РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА И ФРЕЗА ДЛЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B23C5/00 

Область техники.

Настоящее изобретение относиться к группе устройств, включающих режущие пластины и конструкцию фрез для их использования при обработке материалов резанием, в частности изделий из труднообрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов.

Уровень техники.

При обработке малогабаритных изделий, а также изделий с малыми припусками на лезвийную обработку, в том числе в труднодоступных полостях не больших размеров, а также с тонкими стенками и/или узкими пазами обычно используют цельные твердосплавные фрезы малых диаметров.

Использование малогабаритных фрез с механическим креплением режущих пластин, существенно повышающих производительность фрезерования особенно для обработки изделий из титана и его сплавов, затруднено тем, что в процессе фрезерования режущие пластины подвергаются значительным переменным механическим и термическим воздействиям.

При этом в корпусе фрез диаметром менее 12 мм трудно расположить достаточное количество сменных режущих пластин для обеспечения необходимой производительности фрезерования, так как при увеличении их количества существенно снижается жесткость корпуса фрез в целом (см., например, WO 2019/106648, WO 2019/106657), что существенно влияет на их стойкость, а также на точность обработки.

Также известно, что, как правило, при фрезеровании режущие пластины, установленные на торце концевых фрез, имеют неравномерную нагрузку вдоль главных режущих кромок, что, например, обусловлено глубиной фрезерования и/или формой угловых режущих кромок пластин.

Это в условиях малой жесткости корпусов фрез дополнительно может способствовать появлению вибраций из-за перемещений режущих пластин в полях упругой деформации базовых поверхностей гнезд, имеющих неравномерную жесткость, которая уменьшается к торцу корпуса фрезы, что будет также оказывать отрицательное влияние, как на точность обработки, так и на стойкость режущих пластин и фрез в целом.

Известны конструкции фрез с режущих пластинами (патент РФ №2469821), содержащие верхнюю и нижнюю поверхности, между которыми расположена боковая поверхность. Причем нижняя опорная поверхность имеет V-образную форму с выпуклостью в направлении от верхней поверхности.

Указанные пластины расположены в гнездах корпуса фрезы и закреплены винтами так, что их оси проходят по наименьшей хорде окружности, описанной вокруг рабочей части корпуса фрезы. Такая конструкция также не позволяет расположить большое количество пластин на рабочей части корпуса из-за значительного снижения его жесткости и не учитывает асимметрию нагружения режущих пластин и жесткостей базовых поверхностей гнезд корпусов фрез.

Также известны конструкции режущих пластин и фрез фирмы TaeguTec (см., например, Концевые фрезы MILLSFeed с миниатюрными сменными пластинами повышают производительность обработки. Информационно-аналитический журнал КОМПЛЕКТ: Инструмент, технологи, оборудование (ИТО), №25, 2021, стр. 16-18).

Сменные режущие пластины, используемые в этих фрезах, также имеют опорную поверхность V-образной формы с выпуклостью в направлении от верхней поверхности и состоящую из двух поверхностей, имеющих одинаковую площадь.

При этом в гнездах корпуса фрезы указанные пластины расположены так, что одна из поверхностей, составляющей V-образную базовую поверхность, является тангенциальной опорой, а вторая - радиальной. При этом эти поверхности контактируют с соответствующими им опорными поверхностями гнезд корпуса фрезы. Это позволяет повысить жесткость корпуса фрез за счет увеличения размеров сердечника корпуса фрез в районе их осей.

Однако, данная конструкция пластин и фрез не учитывает асимметрии нагружения, как самих режущих пластин, так и базовых поверхностей гнезд корпусов фрез, имеющих не равномерную жесткость в направлении оси корпуса фрезы, что особенно актуально для фрез малых размеров.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции режущих пластин повышенной стойкости за счет снижения вибраций.

Задачей настоящего изобретения также является создание конструкции фрез повышенной стойкости, обеспечивающих использование указанных выше режущих пластин и точность фрезерования.

Технический результат от использования предложенного технического решения заключается в повышении стойкости режущих пластин и фрез в целом за счет снижения их вибрации.

Раскрытие изобретения.

Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.

При этом режущая пластина содержит верхнюю рабочую поверхность и нижнюю опорную поверхность. Между ними проходит боковую поверхность. Она содержит задние поверхности и торцевые поверхности.

Между верхней рабочей и нижней опорной поверхностями выполнено сквозное отверстие, ось которого является осью симметрии и поворота режущей пластины.

Задние поверхности расположены на виде со стороны торцовой поверхности под острыми углами к оси отверстия. Главные режущие кромки и соответствующие им угловые режущие кромки образованны на пересечении верхней и задних поверхностей.

Нижняя опорная поверхность содержит первую и вторую поверхности, соединенные между собою поверхностью сопряжения.

