Фрезерная режущая пластина и фреза с ее использованием

 

Использование: двухсторонняя режущая пластина для чистого фрезерования. Достигаемый технический результат: сведение к минимуму размера и числа краевых скалываний, повышение качества обработанной поверхности, уменьшение осевого давления фрезерного инструмента на обрабатываемую деталь. Двухсторонняя фрезерная режущая пластина имеет две одинаковые плоскопараллельные поверхности, которые развернуты на 90^o друг относительно друга. Каждая основная поверхность содержит четыре оперативных режущих угла. К каждому режущему углу примыкают две скошенные поверхности, которые наклонены на определенный угол относительно плоскости основной поверхности. Четыре боковых поверхности попарно наклонены на определенный угол для достижения положительный геометрии резания. За счет введения двух скошенных поверхностей в значительной степени снижено краевое скалывание обрабатываемой детали. 2 c. и 6 з. п.ф-лы, 2 табл., 8 ил.

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию двухсторонней режущей пластины для чистового фрезерования, которая изготовлена прессованием в форму и спеканием порошка, который служит материалом режущей пластины, причем режущая пластина имеет две главным образом одинаковые основные поверхности, которые развернуты на 90^o друг относительно друга, и четыре главным образом одинаковые боковые поверхности, которые простираются между указанными основными поверхностями.

Указанные режущие пластины закрепляются известным самим по себе образом во вращающемся фрезерном инструменте. Обычно такое закрепление производится в несущих пластины кассетах, что, например, описано в заявке на патент Швеции 9300889-4 и в документе DE-A-4013717. Для достижения требуемой чистоты поверхности необходимо устанавливать режущую пластину возможно более точно в требуемое положение, в особенности в осевом направлении. Если осевое положение выбрано не совсем точно, то возникает осевое биение, которое приводит к ухудшению чистоты поверхности.

Фрезы с малым шагом используются, например, в моторостроении для фрезерования блоков двигателя, блоков цилиндров и других аналогичных узлов. Для таких применений установлены очень жесткие требования на чистоту поверхности, при этом максимальное значение R_a не должно превышать 1,5 мкм, значение R_r должно составлять от 10 до 15 мкм, а значения WT должны составлять от 5 до 8 мкм. Указанные допуски удается обеспечить за счет применения конструкции, описанной в упомянутой выше заявке на патент Швеции.

Проблема, с которой часто сталкиваются при чистовом фрезеровании, заключается в так называемом краевом скалывании, то есть в снятии стружки с периферии образованной поверхности при ее обработке. Само собой разумеется, что краевое скалывание может происходить как вокруг краев выемок на обработанной поверхности, так и вокруг края отверстия.

Другая проблема часто возникает при обработке фрезерованием тонкостенных деталей. Как это хорошо известно, для сокращения расхода материала и снижения веса некоторые части обрабатываемой детали могут иметь относительно тонкие стенки, составляющие, например, 3 - 5 мм. Эти части детали могут в некоторой степени поддаваться изгибу под действием давления, оказываемого фрезерным инструментом, что, в результате, приводит к определенной волнистости образованной поверхности.

Другая проблема для большинства имеющихся на рынке режущих пластин для чистового фрезерования заключается в том, что они требуют дорогостоящего шлифования для того, чтобы обеспечить удовлетворение требований по малым допускам, причем это увеличение производственных расходов может быть весьма значительным. В качестве примера указанного можно сослаться на документ DE-A-4013717 и на фиг. 4, на которой показана известная режущая пластина. Другой недостаток пластин, раскрытых в документе DE-A-4013717, заключается в том, что они являются слегка ромбическими. Это приводит к тому, что только два из четырех углов на каждой стороне могут становиться оперативно активными. Этот недостаток удваивает уже имеющиеся значительные производственные расходы на изготовление каждого режущего угла.

Таким образом, первой задачей настоящего изобретения является создание фрезерной режущей пластины, которая позволяет свести к минимуму размер и число краевых скалываний.

