ДЕМПФИРУЮЩИЙ РЕЗЕЦ Российский патент 2012 года по МПК B23B27/00 

Изобретение относится к процессам резания и может быть использовано при механической обработке конструкционных материалов.

Известен резец для чистовой обработки, содержащий державку, в которой расположена режущая пластина и узел ее крепления, вставку из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе с овальным выступом со стороны узла крепления, размещенную в выборке державки, и датчик силы (а.с. СССР №1620212, кл. B23B 27/00, 1991 г., бюл. №2).

Недостатками являются: низкая надежность процесса резания и качество обработки, так как при больших силах резания происходит деформация выступающей части державки, ослабленной выборкой в ней, а также из-за того, что режущая пластина и узел ее крепления расположены непосредственно в державке, жестко закрепленной в резцедержателе, что приводит к малому демпфированию возникающих в процессе резания колебаний вставкой из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе, размещенной в выборке внутри державки.

Известен резец, содержащий державку, в которой расположены режущая пластина и узел ее крепления, и вставку из материала с высоким демпфированием, размещенную в выборке державки, резец снабжен подвижным упором, размещенным в опорной части, выполненной на державке и имеющей выборку, при этом продольная ось упора параллельна продольной оси резца, а в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки выполнен упругий шарнир, причем на вставке выполнен выступ, размещенный в выборке опорной части (патент РФ №2009768, МПК⁵ B23B 27/00, 1994 г.).

Резец имеет следующие недостатки:

1. Низкая надежность устойчивого процесса резания, связанная с тем, что подвижный упор посредством резьбового соединения размещен в опорной части, выполненной на державке, и при силовом замыкании его с резцедержателем возникают ударные нагрузки при вибрациях контактируемых металлических частей упора и резцедержателя, причем наличие зазоров в кинематической паре резьбового соединения упора и державки увеличивает вибрации, следовательно, и ударные нагрузки, а выступ на вставке, размещенный в выборке опорной части и охватывающий упор только по периметру, незначительно ослабляет колебания вдоль осей упора и державки.

2. Низкое качество обработки из-за неэффективности демпфирования возникающих в процессе резания вибраций, так как державка с режущей пластиной и узлом ее крепления жестко установлена в резцедержателе, а вставка из материала с высоким демпфированием размещена в выборке внутри державки, то есть происходит постоянный контакт металлических поверхностей державки и резцедержателя, кроме того, не виброизолированы подвижный упор и державка.

3. Сложность конструкции резца из-за наличия опорной части державки с выборкой, подвижного упора и упругого шарнира в месте сопряжения опорной части с опорной плоскостью державки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности устойчивого процесса резания и качества обработки, а также упрощение конструкции резца.

Технический результат по повышению надежности устойчивого процесса резания и качества обработки, а также упрощению конструкции резца достигается тем, что в демпфирующем резце, содержащем режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала с высоким демпфированием, выборка выполнена равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в изготовленном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены вставкой из материала с высоким демпфированием, а державка установлена без возможности контактирования со стаканом.

На фиг.1 представлен общий вид резца, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Режущая пластина 1 закреплена узлом ее крепления 2 в державке 3, имеющей выборку, выполненную равномерно по периметру конца державки 3 на длине L от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1. Конец державки 3 с выборкой размещен в изготовленном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане 4 с одинаковыми зазорами t по его основанию и стенкам, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а державка 3 установлена без возможности контактирования со стаканом 4.

Державку 3 с жестко фиксированной на одном конце при помощи узла крепления 2 режущей пластиной 1 другим концом с выборкой, выполненной равномерно по его периметру на длине L державки 3 от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1, размещают в изготовленном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане 4 с одинаковым зазорами t по его основанию и стенками. Зазоры t заполняют (например, заливают) высоконаполненным композиционным материалом на полимерной основе. Возможно и размещение державки 3 концом с выборкой в уже заполненный композиционным материалов на полимерной основе стакан 4 с обеспечением одинаковых зазоров t. После полимеризации и отвердевания высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе между стаканом 4 и державкой 3 образуется вставка 5 из материала с высоким демпфированием, при этом державка 3 должна быть установлена без возможности контактирования со стаканом 4, что обеспечивают выбором необходимой его высоты.

