Режущая пластина для установки на инструмент с большим осевым передним углом резания Российский патент 2018 года по МПК B23C5/20 

Область техники.

Настоящее изобретение относится к устройствам, используемым в процессе обработки материалов резанием, в частности, к режущим пластинам, используемым в режущем инструменте с большим осевым передним углом резания, применяемом для обработки изделий из титана и его сплавов,

Уровень техники.

Известны вращающиеся режущие инструменты, имеющие рабочую часть с гнездами, в которых установлены режущие пластины и механически закреплены, например, с помощью винтов. При использовании такого режущего инструмента, в частности для обработки изделий из титановых сплавов, возникает необходимость в установке режущих пластин с большим осевым передним углом резания.

Увеличение осевого переднего угла резания обеспечивает уменьшение сил резания, снижение вибраций и уменьшение нагрузки на станок, а также способствует увеличению стойкости режущего инструмента. Достичь указанного технического результата возможно за счет установки режущих пластин в гнездах корпусов фрез с большим осевым углом резания и использования при этом режущих пластин с большими углами наклона главных режущих кромок к их базовым поверхностям.

Для надежного закрепления режущих пластин используют специальную форму их боковых базовых поверхностей и крепежные винты большого диаметра. При этом в режущих пластинах выполняют отверстия большого диаметра для их закрепления, что с одной стороны снижает механическую прочность режущих пластин, а с другой стороны ухудшает условия схода стружки, особенно при приближении крепежных отверстий к главным режущим кромкам.

Известна конструкция режущей пластины для установки ее в гнезда корпуса фрезы с большим передним осевым углом резания, раскрытая в патенте РФ на полезную модель №148626. При этом режущая пластина имеет твердосплавную основу и содержит верхнюю рабочую и нижнюю базовую поверхности, через которые проходят отверстие. Между ними расположена боковая поверхность. Она примыкает под задним углом к верхней рабочей поверхности с образованием главных режущих кромок и состоит из соединенных вместе боковых граней, включающих последовательно чередующиеся первые и вторые боковые поверхности, ширины которых в противоположных направлениях имеют одна относительно другой разную величину и разный задний угол. Первые и вторые боковые поверхности выполнены базовыми. Первая боковая поверхность, расположена под первым острым углом к нижней базовой поверхности, а вторая боковая поверхность расположена под вторым острым углом к нижней базовой поверхности и имеет третий острый угол наклона к главной режущей кромке.. Сопряжение между первой боковой поверхностью и второй боковой поверхностью проходит по линии, проходящей под четвертым острым углом к диагонали соответствующей боковой грани в направлении к главной режущей кромке.

У этой режущей пластины в зоне приближения к режущим кромкам возвышения, выполненного на верхней рабочей поверхности, через которое проходит фиксирующее отверстие, с одной стороны затруднен сход стружки, а с другой - уменьшена ее механическая прочность. Это может приводить к снижению работоспособности и стойкости режущих пластин.

Предлагаемое изобретение направлено на создание усовершенствованной конструкции режущей пластины с повышенной механической прочностью режущего клина и оптимальными условиями схода стружки в зоне фиксирующих отверстий.

Данный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения. В частности в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, передний угол резания выбран из диапазона 10…24 град., задний угол резания выбран из диапазона 6…18 град., а внутренний угол наклона боковой поверхности возвышения фиксирующего отверстия к нижней базовой поверхности выбран из диапазона 21…35 град.

Сущность изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением предложена режущая пластина для установки на инструмент с большим осевым передним углом резания, имеющая твердосплавную основу с износостойким покрытием и содержащая верхнюю рабочую поверхность с возвышением в ее центре и нижнюю базовую поверхность.

При этом, по меньшей мере, одно фиксирующее отверстие проходит через возвышение и нижнюю базовую поверхность. Между верхней рабочей и нижней базовой поверхностями расположена боковая поверхность, примыкающая под задними углами к верхней рабочей поверхности с образованием главных режущих кромок, каждая из которых содержит переднюю и заднюю поверхности.