Другой задачей настоящего изобретения является достижение чистых и гладких поверхностей, в том числе и для случая тонкостенных деталей.

Еще одной задачей настоящего изобретения является уменьшение осевого давления фрезерного инструмента на обрабатываемую деталь.

Еще одной задачей настоящего изобретения является уменьшение производственных расходов по изготовлению фрезерной режущей пластины.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания преимущественного варианта его осуществления, приведенного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показан вид в перспективе сбоку сверху на режущую пластину в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показан вид сверху режущей пластины, показанной на фиг. 1.

На фиг. 3 показан вид сбоку режущей пластины, показанной на фиг. 1.

На фиг. 4 показан еще один вариант осуществления режущей пластины в соответствии с настоящим изобретением.

Изложенные задачи решаются настоящим изобретением благодаря созданию фрезерной режущей пластины главным образом квадратной основной формы, имеющей две главным образом аналогичные основные поверхности и четыре главным образом аналогичные боковые поверхности, расположенные между указанными основными поверхностями, при этом противоположные боковые поверхности расположены под острым углом к одной из основных поверхностей, а две другие противоположные боковые поверхности расположены под тупым углом к той же поверхности, при этом две боковые поверхности, расположенные под острым углом к указанной одной основной поверхности, расположены под тупым углом к другой основной поверхности, при этом каждая основная поверхность включает опорную поверхность и четыре оперативных режущих угла, и отличающейся тем, что с каждым режущим углом сопряжены две скошенные поверхности, расположенные под определенным углом относительно плоскости указанной основной поверхности, при этом первая скошенная поверхность расположена ближе к режущему углу и предназначена для образования вторичной режущей кромки вдоль линии пересечения с боковой поверхностью, расположенной под острым углом к основной поверхности, а вторая скошенная поверхность, примыкающая к указанной первой скошенной поверхности, предназначена для образования главной режущей кромки с указанной боковой поверхностью. На каждой из двух основных поверхностей пластины выполнены две вторичные грани, каждая из которых ограничена опорной поверхностью, двумя указанными вторыми скошенными поверхностями и линией пересечения между основной поверхностью и боковой поверхностью, расположенной под острым углом к последней, при этом указанная линия пересечения образует режущую кромку вторичной грани.

Указанные вторичные грани прилегают к режущей кромке, расположенной между двумя ближайшими режущими углами на той же основной поверхности, при этом режущая кромка каждой из двух вторичных граней составляет часть указанной режущей кромки.

Каждая вторичная грань ограничена в направлении середины режущей пластины опорной поверхностью через поверхность перехода, при этом на режущей кромке выполнен средний участок, расположенный между двумя вторичными гранями.

Кроме того каждая вторичная грань выполнена изогнутой по радиусу в направлении плоскости опорной поверхности.

Вторичные грани расположены ближе к опорной поверхности, чем указанный средний участок.

Наряду с режущей пластиной объектом данного изобретения являются фреза для механообработки с образованием стружки, содержащая корпус, предназначенный для приведения во вращение, и режущие пластины, отличающиеся тем, что она снабжена кассетами, размещенными в выемках, выполненных на периферии корпуса, и средствами крепления в виде одного или нескольких крепежных винтов, размещенных в указанных выемках в сквозных отверстиях указанных кассет, имеющих вытянутую в продольном направлении форму и предназначенных для обеспечения осевого перемещения кассеты в выемке корпуса, при этом в кассетах установлена одна или несколько указанных режущих пластин, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 показан вид сверху режущей пластины, показанной на фиг. 4.

На фиг. 6 показан вид сбоку режущей пластины, показанной на фиг. 4.

На фиг. 7 показана известная пластина в перспективе сбоку снизу.

На фиг. 8 показано, каким образом режущая пластина в соответствии с настоящим изобретением устанавливается в корпусе фрезы.

