Твердосплавная вставка для режущего инструмента

 

Сущность изобретения: твердосплавная вставка для режущего инструмента содержит рабочую часть, основание и хвостовик для размещения в гнезде рабочей головки режущего инструмента. Рабочая часть выполнена в виде тела вращения, криволинейная боковая поверхность которого сопряжена с боковой поверхностью основания вставки. Криволинейная боковая поверхность рабочей части вставки образована вращением вокруг оси ординат отрезка кривой, описываемой уравнением где A = 3,5 - 27,5 - эмпирический коэффициент и σ = 0,035-0,5 - эмпирический коэффициент. Ось ординат расположена на продольной оси симметрии вставки. 8 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к режущему инструменту для горных и строительных машин, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных материалов, например дорожных покрытий.

Известна режущая вставка для горного инструмента, содержащая рабочую часть конической формы и сужающийся к концу вставки хвостовик для размещения в гнезде рабочей головки горного инструмента [1] Конструкция известной режущей вставки обладает достаточной прочностью и износостойкостью, которые обеспечивают безотказную работу горного инструмента в эксплуатационных условиях. Однако геометрическая форма режущей вставки не является оптимальной по расходу твердосплавного материала, который идет на ее изготовление. С учетом того факта, что обычно для изготовления режущей вставки используется металлокерамические твердые сплавы вольфрамокобальтовой группы (ВК), то наиболее важной становится задача по экономии дефицитного вольфрама и, соответственно, удешевление инструмента в целом. Режущая вставка известной конструкции с рабочей частью конической формы требует для изготовления большого количества твердого сплава, что приводит к удорожанию инструмента.

Наиболее близкой к предлагаемой является твердосплавная вставка для режущего инструмента, которая содержит рабочую часть в виде тела вращения, криволинейная боковая поверхность которого сопряжена с боковой поверхностью основания твердосплавной вставки, и хвостовик для размещения в гнезде рабочей головки режущего инструмента [2] Известная твердосплавная вставка позволяет повысить эффективность процесса разрушения путем снижения усилия резания за счет выбора рациональных геометрических характеристик рабочей части вставки и, следовательно, снизить расход твердого сплава при изготовлении вставки, то есть удешевить изготовление инструмента. Однако известная твердосплавная вставка не обеспечивает достаточной долговечности работы инструмента, поскольку оптимизация геометрической формы рабочей части вставки по количеству используемого для ее изготовления твердого сплава не обеспечивает необходимой долговечности инструмента с твердосплавной вставкой известной конструкции, то есть ресурс такого инструмента не достаточно высок.

Цель изобретения создание твердосплавной вставки, которая обеспечивала бы высокую долговечность режущего инструмента при одновременном удешевлении ее изготовления за счет снижения расхода твердого сплава.

Цель достигается тем, что в твердосплавной вставке для режущего инструмента, включающей рабочую часть в виде тела вращения, криволинейная боковая поверхность которого сопряжена с боковой поверхностью основания вставки, и хвостовик для размещения в гнезде рабочей головки режущего инструмента, криволинейная боковая поверхность рабочей части образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением: Y=A·e где A 3,5 27,5 эмпирический коэффициент; σ= 0,035-0,5 эмпирический коэффициент вокруг оси ординат, которая расположена на продольной оси симметрии вставки.

Кроме того тем, что основание вставки имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки.

Кроме того тем, что хвостовик вставки имеет форму двух сопряженных между собой усеченных конусов вращения, оси которых расположены на продольной оси симметрии вставки, при этом диаметр большего основания одного из усеченных конусов равен диаметру основания вставки, причем вершины усеченных конусов ориентированы в одном направлении относительно основания вставки.

Кроме того тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 30^о и не более 80^о.

Кроме того, тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием другого усеченного конуса, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 78^о и не более 86^о.

Кроме того тем, что хвостовик вставки выполнен с выступами для центрирования вставки в гнезде рабочей головки режущего инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с рабочей головкой режущего инструмента.

Кроме того тем, что выступы расположены на боковой поверхности усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки.

