_b профилирующие боковые стороны имеют уменьшенную длину L_b, а у вершин ABCDE, на выступах длиной L_f, формирующих фланкирующие участки профиля, выполнены лыски длиной L_o, касательные к окружности диаметра d_o.

На фиг. 2.d,e,f показаны предыдущие пластины, отличающиеся тем, что на лысках L_o выполнены дуговые или линейные, или комбинированные линейно-дуговые выемки, соответствующие форме сопрягаемых с ними пластин.

Новая длина L_b режущих кромок и L_o лысок, диаметры окружностей d_b и d_o пластин жестко связаны с параметрами профиля их исходных геометрических фигур и профилем зуба червячного зуборезного инструмента, но составляют ноу хау данного изобретения.

На фиг. 3.a показана пластина, у которой исходный квадратный профиль abcd, с диаметром вписанной окружности d_b, имеет стороны L_b, дополненные с двух противоположных вершин выступами для формирования фланкирующего участка профиля, каждый из которых имеет две режущие кромки длиной L_f и углом наклона к исходной стороне квадрата ϕ_f = α_f-α₀, где α_f - угол профиля фланка.

На фиг. 3. b показано новое исполнение предыдущей пластины, у которой профилирующие боковые стороны, касательные к диаметру d_b, имеют уменьшенную длину L_b, а на выступах длиной L_f, формирующих фланкирующий участок профиля, у вершин ac выполнены лыски длиной L_o, касательные к окружности диаметра d_o.

На фиг. 3. c,d показано новое исполнение предыдущих пластин, у которых квадрат заменен ромбом abcd, а фланкирующие выступы могут быть выполнены либо у тупых, либо у острых углов ромба.

На фиг. 4. a показана пластина, имеющая исходный шестиугольный профиль aBcbEf, боковые стороны L_b, диаметр вписанной окружности d_b и углы профиля α₀, у которой на вершинных участках L_a боковые стороны выполнены сопрягающимися по дуге окружности радиуса r_a = L_a/(2cos α₀).

На фиг. 4. b показано новое исполнение предыдущей пластины, у которой вершинный дуговой участок выполнен выступающим от боковых сторон на величину n, равную припуску на чистовую обработку. Сопряжение дугового участка с боковыми режущими кромками может быть выполнено с впадиной 1, или по касательной 2 под углом α_a, равным углу профиля выступающего участка на головке зуба чернового червячного зуборезного инструмента.

На фиг. 5.a показана шестигранная пластина, у которой на основаниях af и cd выполнены выемки дуговой или линейной или комбинированной линейно-дуговой формы, соответствующей форме контактирующих поверхностей сопрягаемых с ними пластин, а у вершин BE с углами профиля

могут быть выполнены лыски L_o.

На фиг. 5.b показано новое исполнение предыдущей пластины, у которой на вершинах BE боковых сторон выполнены фланкирующие участки длиной L_f, выступающие под углами α_f, которые также могут иметь лыски L_o.

Длина L_b режущих кромок, лысок L_o, фланков L_f, радиус r_a, диаметры d_b и d_o вписанных окружностей жестко связаны с параметрами геометрической фигуры исходного профиля пластин и адекватного ему участка профиля зуба червячного зуборезного инструмента, но составляет ноу хау данного изобретения.

На фиг. 6-7 показаны варианты элементов крепления пластин, выполненные на их основании и на верхней поверхности.

На фиг. 6. a показаны пластина 1 диаметра d и толщины s, у которой на основании 2 и на верхней поверхности 3 выполнены впадины 4, 5, 6, связанные с осью ее вращения, например - геометрической осью профиля пластины в плане. Впадины могут иметь форму сферы или полушарий диаметра d_b, или овалов, или сегментов, или конусов диаметра d_b в плане, или пирамиды. Наличие впадин обеспечивает функции базирующего и крепежного элементов, заменяющих отверстия для ввода стержня у известных пластин.

На фиг. 6.b показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что впадины 4-6 выполнены только на основании 2, что упрощает ее конструкцию и технологию изготовления.

На фиг. 6.c показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что впадины 4-6 выполнены только на верхней поверхности 3, что упрощает ее конструкцию и технологию изготовления.

На фиг. 6.d показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что впадины 4-6 выполнены на основании 2, а на верхней поверхности 3 выполнены выступы 7-9 для повышения надежности крепления.

На фиг. 6.e показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что выступы 7-9 выполнены на основании 2, а на верхней поверхности 3 выполнены впадины 4-6 для повышения надежности крепления.

На фиг. 7.a показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, у которой впадины 4-6 на основании 2 и на верхней поверхности 3 для лучшей полноты базирования и надежности крепления выполнены с двух сторон относительно центральной оси. Для пластин, имеющих возможность более двух переустановок на зубе фрезы, впадины могут быть связаны с ее вершинами либо сторонами, а количество впадин может быть увеличено до количества вершин или сторон.

На фиг. 7.b показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что на основании 2 и на верхней поверхности 3 с двух сторон выполнены выступы 7-9, а их количество может быть увеличено до количества связанных с ними сторон или вершин.