В соответствии с предложенным изобретением в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, передний угол резания выбран в диапазоне 10…24 град., задний угол резания выбран в диапазоне 6…18 град., при этом внутренний угол наклона боковой поверхности возвышения фиксирующего отверстия к нижней базовой поверхности больше заднего угла резания и выбран в диапазоне 21…35 град.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением боковые поверхности режущей пластины включают первые и вторые боковые поверхности, наклоненные под разными углами к нижней базовой поверхности и одна относительно другой, и ширины которых в противоположных направлениях имеют разную величину.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением вершина возвышения фиксирующего отверстия в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, расположена ниже главной режущей кромки, а величина ее занижения находится в пределах 0,1…0,8 мм.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением вершина возвышения фиксирующего отверстия в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, расположена на уровне или выше главной режущей кромки.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением главные режущие кромки, направленны под острыми внутренними углами к нижней базовой поверхности с образованием на вершине режущих кромок угловых режущих кромок.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее режущие кромки имеют радиусные скругления, радиус которых выбран из диапазона 0,01…0,1 мм.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее твердосплавная основа содержит составляющие, количество которых выбрано в следующих диапазонах 9…14 вес. % Со, 0,2… 1,5 вес. % Cr₃C₂, 84,5…90,8 вес. % WC, а ее коэрцетивная сила выбрана в диапазоне 10…19 кА/м.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, содержащее один и более слоев и, по меньшей мере, один слой содержит фазу с одним из элементов V, Cr, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Si, C, N, B.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии имеет остаточные сжимающие напряжения.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из NbN.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из TiB2.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины между ее передней поверхностью и боковой поверхностью возвышения фиксирующего отверстия выполнен плавный переход.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее передняя поверхность в зоне фиксирующего отверстия выполнена вогнутой или выпуклой.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее режущие кромки имеют радиусные скругления, не равномерные по длине режущих кромок.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением у режущей пластины на верхней рабочей поверхности выполнены выступы, идущие в радиальном направлении от возвышения.

Краткое описание чертежей.

Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображена режущая пластина. При этом:

на фиг. 1 показан вид в перспективе на режущую пластину в соответствии с настоящим изобретением;

на на фиг. 2 показан вид с боку со стороны участков главной режущей кромки на режущую пластину, изображенную на фиг. 1;

на фиг. 3 показан фрагмент сечения по линии I-I режущей пластины, изображенной на фиг. 2;

на фиг. 4 показан вид в перспективе на режущую пластину, изображенную на фиг. 1, с выступами на верхней рабочей поверхности;

на фиг. 5 показан вид в перспективе торцово-цилиндрической фрезы в сборе с режущей пластиной, изображенной на фиг. 1.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Рассмотрим фиг. 1-5, где изображена режущая пластина.

В соответствии с настоящим изобретением предложенная режущая пластина 10 выполнена многогранной и индексируемой. Ее предпочтительно изготавливают путем фасонного или инжекционного прессования и спекания порошков карбидов.

Режущая пластина 10 для установки на инструмент с большим осевым передним углом резания имеет твердосплавную основу с износостойким покрытием и содержит верхнюю рабочую поверхность 12 с возвышением 14 в ее центре и нижнюю базовую поверхность 16.

По меньшей мере, одно фиксирующее отверстие 18 проходит через возвышение 14 и нижнюю базовую поверхность 16.

Между верхней рабочей 12 и нижней базовой 16 поверхностями, расположена боковая поверхность 20, примыкающая под задними углами к верхней рабочей поверхности 12 с образованием главных режущих кромок 22, каждая из которых содержит переднюю 24 и заднюю 26 поверхности.

В соответствии с предложенным изобретением для увеличения механической прочности режущего клина и улучшения условий схода стружки в зоне крепежных отверстий 18 в сечении режущей пластины 10, расположенном в плоскости, проходящей через ось 32 фиксирующего отверстия 18 перпендикулярно главной режущей кромке 22, передний угол резания γ выбран в диапазоне 10…24 град., задний угол резания α4 выбран в диапазоне 6…18 град., при этом внутренний угол наклона Ω, боковой поверхности 34 возвышения 14 фиксирующего отверстия 18 к нижней базовой поверхности 16 больше заднего угла резания и выбран в диапазоне 21…35 град.

При этом верхние пределы 24 град, переднего угла резания γ и 18 град, заднего угла резания α4 соответствуют минимальной величине угла заострения режущего клина в зоне фиксирующего отверстия 18, при котором сохраняется механическая прочность режущей, кромки и режущего клина в целом при обработке изделий из титана и его сплавов. При дальнейшем увеличении значений этих углов возможно разрушение, как режущей кромки, так и всего режущего клина.