При этом первая и вторая поверхности расположены одна относительно другой V-образно и каждая под острым внутренним углом к плоскости, перпендикулярной оси отверстия.

В соответствии с изобретением первая и вторая поверхности имеют неравномерную ширину вдоль соответствующих им главных режущих кромок во взаимно противоположных направлениях.

Причем большую ширину каждая из указанных поверхностей имеют в направлении от соответствующих им угловых режущих кромок.

При этом поверхность сопряжения содержит две поверхности, расположенные по разные стороны отверстия.

Причем на виде с торца на режущую пластину со стороны соответствующей угловой режущей кромки каждая из этих поверхностей повернута в противоположных направлениях одна относительно другой по часовой стрелке на острый угол к поверхности, перпендикулярной оси отверстия пластины, а на виде с низу на нижнюю опорную поверхность каждая из них расположена под острым углом и смещена во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси симметрии пластины,

Согласно одному из предпочтительных исполнений режущей пластины дополнительно первая и вторая поверхности повернуты вдоль и вовнутрь режущей пластины на острый угол, вершина которого направлена в сторону соответствующей угловой режущей кромки.

Согласно другому предпочтительному исполнению режущей пластины величины острых углов V-образного расположения первой и второй поверхностей, острых углов наклона задних поверхностей и острых углов поворота частей поверхности сопряжения соответствует следующему неравенству (α3, α4)>(α1, α2)>(α5, α6).

Согласно другому предпочтительному исполнению режущей пластины на ее верхнюю и задние поверхности нанесено износостойкое покрытие.

В соответствии с изобретением фреза, предназначенная для использования упомянутой выше режущей пластины, содержит корпус, выполненный в виде тела вращения. В рабочей части корпуса выполнены гнезда для размещения и закрепления с помощью винтов режущих пластин. Причем эти гнезда имеют осевую поверхность и V-образную опорную поверхность, содержащую тангенциальную и радиальную поверхности.

При этом между тангенциальной и радиальной поверхностями расположена ось крепежного отверстия.

Согласно изобретению в гнездах установлены упомянутые выше режущие пластины, выполненные по любому из описанных выше исполнений.

Согласно предпочтительному исполнению тангенциальная и радиальная поверхности гнезд корпуса фрезы имеют во взаимно противоположных направлениях вдоль оси вращения фрезы не равномерную ширину, причем она больше на противоположных концах этих поверхностей.

Краткое описание чертежей.

Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены малогабаритная режущая пластина и фреза для ее использования.

На фиг. 1 изображена в перспективе режущая пластина;

на фиг. 2 изображен вид с боку на режущую пластину, изображенную на фиг. 1;

фиг. 3 изображен вид с торца на режущую пластину, изображенную на фиг. 1;

на фиг. 3а изображен увеличенный фрагмент II режущей пластины, изображенной на фиг. 3;

на фиг. 4 изображен вид сверху на режущую пластину, изображенную на фиг. 1;

на фиг. 5 изображен вид снизу на режущую пластину, изображенную на фиг. 1;

на фиг. 6 изображено сечение по линии I-I режущей пластины, изображенной на фиг. 2;

на фиг.7 изображена в перспективе концевая фреза в сборе с режущей пластиной, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 8 изображен вид с торца на фрезу, изображенную на фиг. 7;

на фиг. 9 изображено в перспективе гнездо фрезы, изображенной на фиг. 7, для закрепления режущей пластины, изображенной на фиг. 1.

Детальное описание чертежей.

Рассмотрим предложенную конструкцию режущей пластины 10, изготовленную из твердого сплава путем прессования и спекания. Здесь в качестве примера на фиг. 1-6 изображена режущая пластина 10.

Режущая пластина 10 содержит верхнюю рабочую поверхность 12 и нижнюю опорную поверхность 14. Между ними проходит боковая поверхность, содержащая задние поверхности 16а и 16b и торцевые поверхности 16с.

Пластина имеет сквозное отверстие 18. Это отверстие проходит между верхней рабочей поверхностью 12 и нижней опорной поверхностью 14. Ось 20 указанного отверстия является осью симметрии и поворота режущей пластины 10.

Задние поверхности 16а и 16b расположены на виде со стороны торцовой поверхности 16с под острыми углами соответственно α1 и α2 к оси 20 отверстия 18,

На пересечении верхней 12 и задних поверхностей 16а и 16b образованы главные режущие кромки 22а и 22b и соответствующие им угловые режущие кромки 24а и 24b.

Причем нижняя опорная поверхность 14 содержит первую 26 и вторую 28 поверхности, сопряженные между собою поверхностью 30. При этом первая 26 и вторая 28 поверхности расположены одна относительно другой V-образно и каждая соответственно под острым внутренним углом α3, α4 к плоскости Р, перпендикулярной оси 20 отверстия 18.

