РЕЖУЩАЯ МНОГОГРАННАЯ ПЛАСТИНА Российский патент 2014 года по МПК B23B27/16 

Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к резцам со вставными режущими зубьями.

Известна сменная многогранная пластина, имеющая в статике «негативную» геометрию, т.е. передний и задний угол равный 0° (Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В. Кирсанова. - 3-е изд. М.: Машиностроение, 2007. - 528 с: ил. - стр.43).

Недостатком такой пластины является ограниченность обеспечения оптимальной геометрии режущей части, что обусловлено заданной формой пластины, приводящей к тому, что для обеспечения необходимого заднего угла между режущей пластиной и заготовкой при закреплении пластины в корпусе инструмента она должна быть установлена с отрицательным передним углом, значение которого определяется значением заднего угла. Однако отрицательный передний угол может быть недостатком, например, установлено, что он снижает эффективность обработки труднообрабатываемых материалов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является режущая многогранная пластина, выполненная с рабочей, опорной и боковой поверхностями, в которой боковые поверхности в поперечном сечении образованы двумя пересекающимися линиями, а точка пересечения линий расположена от опорной поверхности на расстоянии 0,5s, где s - толщина пластины (GB 1113475, В23В 27/00, 1968).

Недостатком такой пластины является небольшая номенклатура обрабатываемых изделий, что связано с тем, что определенному материалу обрабатываемого изделия соответсвует определенное значение заднего угла, а значения задних углов в известной пластине на участках боковой поверхности, смежных с рабочей и опорной поверхностью, совпадают.

Технический результат, на решение которого направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении такой конструкции пластины, при которой нормальные задние углы на рабочем и опорном основании пластины различные по величине, что приводит к увеличению номенклатуры материала обрабатываемого изделия.

Данный технический результат достигается посредством того, что режущей многогранной пластине, выполненной с рабочим и опорным основаниями и боковой поверхностью, образованной двумя пересекающимися линиями, согласно изобретению указанные линии пересекаются в точке, расположенной от опорного основания пластины на расстоянии а в диапазоне 0,1s≤а<0,5s и от торца пластины на расстоянии b в диапазоне 0,1s≤b≤s, где s - толщина пластины, при этом линии выполнены в виде дуг окружностей с кривизной K₁ и К₂ соответственно, которые определяются по формулам:

$$K_1=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{a}{b}-{\alpha }_1+{90}^{\circ })}{\sqrt{a^2+b^2}},$$

$$K_2=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{s-a}{b}-{\alpha }_2+{90}^{\circ })}{\sqrt{{(s-a)}^2+b^2}},$$

где α₁ и α₂ - нормальные задние углы у рабочего и опорного основания соответственно находятся в диапазоне 0°<α₁≤60°, 0°<α₂≤60°,

а отношение большего нормального заднего угла к меньшему нормальному заднему углу находится в диапазоне от 1 до 90.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан вид в перспективе на режущую многогранную пластину, например, квадратной формы, в соответствии с настоящим изобретением,

- на фиг.2 показан вид в плане в направлении стрелки А,

- на фиг.3 показан вид пластины в направлении стрелки В,

- на фиг.4 частично показано сечение С-С пластины, когда кривизна линий, образующих в поперечном сечении боковую поверхность пластины соответственно составляет K₁<0 и К₂<0;

- на фиг.5 частично показано сечение С-С пластины, когда кривизна линий, образующих в поперечном сечении боковую поверхность пластины, соответственно составляет K₁<0 и К₂>0;

- на фиг.6 показано крепление заявленной пластины в корпусе резца прихватом сверху,

- на фиг.7 частично показано сечение резца D-D.

Заявленное изобретение содержит:

1 - режущую многогранную пластину;

2 - рабочее основание пластины;

3 - опорное основание пластины;

4 - боковую поверхность пластины;

5, 6 - линии, образующие в поперечном сечении боковую поверхность пластины;

7 - точка пересечения линий, образующих в поперечном сечении боковую поверхность пластины;

8 - корпус резца,

9 - резец.