Минимальные значения 10 град, переднего угла резания γ соответствуют нижнему пределу, при котором условия схода стружки не являются лимитирующим фактом стойкости режущих кромок, а минимальное значение 6 град, заднего угла резания α4 выбрано с учетом допустимых условий трения на задней поверхности режущего клина.

Максимальное значение внутреннего угла наклона Ω боковой поверхности возвышения 34 фиксирующего отверстия 18 к нижней базовой поверхности 16, равное 35 град., выбрано из условий обеспечения максимального пространства для схода стружки в зоне фиксирующего отверстия, где его возвышение 14 максимально приближено к участку главной режущей кромки, а минимальное значение этого угла обусловлено допустимым уменьшением пространства для схода стружки.

При этом конкретные величины переднего и заднего углов резания выбирают в указанных выше пределах в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов и схемы обработки изделий.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением режущей пластины боковые поверхности 20 включают первые 28 и вторые 30 боковые поверхности, наклоненные под разными углами α1 и α2 к нижней базовой поверхности 16 и одна относительно другой, и ширины которых в противоположных направлениях имеют разную величину.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины вершина 36 возвышения 14 фиксирующего отверстия 18 в сечении режущей пластины 10, расположенном в плоскости, проходящей через ось 32 фиксирующего отверстия 18 перпендикулярно главной режущей кромке 22, расположена ниже главной режущей кромки, а величина ее занижения А находится в пределах 0,1…0,8 мм.

При этом верхний и нижний пределы указанного диапазона величины занижения вершины возвышения фиксирующего отверстия установлены из условий, с одной стороны обеспечения механической прочности режущей пластины в зоне фиксирующего отверстия, а с другой стороны обеспечения оптимальных условий схода стружки в этой критической зоне.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины вершина 36 возвышения 14 фиксирующего отверстия 18 в сечении режущей пластины 10, расположенном в плоскости, проходящей через ось 32 фиксирующего отверстия 18 перпендикулярно главной режущей кромке 22, расположена на уровне или выше главной режущей кромки 22.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины главные режущие кромки 22, направленны под острыми внутренними углам к нижней базовой поверхности 16 с образованием на вершине режущих кромок 22 угловых режущих кромок 38.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины режущие кромки 22 имеют радиусные скругления, радиус которых выбран из диапазона 0,01…0,1 мм.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее твердосплавная основа содержит составляющие, количество которых выбрано в следующих диапазонах 9…14 вес. % Со, 0,2…1,5 вес. % Cr₃C₂, 84,5…90,8 вес.% WC, а ее коэрцетивная сила выбрана в диапазоне 10…19 кА/м.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, содержащее один и более слоев и, по меньшей мере, один слой содержит фазу с одним из элементов V, Cr, Nb,Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Si, C, N, B.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии имеет остаточные сжимающие напряжения.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из NbN.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из TiB2.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины между передней поверхностью 24 и боковой поверхностью 34 возвышения 14 фиксирующего отверстия 18 выполнен плавный переход.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее передняя поверхность 24 в зоне фиксирующего отверстия 18 выполнена вогнутой или выпуклой.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее режущие кромки 22 имеют радиусные скругления, не равномерные по длине режущих кромок.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее верхней рабочей поверхности 12 выполнены выступы 14а, идущие в радиальном направлении от возвышения 14.

Использование изобретения.

В качестве примера рассмотрим использование предпочтительного исполнения предложенной режущей пластины для торцово-цилиндрической фрезы 40 диаметром 50 мм, изображенной на фиг. 5 и содержащей корпус 42 с круговой наружной рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси вращения 44, с гнездами 46, выполненными непосредственно в корпусе 42. Режущие пластины 10 устанавливали в гнезда 46 торцово-цилиндрической фрезы 40 и закрепляли винтами 48. Испытание проводили для наиболее нагруженной режущей пластины 10, установленной на торце фрезы 40.

Используемые режущие пластины 10 с износостойким покрытием из NbN имели следующие основные размеры: главный базовый размер D1=12,7 мм, высота режущей пластины Н=4,76 мм, углы в сечении плоскостью, проходящей через ось фиксирующего отверстия, γ=10 град., α=15,3 град.; внутренний угол наклона боковой поверхности возвышения фиксирующего отверстия к нижней базовой поверхности Ω=35 град.;

Обрабатывали изделия из титанового сплава Ti 5.5.5.3 при следующих режимах резания: скорость резания Vc=24 м/мин.; глубина резания а_р=7 мм; ширина фрезерования а_е=16 мм; подача на зуб fz=0,1 мм. Указанные режимы обработки были выбраны с учетом наиболее тяжелых условий нагружения режущих пластин в зоне фиксирующих отверстий.