Согласно изобретению первая 26 и вторая 28 поверхности, расположенные V-образно одна относительно другой, имеют неравномерную ширину вдоль соответствующих им главных режущих кромок 22а и 22b во взаимно противоположных направлениях (см., например, фиг. 5).

Причем большую ширину каждая из указанных поверхностей 26, 28 имеют в направлении от соответствующих им угловых режущих кромок 24а, 24b.

При этом поверхность 30 сопряжения первой 26 и второй 28 поверхностей содержит две поверхности 32 и 34, расположенные по разные стороны отверстия 18.

При этом на виде с торца на режущую пластину 10 со стороны соответствующей угловой режущей кромки 24а или 24b каждая из этих поверхностей 32, 34 повернута в противоположных направлениях одна относительно другой по часовой стрелке на острый угол соответственно α5, α6 к поверхности, перпендикулярной оси 20 отверстия 18 пластины 10.

Причем на виде снизу на нижнюю опорную поверхность 14 каждая из поверхностей 32 и 34 расположена под острым углом соответственно α7, α8 и смещена во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси симметрии пластины 10.

Согласно одному из предпочтительных исполнений пластины 10 дополнительно первая 26 и вторая 28 поверхности повернуты вдоль и вовнутрь режущей пластины 10 на острый угол β, вершина которого направлена в сторону соответствующей угловой режущей кромки 24а, 24b. Это позволяет дополнительно увеличить пространство (сердечник) в рабочей части фрезы, и, тем самым, увеличить ее жесткость.

Согласно другому предпочтительному исполнению пластины 10 величины острых углов α3, α4 V-образного расположения первой 24 и второй 26 поверхностей, острых углов α1, α2 наклона задних поверхностей 16а и 16b и острых углов поворота α5, α6 частей 32, 34 поверхности сопряжения 30 соответствует следующему неравенству (α3, α4)>(α1, α2)>(α5, α6). Это позволяет выбрать наиболее оптимальное соотношение размеров пластины 10.

Согласно другому предпочтительному исполнению пластины 10 на ее верхнюю 12 и задние 16а, 16b поверхности нанесено износостойкое покрытие. Это позволяет в совокупности с описанными выше конструктивными особенностями режущей пластины 10 повысить ее стойкость.

На фиг. 7-9 изображена предложенная фреза 36 и ее конструктивные элементы, обеспечивающие использование режущей пластины 10. В соответствии с изобретением фреза 36 содержит корпус 38, выполненный в виде тела вращения.

В рабочей части 40 корпуса выполнены гнезда 42 для размещения и закрепления с помощью винтов 44 режущих пластин 10. При этом гнезда 42 имеют осевую поверхность 46 и V-образную опорную поверхность, содержащую тангенциальную 48 и радиальную 50 поверхности.

Между тангенциальной и радиальной поверхностями расположена ось 52 крепежного отверстия 56. Согласно изобретению в гнездах 42 установлены режущие пластины 10, выполненные по любому из указанных выше исполнений,

Согласно предпочтительному исполнению тангенциальная 48 и радиальная 50 поверхности гнезд 42 фрезы 36 имеют во взаимно противоположных направлениях вдоль ее оси вращения не равномерную ширину, причем она больше на противоположных концах этих поверхностей. Это позволяет обеспечить наибольшее соответствие базовых поверхностей гнезд базовым поверхностям режущих пластин, а также повысить надежность закрепления пластин и снизить вибрации.

Таким образом, режущая пластина 10 и фреза 36 для ее использования выполнены компактными, а их конструктивные особенности позволяют получить следующие преимущества: обеспечить увеличение жесткости рабочей части корпуса фрезы за счет увеличения размера внутреннего сердечника между установленными режущими пластинами; разместить в гнездах рабочей части корпуса фрезы наибольшего количества рабочих зубьев; компенсировать не равномерную жесткость опорных поверхностей гнезд, возникающую при отгибе торца концевых фрез; снизить отрицательное влияние вибраций, что позволяет повысить стойкость режущих пластин и фрез в целом.

Использование предложенного изобретения.

В качестве примера рассмотрим режущую пластину 10 и фрезу 36 для ее использования, предназначенную для обработки изделий, имеющих не большие размеры, а также изделий с малыми припусками на лезвийную обработку, в том числе в труднодоступных полостях не больших размеров,

Пластины 10 из сплава HCS35X устанавливали в гнезда концевой фрезы 36 диметром 10 мм и закрепляли специальным крепежным винтом 44.

При этом V-образно расположенные поверхности 26 и 28 нижней опорной поверхности 14 пластины 10 контактировали с V-образным пазом гнезд 42 рабочей части фрезы 36.