Кроме того тем, что выступы расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии вставки.

Кроме того тем, что количество выступов равно шести.

Определенная эмпирическим путем геометрическая форма рабочей части вставки обеспечивает увеличение долговечности режущего инструмента, то есть обеспечивает возможность сохранять работоспособность инструмента до предельного износа твердосплавной вставки по сравнению с прототипом на 30-40% Одновременно с этим заявленная форма рабочей части твердосплавной вставки позволяет снизить расход твердого сплава ориентировочно на 5-10% по сравнению с твердосплавной вставкой согласно прототипа. Указанные интервалы значений эмпирических коэффициентов получены в результате проведенных исследований, то есть опытным путем. При этом получение указанного технического результата обеспечивается только при значениях эмпирических коэффициентов, которые расположены в приведенных выше интервалах их значений.

Выполнение основания вставки в форме цилиндра вращения, боковая поверхность которого сопряжена с криволинейной боковой поверхностью рабочей части вставки, позволяет дополнительно увеличивать прочность рабочей части вставки и одновременно уменьшить поперечное сечение консольной части вставки, то есть снизить расход твердого сплава, идущего на изготовление вставки.

Выполнение хвостовика вставки в виде сопряженных между собой двух усеченных конусов позволяет увеличить прочность соединения вставки с рабочей головкой режущего инструмента за счет создания более развитой опорной поверхности хвостовика вставки. При этом такое конструктивное выполнение хвостовика вставки позволяет уменьшить длину последней и, следовательно, снизить расход дефицитного материала.

Выбор вышеуказанных диапазонов углов наклона образующих усеченных конусов хвостовика вставки к продольной оси последней осуществлен по данным, которые получены в результате проведенных исследований. Указанные диапазоны являются наиболее оптимальными для решения поставленной задачи.

Размещение выступов на хвостовике вставки позволяет повысить ресурс режущего инструмента как за счет увеличения прочности соединения вставки с рабочей головкой режущего инструмента, так и за счет обеспечения более равномерного износа твердосплавной вставки в процессе эксплуатации режущего инструмента.

На фиг.1 изображена твердосплавная вставка для режущего инструмента; на фиг. 2 вид А на фиг.1; на фиг. 3 режущий инструмент с твердосплавной вставкой.

Твердосплавная вставка для режущего инструмента содержит рабочую часть 1 в виде тела вращения. Криволинейная боковая поверхность 2 рабочей части 1 вставки образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением: Y=A·e где A 3,5-27,5 эмпирический коэффициент; σ= 0,035-0,5 эмпирический коэффициент, вокруг оси ординат (Y), которая расположена на продольной оси 3 симметрии вставки.

Криволинейная боковая поверхность 2 рабочей части 1 вставки сопряжена с боковой поверхностью основания 4 вставки. При этом основание 4 вставки может иметь форму усеченного конуса, призмы или цилиндра (на чертежах не показано). Наиболее предпочтительным является выполнение основания 4 вставки в виде цилиндра вращения (фиг.1), продольная ось которого расположена на продольной оси 3 симметрии вставки. К основанию 4 вставки с противоположной стороны примыкает хвостовик 5, который предназначен для размещения вставки в гнезде 6 рабочей головки 7 режущего инструмента 8, например поворотного резца. Хвостовик 5 может иметь форму цилиндра, конуса или призмы (на чертежах не показано). Наиболее целесообразно выполнение хвостовика 5 в виде двух сопряженных между собой усеченных конусов 9 и 10 вращения, оси которых расположены на продольной оси 3 симметрии вставки. При этом диаметр большего основания усеченного конуса 9 равен диаметру основания 4 вставки. Вершины усеченных конусов 9 и 10 ориентированы в одном направлении относительно основания 4 вставки, то есть наружный диаметр хвостовика 5 последовательно увеличивается в направлении к основанию 4 вставки.

Как показали проведенные исследования, предпочтительно чтобы угол α наклона образующей усеченного конуса 9, который примыкает к основанию 4 вставки, к продольной оси 3 симметрии вставки составлял не менее 30^о и не более 80^о. Оптимальное значение указанного угла α составляет 60^о.