Режущие пластины показали хорошую работоспособность при стойкости Т=80 мин. с износом по задней поверхности, не превышающим 0,4 мм. Таким образом, достигнут планируемый технический результат.

Хотя настоящее изобретение было описано, с определенной степенью детализации, различные изменения и ее модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенных в приведенной ниже формуле изобретения.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при фрезеровании изделий из титана и его сплавов. Режущая пластина имеет твердосплавную основу с износостойким покрытием и содержит верхнюю рабочую поверхность с возвышением в ее центре и нижнюю базовую поверхность. По меньшей мере одно фиксирующее отверстие проходит через возвышение и нижнюю базовую поверхность. Между верхней рабочей и нижней базовой поверхностями расположена боковая поверхность, примыкающая под задними углами к верхней рабочей поверхности с образованием главных режущих кромок, каждая из которых содержит переднюю и заднюю поверхности. В сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, передний угол резания выбран в диапазоне 10…24°, задний угол резания выбран в диапазоне 6…18°, при этом внутренний угол наклона боковой поверхности возвышения фиксирующего отверстия к нижней базовой поверхности больше заднего угла резания и выбран в диапазоне 21…35°. Повышается механическая прочность режущего клина, создаются оптимальные условия схода стружки в зоне фиксирующих отверстий. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Режущая пластина для установки на инструмент с большим осевым передним углом резания, имеющая твердосплавную основу с износостойким покрытием и содержащая верхнюю рабочую поверхность с возвышением в ее центре и нижнюю базовую поверхность, по меньшей мере одно фиксирующее отверстие, проходящее через возвышение и нижнюю базовую поверхность, расположенную между верхней рабочей (12) и нижней базовой поверхностями, боковую поверхность, примыкающую под задними углами к верхней рабочей поверхности с образованием главных режущих кромок, каждая из которых содержит переднюю и заднюю поверхности, отличающаяся тем, что в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, передний угол резания γ составляет 10-24°, задний угол резания α4 равен 6-18°, при этом внутренний угол наклона Ω боковой поверхности возвышения фиксирующего отверстия к нижней базовой поверхности больше заднего угла резания α4 и составляет 21-35°.

2. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что боковые поверхности включают первые и вторые боковые поверхности, наклоненные под разными углами α1, α2 к нижней базовой поверхности и одна относительно другой, и ширины которых в противоположных направлениях имеют разную величину.

3. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что вершина возвышения фиксирующего отверстия в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, расположена ниже главной режущей кромки, а величина ее занижения Δ выполнена в пределах 0,1-0,8 мм.

4. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что вершина возвышения фиксирующего отверстия в сечении режущей пластины, расположенном в плоскости, проходящей через ось фиксирующего отверстия перпендикулярно главной режущей кромке, расположена на уровне или выше главной режущей кромки.

5. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что главные режущие кромки направлены под острыми внутренними углами к нижней базовой поверхности с образованием на вершине режущих кромок угловых режущих кромок.

6. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что режущие кромки имеют радиусные скругления, радиус которых выбран из диапазона 0,01-0,1мм.

7. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что ее твердосплавная основа содержит составляющие в вес.%: 9-14 Со, 0,2-1,5 Cr₃С₂, 84,5-90,8 WC, а ее коэрцетивная сила выбрана в диапазоне 10-19 кА/м.

8. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, содержащее один и более слоев и по меньшей мере один слой содержит фазу с одним из элементов V, Cr, Nb,Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Si, C, N и B.

9. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, причем по меньшей мере один слой в износостойком покрытии имеет остаточные сжимающие напряжения.

10. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, причем по меньшей мере один слой в износостойком покрытии выполнен из NbN.

11. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, причем по меньшей мере один слой в износостойком покрытии выполнен из TiB2.

12. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что между передней поверхностью и боковой поверхностью возвышения фиксирующего отверстия выполнен плавный переход.

13. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что передняя поверхность в зоне фиксирующего отверстия выполнена вогнутой или выпуклой.

14. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что режущие кромки имеют радиусные скругления, не равномерные по длине режущих кромок.

15. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что на верхней рабочей поверхности выполнены выступы, идущие в радиальном направлении от возвышения.