Далее устанавливали фрезу в шпиндель фрезерного станка HAS VF2 и фрезеровали в однозубом режиме по плоскости поверхность заготовки из стали 12Х18Н10Т на следующих режимах резания: Vc=80 м/мин.; fz=0,06 мм/ зуб; =3 мм, =3 мм. Режущие пластины и фреза в целом показали хорошую работоспособность. При этом стойкость одной режущей кромки была существенно выше стойкости для режущих пластин обычной конструкции.

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

Группа изобретений относится к обработке материалов резанием и может быть использована при обработке сборными фрезами изделий из труднообрабатываемых материалов. Режущая пластина содержит верхнюю рабочую поверхность, нижнюю опорную поверхность и расположенную между ними боковую поверхность с задними и торцевыми поверхностями. Задние поверхности расположены на виде со стороны торцевой поверхности под острыми углами к оси сквозного отверстия. На пересечении верхней и задних поверхностей образованы главные режущие кромки и соответствующие им угловые режущие кромки. Нижняя опорная поверхность содержит сопряженные между собой поверхностью сопряжения первую и вторую поверхности, расположенные одна относительно другой V-образно и каждая под острым внутренним углом к плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, и имеющие неравномерную ширину вдоль соответствующих им главных режущих кромок во взаимно противоположных направлениях. Раскрыты конструктивные особенности выполнения режущей пластины и фрезы, в гнездах которой закреплены указанные режущие пластины. Повышается стойкость режущих пластин и фрезы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Режущая пластина (10), содержащая верхнюю рабочую поверхность (12) и нижнюю опорную поверхность (14), проходящую между верхней и нижней поверхностями боковую поверхность, содержащую задние поверхности (16а, 16b) и торцевые поверхности (16с), сквозное отверстие (18), ось (20) которого является осью симметрии и поворота режущей пластины, причем задние поверхности (16а, 16b) расположены на виде со стороны торцевой поверхности (16с) под острыми углами (α1, α2) к оси (20) отверстия (18), главные режущие кромки (22а, 22b), образованные на пересечении верхней (12) и задних поверхностей (16а, 16b), и соответствующие им угловые режущие кромки (24а, 24b), причем нижняя опорная поверхность (14) содержит первую (26) и вторую (28) поверхности, сопряженные между собою поверхностью (30), и расположенные одна относительно другой V-образно и каждая под острым внутренним углом (α3, α4) к плоскости (Р), перпендикулярной оси (20) отверстия (18), отличающаяся тем, что первая (26) и вторая (28) поверхности имеют неравномерную ширину вдоль соответствующих им главных режущих кромок (22а, 22b) во взаимно противоположных направлениях, причем большую ширину каждая из указанных поверхностей (26, 28) имеют в направлении от соответствующих им угловых режущих кромок (24а, 24b), при этом поверхность сопряжения (30) содержит две поверхности (32, 34), расположенные по разные стороны отверстия (18), на виде с торца на режущую пластину (10) со стороны соответствующей угловой режущей кромки (24а, 24b) каждая из этих поверхностей (32, 34) повернута в противоположных направлениях одна относительно другой по часовой стрелке на острый угол (α5, α6) к поверхности, перпендикулярной оси (20) отверстия (18) пластины (10), а на виде снизу на нижнюю опорную поверхность (14) каждая из них расположена под острым углом (α7, α8) и смещена во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси симметрии пластины (10).

2. Пластина по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно первая (26) и вторая (28) поверхности повернуты вдоль и вовнутрь режущей пластины (10) на острый угол (β), вершина которого направлена в сторону соответствующей угловой режущей кромки (24а, 24b).

3. Пластина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что величины острых углов (α3, α4) V-образного расположения первой (24) и второй (26) поверхностей, острых углов (α1, α2) наклона задних поверхностей (16а, 16b) и острых углов поворота (α5, α6) частей (32, 34) поверхности сопряжения (30) соответствуют неравенству (α3, α4)>(α1, α2)>(α5, α6).

4. Пластина по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что на ее верхнюю (12) и задние (16а, 16b) поверхности нанесено износостойкое покрытие.

5. Фреза (36), содержащая корпус (38), выполненный в виде тела вращения, в рабочей части (40) которого выполнены гнезда (42) для размещения и закрепления с помощью винтов (44) режущих пластин (10), причем гнезда (42) имеют осевую поверхность (46) и V-образную опорную поверхность, содержащую тангенциальную (48) и радиальную (50) поверхности, причем между тангенциальной и радиальной поверхностями расположена ось (52) крепежного отверстия (56), отличающаяся тем, что в гнездах (42) установлены режущие пластины (10), выполненные по любому из пп. 1-4.

6. Фреза по п. 5, отличающаяся тем, что тангенциальная (48) и радиальная (50) поверхности имеют во взаимно противоположных направлениях вдоль оси вращения фрезы (36) не равномерную ширину, причем она больше на противоположных концах этих поверхностей.