Режущая многогранная пластина 1 выполнена с рабочим основанием 2, опорным основанием 3 и боковой поверхностью 4. Боковая поверхность 4 в поперечном сечении образована двумя линиями 5 и 6, пересекающимися в точке 7. Точка 7 расположена от опорного основания 3 пластины 1 на расстоянии а в диапазоне 0,1s≤а<0,5s, где s - толщина пластины 1 и от торца пластины 1 на расстоянии b в диапазоне 0,1s≤b≤s. Линии 5 и 6 выполнены в виде дуг окружностей с кривизной K₁ и К₂ соответственно, которые определяются по формулам:

$$K_1=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{a}{b}-{\alpha }_1+{90}^{\circ })}{\sqrt{a^2+b^2}},$$

$$K_2=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{s-a}{b}-{\alpha }_2+{90}^{\circ })}{\sqrt{{(s-a)}^2+b^2}},$$

где α₁ и α₂ - нормальные задние углы у рабочего и опорного основания соответственно находятся в диапазоне 0°<α₁≤60°, 0°<α₂≤60°,

знак «+» соответствует выпуклой форме линии, знак «-» соответствует вогнутой форме линии, сочетание формы линий может быть выпуклая и выпуклая, вогнутая и вогнутая, выпуклая и вогнутая. Выбор формы линий, образующих боковую поверхность обусловлен обрабатываемым материалом. При одном и том же нормальном заднем угле у основания пластины задняя поверхность с выпуклой образующей линией образует более массивный режущий клин, чем задняя поверхность с вогнутой образующей линией, поэтому выпуклая форма задней поверхности может быть рекомендована для тяжелых условий резания. С другой стороны, вогнутая форма задней поверхности способствует более быстрому износу инструмента, т.к. площадка контакта вогнутой задней поверхности с обрабатываемой заготовкой меньше, чем площадка контакта выпуклой задней поверхности, что приводит к более интенсивному ее истиранию.

Отношение большего нормального заднего угла к меньшему нормальному заднему углу находится в диапазоне от 1 до 90.

Форма оснований 2 и 3 пластины может быть произвольной.

Пластина 1 может быть выполнена со сквозным отверстием или без него.

На производственной площадке ГОУ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» прошли испытания предложенной конструкции, а именно режущей многогранной пластины квадратной формы с размером стороны квадрата 12,7 мм и толщиной s=4,76 мм, закрепляющейся в корпусе 8 резца 9, предназначенного для обработки деталей из углеродистой стали и из серого чугуна.

Боковая поверхность 4 имела профиль, показанный на фиг.4, т.е. образуемый дугами окружностей 5 и 6 с кривизной K₁=-0,583 и К₂=-0,39. Выбор формы линий, образующих боковую поверхность обусловлен обрабатываемым материалом. Точка 7 пересечения линий 5 и 6 располагалась от опорной поверхности 3 на расстоянии a=0.4s=1,904 мм и от торца пластины на расстоянии b=0,3s=1,428 мм. Значения задних углов, образуемых участками боковой поверхности 4, смежными с опорной поверхностью 3 и с рабочей поверхностью 2, составляли соответственно α₁=7° и α₂=12°. При установке пластины 1 в корпусе 8 резца 9, когда пластина 1 базировалась по поверхности 3, рабочая поверхность 2 функционально являлась передней поверхностью, задней поверхностью функционально являлся участок боковой поверхности 4, образованный линией 5, задний угол составлял α₁=7°. При этом резец 9 обрабатывал деталь из серого чугуна. При установке пластины 1 в корпусе 8 резца 9, когда пластина 1 базировалась по поверхности 2, опорная поверхность 3 функционально являлась передней поверхностью, задней поверхностью функционально являлся участок боковой поверхности 4, образованный линией 6, задний угол составлял α₁=12°. При этом резец 9 обрабатывал деталь из углеродистой стали.

Смещение точки 7 пересечения линий 5 и 6 относительно середины толщины пластины 1 и оформление линий 5 и 6 в виде дуг окружностей с указанной кривизной давало возможность получить различные значения задних углов α₁ и α₂, образуемых боковой поверхностью 3, а также различную форму режущего клина.

Таким образом, форма боковой поверхности 4, функционально являющейся задней поверхностью при установке пластины 1 в корпусе 8 резца 9 и обусловленная указанной геометрией поперечного сечения боковой поверхности 4, приводит к тому, что пластина 1 обладает двумя различными нормальными задними углами, соотношение между которыми равно 1,71, что увеличивает номенклатуру материалов обрабатываемых изделий.