На фиг. 7.c показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что на основании 2 выполнены впадины 4-6, а на верхней поверхности 3 выполнены выступы 7-9.

На фиг. 7.d показан новый вариант исполнения пластины 1 диаметра d и толщины s, отличающийся от предыдущего тем, что на основании 2 выполнены выступы 7-9, а на верхней поверхности 3 выполнены впадины 4-6.

Чередование впадин 4-6 и выступов 7-9 на основании 2 и на верхней поверхности 3 может быть выполнено в шахматном порядке, пример такого исполнения показан на фиг. 7.e. Всего возможны 81 комбинация, приведенные в табл. 1, из них 5 вариантов исполнений NN: 81, 41, 77, 44, 53, соответствуют пластинам, показанным на фиг. 7.a-e.

Пример исполнения по варианту N 53: ОЛ+, ОП-, ВЛ-, ВП+ означает, что на основании пластины - слева выступ, справа впадина, а на верхней стороне - слева впадина, справа выступ (фиг. 7.e). Аналогично раскрываются остальные 80 вариантов исполнений табл. 1.

Лучшие исполнения, раскрывающие данное изобретение
1. Для чистовых фрез, нарезающих зубчатые колеса по предварительно обработанной впадине, модуля m = 5,5 мм, шириной зуба на делительной прямой S_d = 8,81 мм, высотой зуба h_o = 11,55 мм, головки h_aO = 6,05 мм, примеры конкретного исполнения пластин приведены в табл. 2.

2. У фрез с профилем под шевер, нарезающих зубчатые колеса модуля m = 5,5 мм, шириной зуба на делительной прямой S_d = 8,7 мм, высотой зуба h_o = 14,3 мм, головки h_aO = 7,42 мм, высотой подрезания ножки h_y = 2,7 мм, головки h₁ = 11,7 мм, припуском n = 0,1 мм, примеры конкретного исполнения пластин приведены в табл. 3.

3. Конкретные исполнения выступов разработаны для варианта пластины круглой формы ГОСТ 19072-80, исполнения 12224-4, с наружным диаметром d = 12,700 мм и толщиной s = 3,18 мм, где вместо отверстия диаметра d₁ = 5,16 мм выполнены полукруглые впадины на основании и верхней поверхности того же диаметра d_b = 5,16 мм.

Совокупность приведенных признаков полностью характеризует предложенные элементы профиля и крепления пластин, что соответствует критерию техническое решение. Их исполнение ранее не известно из базового уровня техники, что соответствует критерию новизна, и не вытекает из них автоматически, явным образом, что соответствует критерию неочевидности. Их реализация возможна в современных условиях реального производства, поскольку они отличаются от базовых исполнений лишь формой, расположением и параметрами боковых режущих кромок и элементов крепления пластин, что соответствует критерию промышленной применимости. При этом обеспечивается положительный эффект, заключающийся в возможности оснащения зубьев червячных зуборезных инструментов пластинами с увеличенным количеством режущих кромок, лучшими вариантами базирования и крепления, что увеличивает их долговечность и повышает другие технико-экономические показатели их изготовления и эксплуатации. Следовательно, предлагаемые технические решения обладают всеми признаками изобретений, последовательно развивающих предыдущие варианты.

Экономический эффект от применения предлагаемых пластин заключается в возможности оснащения ими червячных зуборезных инструментов, поэтому возникает за счет повышения стойкости, точности и других технико-экономических характеристик их изготовления и эксплуатации. При этом затраты на изготовление увеличиваются в 2,5-3 раза, однако при повышении стойкость T_н = 4-5T_c, повторном применении корпуса и исключении затрат на переточки, они многократно перекрываются. При средней стоимости базовой фрезы около 500 долларов США, экономический эффект на одну фрезу составит:
Э = С(Т_н - 2,5-3T_c) = 500(4-5 - 2,5-3•1) = 500-1250 $.

При годовой потребности страны в подобных фрезах до 2 тыс. штук, экономический эффект составит: 1,0-2,5 млн. $, что подтверждает целесообразность их применения.

Для пластин с предлагаемыми крепежными элементами, выполненными на основании и верхней поверхности, базовые условия изготовления сохраняются, поэтому пресс-формы и себестоимость их производства адекватны базовым, а при оснащении пластинами червячных зуборезных инструментов конструкция элементов крепления упрощается, что обеспечивает положительный экономический эффект около 2-3 $ на штуку. При годовой потребности их в 200 тыс. шт., экономический эффект составит 400...600 тыс.$, что подтверждает целесообразность их применения.

В настоящее время разработаны экспериментальные конструкции пластины, которые будут изготовлены и апробированы в 1998 в институте сверхтвердых материалов НАН Украины и при изготовлении червячных зуборезных инструментов на АО "Херсонские комбайны".

Совокупность приведенных данных подтверждает целесообразность широкого применения предлагаемых пластин.