Стакан 4 с расположенным внутри него во вставке 5 из материала с высоким демпфированием концом державки 3 с выборкой и жестко фиксированной механизмом крепления 2 на другом конце державки 3 режущей пластиной 1 закрепляют в резцедержателе (не показан). Размер выборки по периметру конца державки 3, величину зазоров t и толщину стенок стакана 4 назначают таким образом, чтобы стакан можно было разместить в резцедержателе. Если габариты поперечного сечения державки невелики, то допустимо не выполнять выборку по периметру одного конца державки 3, а размещать конец державки 3 непосредственно в стакане 4 с одинаковыми зазорами t по его основанию и стенкам с заполнением зазоров вставкой 5 из материала с высоким демпфированием.

Процесс обработки конструкционного материала демпфирующим резцом осуществляют следующим образом.

При взаимодействии режущей пластины 1 с материалом изделия возникает сила резания, стремящаяся изогнуть державку 3 и переместить ее во вставке 5, расположенной в зазорах t между стаканом 4 и державкой 3. В свою очередь вставка 5 из материала с высоким демпфированием воздействует на конец державки 3, размещенный в стакане 4, восстанавливающей силой, силой сопротивления и моментом сопротивления, причем силы вставки 5 направлены в противоположную сторону от силы резания, а момент сопротивления противоположен изгибающему моменту. Восстанавливающая сила пропорциональна величине линейного перемещения, а момент сопротивления - углу поворота державки 3. Сила сопротивления пропорциональна второй или высшей степени скорости перемещения державки 3, так как материал вставки 5 обладает свойством высокого демпфирования. Таким образом, результирующие усилия, воспринимаемые державкой 3, равны разностям силы резания и суммы сил восстанавливающей и сопротивления, а также изгибающего момента и момента сопротивления материала вставки 5. Результирующие усилия можно минимизировать подбором жесткости материала с высоким демпфированием вставки 5. Следовательно, отпадает необходимость дополнительных конструктивных разработок по увеличению жесткости и прочности державки 3.

Так как державка 3 без возможности контактирования со стаканом 4 размещена во вставке 5, заполняющей зазоры t между основанием, стенками стакана 4 и державкой 3, то происходит высокоэффективное демпфирование продольных и поперечных вибраций и ударных нагрузок, возникающих в процессе резания, тем самым обеспечивается высокая надежность устойчивого процесса резания и качество обрабатываемой поверхности изделия как в токарных, так и строгальных технологических операциях.

Оригинальностью предложенного демпфирующего резца является то, что выборка выполнена равномерно по периметру конца державки 3 на длине L от ее торца до выступающей части с режущей пластиной 1, конец державки 3 с выборкой размещен в изготовленном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане 4 с одинаковыми зазорами t по его основанию и стенками, при этом зазоры t заполнены вставкой 5 из материала с высоким демпфированием, а державка 3 установлена без возможности контактирования со стаканом 4. Это позволяет:

1. Повысить надежность устойчивого процесса резания за счет возможности минимизации воспринимаемых державкой сил резания путем подбора жесткости материала с высоким демпфированием вставки.

2. Повысить качество обработки изделий, так как державка без возможности контактирования со стаканом размещена во вставке, заполняющей зазоры между основанием, стенками стакана и державкой, поэтому происходит высокоэффективное демпфирование продольных и поперечных вибраций и ударных нагрузок, возникающих в процессе резания.

3. Упростить конструкцию резца из-за отсутствия необходимости дополнительных разработок по увеличению жесткости и прочности державки.

Таким образом, предлагаемый демпфирующий резец позволяет достичь технического результата по повышению надежности устойчивого процесса резания и качеству обработки, а также упрощению конструкции резца.

Резец содержит режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала, обладающего свойством высокого демпфирования. Для повышения качества обработки выборка выполнена равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной. Конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены материалом упомянутой вставки, а державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом. 2 ил.

Демпфирующий резец, содержащий режущую пластину с узлом ее крепления в державке, имеющей выборку, и вставку из материала, обладающего свойством высокого демпфирования, отличающийся тем, что выборка выполнена равномерно по периметру конца державки на длине от ее торца до выступающей части с режущей пластиной, конец державки с выборкой размещен в выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда металлическом стакане с одинаковыми зазорами по его основанию и стенкам, при этом зазоры заполнены материалом упомянутой вставки, а державка установлена без возможности контактирования с упомянутым стаканом.