На фиг. 1 - 3 и 4 - 6 соответственно показана сменная режущая пластина квадратной основной формы, обозначенная в целом позицией 1. Она является двухсторонней и имеет две одинаковые основные поверхности 2, которые главным образом плоскопараллельны друг другу и повернуты на 90^o друг относительно друга. Между двумя основными поверхностями 2 пластины идут четыре главным образом одинаковые боковые поверхности 3. Для того, чтобы сообщить положительную геометрию резания режущей пластине, когда она установлена в корпусе режущей фрезы (см. фиг. 8), две боковые поверхности 3, расположенные напротив друг друга, наклонены таким образом, что они образуют острый угол, примыкающий к основной поверхности 2. Желательно, чтобы этот угол лежал в диапазоне от 60 до 85^o, а преимущественно в диапазоне от 70 до 80^o.

Каждая основная поверхность главным образом содержит опорную поверхность 4, которая является совершенно плоской и работает как поверхность упора в соответствующую опорную поверхность в гнезде пластины, выполненном в корпусе фрезы. Основная характеристика настоящего изобретения заключается в том, что к каждому режущему углу примыкают две скошенные поверхности 5 и 6, которые идут главным образом вдоль примыкающей кромочной поверхности 3, которая образует тупой угол с объединенной основной поверхностью. Скошенная поверхность 5 может идти от одного угла 12 до следующего угла 12, как это и показано на фиг. 1 и 2; однако она может подразделяться на две отдельные зоны опорной поверхностью 4, которая идет целиком к двум кромочным поверхностям 3, с которыми она образует тупой угол. Более того, каждый угловой участок скошенной поверхности 5, который непосредственно примыкает к скошенной поверхности 6, может быть разделен на три поверхности фаски для увеличения зазора, когда режущая пластина установлена в корпусе фрезы. Так, например, этот участок может быть разделен на две плоские поверхности фаски 13 и 14, которые соединяются друг с другом по вогнутому радиусу 15. Поверхность фаски 13 обладает постоянным отличием уровня (смещена на постоянный уровень) по сравнению с плоскостью опорной поверхности 4, в то время как поверхность фаски 14 наклонена вперед в направлении к этой плоскости, причем ее ширина уменьшается в направлении к середине стороны пластины. Более узкий конец поверхности фаски 14 переносится через выпуклый радиус 16 в плоский участок 17, который главным образом плоскопараллелен с опорной поверхностью 4 и расположен на уровне, который в некоторой степени идет ниже плоскости опорной поверхности. В том случае, когда опорная поверхность 4 идет до поверхности кромки 3, то, естественно, участки 16 и 17 спадают.

Тем же самым образом, что и скошенная поверхность 5, скошенная поверхность 6 также может быть разделена на две поверхности кромки 18 и 19, которые соединяются друг с другом через переходной вогнутый радиус 20. Также и в данном случае причины для этого разделения на фацеты заключаются в желании увеличить зазор части скошенной поверхности, которая расположена вблизи режущей кромки. Аналогичным образом, что и поверхность фаски 13, поверхность фаски 18 наклонена на постоянную величину в сторону от плоскости опорной поверхности 4, в то время как поверхность фаски 19 наклонена вперед к указанной плоскости для соединения с указанной опорной поверхностью вдоль линии разрыва 21.

Скошенная поверхность 5, локализованная на режущем угле, примыкает к поверхности кромки 3, которая образует острый угол с объединенной основной поверхностью вдоль вторичной режущей кромки 7, первичной функцией которой является предотвращение краевого скалывания. Для осуществления этой функции угол между поверхностью фаски 13 и плоскостью опорной поверхности 4 должен составлять от 5 до 45^o, преимущественно от 10 до 40^o, а предпочтительно от 25 до 35^o.