В результате проведенных исследований установлено, что уголβ наклона образующей усеченного конуса 10, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием усеченного конуса 9, к продольной оси 3 симметрии вставки должен составлять не менее 78^о и не более 86^о, наиболее оптимальное значение угла β в вышеприведенном диапазоне составляет 82^о.

На хвостовике 5 могут быть выполнены выступы 11 для центрирования вставки в гнезде рабочей головки 7 режущего инструмента 8 по продольной оси симметрии последнего и для формирования заданного слоя материала (например, припоя) для соединения вставки с рабочей головкой 7 режущего инструмента 8. Выступы 11 могут быть расположены как на боковой поверхности хвостовика 5, так и на торцовой поверхности хвостовика 5. Взаимодействуя своими свободными концами со стеками гнезда 6 рабочей головки 7 режущего инструмента 8, выступы 11, во-первых, обеспечивают заранее заданную ориентацию вставки относительно рабочей головки 7 режущего инструмента 8; во-вторых, обеспечивают получение заданной толщины слоя припоя, соединяющего вставку с рабочей головкой 7 режущего инструмента 8.

Наиболее целесообразным является размещение выступов 11 на боковой поверхности усеченного конуса 9, который примыкает к основанию 4 вставки.

Наиболее предпочтительным вариантом выполнения твердосплавной вставки является тот, при котором выступы 11 равномерно расположены по окружности, центр которой лежит на продольной оси 3 симметрии вставки.

С технологической точки зрения целесообразно на хвостовике 5 выполнить шесть выступов 11 (фиг.2).

Твердосплавная вставка работает следующим образом.

При работе режущего инструмента твердосплавная вставка, закрепленная своим хвостовиком 5 в гнезде 6 рабочей головки 7, своей рабочей частью 1 взаимодействует с разрушаемым материалом, разрушая его в процессе резания. При этом на поверхности разрушаемого материала образуется борозда (развал). Геометрическая форма рабочей части 1 твердосплавной вставки обеспечивает максимальную прочность и стойкость режущего инструмента 8, так как характер изменения габаритов поперечного сечения рабочей части 1 вставки соответствует характеру изменения изгибающего момента, возникающего в ней в процессе резания, а также обеспечивает минимальный расход твердого сплава.

Формула изобретения

1. ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающая рабочую часть в виде тела вращения, криволинейная боковая поверхность которого сопряжена с боковой поверхностью основания вставки, и хвостовик для размещения в гнезде рабочей головки режущего инструмента, отличающаяся тем, что криволинейная боковая поверхность рабочей части вставки образована вращением вокруг оси ординат, которая расположена на продольной оси симметрии вставки, отрезка кривой, описываемого уравенением где A = 3/5 - 27,5 - эмпирический коэффициент;
σ = 0,035 - 0,5 - эмпирический коэффициент.

2. Вставка по п.1, отличающаяся тем, что основание вставки имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки.

3. Вставка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что хвостовик вставки имеет форму двух сопряженных усеченных конусов вращения, оси которых расположены на продольной оси симметрии вставки, при этом диаметр большего основания одного из усеченных конусов равен диаметру основания вставки, причем вершины усеченных конусов ориентированы в одном направлении относительно основания вставки.

4. Вставка по п.3, отличающаяся тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 30^o и не более 80^o.

5. Вставка по п.3 или 4, отличающаяся тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием другого усеченного конуса, к продольной оси симметрии вставки составляет не мнее 78^o и не более 86^o.

6. Вставка по одному из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что хвостовик вставки имеет выступы для центрирования вставки в гнезде рабочей головки режущего инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с рабочей головкой режущего инструмента.

7. Вставка по п.6, отличающаяся тем, что выступы расположены на боковой поверхности усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки.

8. Вставка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что выступы равномерно расположены по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии вставки.

9. Вставка по одному из пп. 6 - 8, отличающаяся тем, что количество выступов равно шести.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3