Пластина предназначена для червячных зуборезных инструментов и выполняется из твердого сплава или сверхтвердых материалов. На боковых сторонах пластины выполнены модифицированные участки, изменяющие геометрический профиль исходной фигуры пластины до профиля зуба червячного инструмента, выбранного на участке, адекватном параметрам пластины. Углы геометрического профиля исходной фигуры для чередующихся вершин пластины выбраны по приведенным формулам. На вершинах пластины через одну выполнены лыски, а боковые стороны геометрического профиля исходной фигуры уменьшены на длину, отсекаемую лысками. Форма пластины позволяет оснастить червячные зуборезные инструменты, повысить их стойкость. 26 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Сменная режущая пластина с неперетачиваемыми режущими кромками, предназначенная для оснащения зубьев червячных зуборезных инструментов, на боковых сторонах которой выполнены модифицированные участки, изменяющие геометрический профиль исходной фигуры пластины до профиля зуба червячного инструмента, выбранного на участке, адекватном параметрам пластины, отличающаяся тем, что углы геометрического профиля исходной фигуры для чередующихся вершин пластины выбраны по формулам


где n - число сторон геометрического профиля исходной фигуры;
α_o - угол профиля зуба червячного зуборезного инструмента,
при этом на вершинах с углами ϕ_н выполнены лыски, а боковые стороны геометрического профиля исходной фигуры уменьшены на длину, отсекаемую лысками. 2. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что геометрический профиль исходной фигуры выполнен шестигранным. 3. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что геометрический профиль исходной фигуры выполнен восьмигранным. 4. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что геометрический профиль исходной фигуры выполнен десятигранным. 5. Пластина по п.4, отличающаяся тем, что на вершинах с углами ϕ_н исходной фигуры выполнены дополнительные режущие кромки, формирующие фланкирующие участки профиля зуба червячного зуборезного инструмента. 6. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что геометрический профиль исходной фигуры выполнен в виде квадрата, который дополнен на двух противоположных вершинах выступами, формирующими фланкирующий участок профиля зуба червячного зуборезного инструмента. 7. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что геометрический профиль исходной фигуры выполнен в виде ромба. 8. Пластина по п.7, отличающаяся тем, что на острых или тупых углах ромба выполнены выступы, формирующие фланкирующий участок профиля зуба червячного зуборезного инструмента. 9. Пластина по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что на вершинах фланкирующего участка профиля выполнены лыски, при этом длина остальных режущих кромок уменьшена адекватно указанным лыскам. 10. Пластина по любому из пп.1 - 4 или 9, отличающаяся тем, что на лысках выполнены дуговые, либо линейные, либо комбинированные линейно-дуговые выемки, соответствующие форме контактирующих поверхностей сопрягаемых с ними пластин. 11. Пластина по п.10, отличающаяся тем, что упомянутые выемки расположены на верхнем и нижнем основаниях геометрического профиля исходной шестигранной фигуры. 12. Пластина по п. 2, отличающаяся тем, что боковые стороны геометрического профиля ее шестигранной исходной фигуры сопряжены у вершин по общей дуге окружности. 13. Пластина по п.12, отличающаяся тем, что дуговой участок на боковых сторонах выполнен выступающим на величину припуска на чистовую обработку. 14. Пластина по п.13, отличающаяся тем, что сопряжение дугового участка с боковыми режущими кромками выполнено по касательной, имеющей угол α_a, равный углу профиля выступающего участка на головке зуба чернового червячного зуборезного инструмента. 15. Пластина по любому из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что в ее геометрическом центре на основании и на верхней поверхности выполнена по крайней мере одна впадина в форме полусферы, или овала, или конуса, или пирамиды. 16. Пластина по п.15, отличающаяся тем, что впадина расположена на ее основании. 17. Пластина по п.15, отличающаяся тем, что впадина расположена на ее верхней поверхности. 18. Пластина по любому из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что в ее геометрическом центре на основании и на верхней поверхности выполнены впадина или выступ в форме полусферы, или овала, или конуса, или пирамиды. 19. Пластина по п.18, отличающаяся тем, что выступ расположен на основании, а впадина - на верхней поверхности. 20. Пластина по п.18, отличающаяся тем, что выступ расположен на верхней поверхности, а впадина - на основании. 21. Пластина по любому из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что на ее основании и/или верхней поверхности выполнены впадины в форме полусферы, или овала, или конуса, или пирамиды, расположенные с двух сторон относительно геометрического центра пластины. 22. Пластина по любому из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что на ее основании и/или верхней поверхности выполнены выступы в форме полусферы, или овала, или конуса, или пирамиды, расположенные с двух сторон относительно геометрического центра пластины. 23. Пластина по любому из пп.1 - 14, отличающаяся тем, что на ее основании или верхней поверхности выполнены либо впадины по п.21, либо выступы по п.22. 24. Пластина по п.23, отличающаяся тем, что выступы расположены на верхней поверхности, а впадины - на основании. 25. Пластина по п.23, отличающаяся тем, что выступы расположены на основании, а впадины - на верхней поверхности. 26. Пластина по п.23, отличающаяся тем, что впадины и выступы на верхней поверхности и на основании расположены в шахматном порядке. 27. Пластина по любому из пп.21 - 25, отличающаяся тем, что впадины и выступы на верхней поверхности и на основании расположены у вершин или у боковых сторон, а их количество выбрано соответствующим числу вершин или боковых сторон.