Ниже представлена Таблица 1, которая подтверждает существенность заявленных в формуле изобретения интервалов.

Таблица 1 Расстояние от точки пересечения
линий
профиля боковой поверхности до опорной поверхности «а» Расстояние от точки пересечения
линий
профиля боковой поверхности до торца пластины «b» Нормальный задний угол
у рабочего основания
пластины α₁ Нормальный задний угол у опорного основания
пластины α₂ Отношение большего нормального заднего угла к
меньшему нормальному заднему углу у оснований пластины Решаемая задача 0,05s 0,05s 0° 0° 0,8 Уменьшение отношения нормальных задних углов приводит к тому, что разница между задними углами уменьшается, что приводит к уменьшению номенклатуры материалов обрабатываемых изделий. Уменьшение «а» приводит к ослаблению режущего клина на одном из оснований пластины, что может привести к поломке пластины. Уменьшение «b» приводит к образованию слишком малого нормального заднего угла на одном из оснований пластины, что ухудшает условия резания и вызывает повышенный износ. 0,1s 0,1s 15° 15° 1 Увеличение номенклатуры материалов обрабатываемых изделий. 0,2s 0,35s 30° 30° 30 Увеличение номенклатуры материалов обрабатываемых изделий. 0,3s 0,7s 45° 45° 60 Увеличение номенклатуры материалов обрабатываемых изделий. 0,49s s 60° 60° 90 Увеличение номенклатуры материалов обрабатываемых изделий. 0,51s 1,1s 65° 65° 95 Увеличение отношения задних углов приводит к тому, что интервал между ними увеличивается, что приводит к тому, что пластина не сможет обрабатывать в оптимальном режиме заготовку, материалу
которой соответствует задний угол, значение которого лежит между значениями α₁ и α₂. При достижении
а=0.5 режущие клины на опорной и рабочей поверхности получают симметричную форму с равными задними углами, что приводит к уменьшению номенклатуры
материалов обрабатываемых изделий. Увеличение «b» приводит к ослаблению режущего клина. Увеличение задних углов α₁ и α₂ приводит к ослаблению режущего клина, что может привести к поломке пластины.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, не известной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном изобретении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области машиностроения, относится к обработке металлов резанием, в частности к концевым фрезам или резцам со вставными режущими зубьями;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Режущая многогранная пластина выполнена с рабочим и опорным основаниями и боковой поверхностью, образованной в поперечном сечении двумя пересекающимися линиями. Для расширения технологических возможностей указанные линии пересекаются в точке, расположенной от опорного основания пластины на расстоянии а в диапазоне 0,1s≤а<0,5s и от торца пластины на расстоянии b в диапазоне 0,1s≤b≤s, где s - толщина пластины, при этом линии выполнены в виде дуг окружностей с кривизной K₁ и К₂ соответственно, которые определены по приведенным формулам. 7 ил.

Режущая многогранная пластина, выполненная с рабочим и опорным основаниями и боковой поверхностью, образованной в поперечном сечении двумя пересекающимися линиями, отличающаяся тем, что указанные линии пересекаются в точке, расположенной от опорного основания пластины на расстоянии а в диапазоне 0,1s≤а<0,5s и от торца пластины на расстоянии b в диапазоне 0,1s≤b≤s, где s - толщина пластины, при этом линии выполнены в виде дуг окружностей с кривизной K₁ и К₂ соответственно, которые определены по формулам:
$$K_1=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{a}{b}-{\alpha }_1+{90}^{\circ })}{\sqrt{a^2+b^2}}$$
и
$$K_2=\pm \frac{2\sin (arctg\frac{s-a}{b}-{\alpha }_2+{90}^{\circ })}{\sqrt{{(s-a)}^2+b^2}}$$ ,
где α₁ и α₂ - нормальные задние углы у рабочего и опорного основания в диапазоне 0°<α₁≤60° и 0°<α₂≤60°соответственно,
а отношение большего нормального заднего угла к меньшему нормальному заднему углу выбрано из диапазона от 1 до 90.