Как упоминалось ранее, скошенная поверхность 6 расположена рядом со скошенной поверхностью 5. Угол ее поверхности фаски 18 относительно опорной поверхности 4 составляет от 1 до 20^o, преимущественно составляет от 3 до 17^o, а предпочтительно составляет от 5 до 15^o. Скошенная поверхность 6 соединяется со смежной поверхностью кромки 3 вдоль главной режущей кромки 8.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 4 - 6, на которых две вторичные грани 9' простираются между двумя расположенными вблизи друг от друга скошенными поверхностями 6, причем указанные грани примыкают к их соответствующим вторичные режущим кромкам граней 10' и к среднему участку 26, расположенному между указанными гранями 9'. Обычно вторичные грани 9 и средний участок 26 расположены несколько ниже, чем опорная поверхность 4, в результате чего образуются поверхности перехода 27 и 28 между параллельными гранями и средним участком на одной стороне и средним участком на другой стороне опорной поверхности 4. Каждая вторичная грань 9 имеет легкий наклон или кривизну перпендикулярно опорной поверхности 4.

В соответствии с показанным на фиг. 1 - 3 вариантом, вторичная грань 9 простирается между двумя скошенными поверхностями 6, причем эта грань также примыкает к параллельной режущей кромке грани 10 и к опорной поверхности 4. Вторичная грань 9 имеет легкий наклон или кривизну перпендикулярно опорной поверхности 4. Радиус этого изгиба достаточно велик и в соответствии с показанным на фиг. 1 - 3 вариантом может быть 500 - 1200 мм и преимущественно составляет от 600 до 1000 мм. В соответствии с показанным на фиг. 4 - 6 вариантом, соответствующий радиус кривизны вторичных граней 9' может составлять от 20 до 600 мм, а преимущественно от 70 до 400 мм. Самая высокая точка изогнутых вторичных граней 9' расположена над средним участком 26, однако преимущественно ниже опорной поверхности 4, что необходимо для упрощения изготовления поверхности посадки пластины в корпусе фрезы. Так как режущие кромки параллельных граней 10, 10' очень короткие в сравнении с непосредственно отпрессованными радиусами (причем режущая кромка 10 преимущественно составляет от 6 до 8 мм, а кромка 10' имеет длину от 1,8 до 3,2 мм), то высота хорды режущей кромки вторичной грани становится соответственно малой. Например, для режущей кромки 10' она составляет от 3 до 7 мкм, а для кромки 10 лежит в диапазоне от 6 до 10 мкм. Самая высокая точка режущей кромки вторичной грани находится на ее середине, где вторичная грань имеет самую малую ширину. Однако она не совсем достигает плоскости опорной поверхности 4. Преимущественно имеется ступенька в диапазоне от 2 до 100 мкм между самой высокой точкой H параллельной грани и опорной поверхностью, предпочтительно составляющая от 5 до 35 мкм. Эти параметры также справедливы для вертикального расстояния среднего участка 26 и опорной поверхности 4.

По изогнутым вторичным граням и по упрочненным скошенным углам не требуется производить шлифование поверхностей для достижения желательной чистоты поверхности обрабатываемой детали. Единственными поверхностями, которые могут потребовать подшлифовки для достижения точной установки (посадки) вставки с минимальным радиальным зазором, являются поверхности кромки 3. Основные поверхности или поверхности зазора 2 могут быть полностью и целиком отпрессованы, причем термин "основная поверхность" или "поверхность зазора" означает совокупность поверхностей 4, 5, 6, 9, 16 и 17 (фиг. 2) и 4, 5, 6, 9', 10', 26, 27, 28 (фиг. 5). Однако поверхности кромки 3 легче подшлифовывать, так как они полностью плоские и имеют полностью открытые концы. За счет упрощения изготовления производственные затраты снижены до одной пятой расходов, связанных с изготовлением режущих пластин в соответствии с документом DE-A-4013717. При этом удалось одновременно снизить радиальный люфт до значений от 0,01 до 0,02 мм. Это можно сравнить с радиальным зазором изделия по DE-A-4013717 и с зазором режущей пластины, показанной на фиг. 4, где он доходит до 0,1 мм.

Преимущественно, режущие пластины в соответствии с настоящим изобретением имеют расположенное центрально сквозное отверстие для ввода в него соответствующего элемента крепления, например, такого как винт, шплинт и т.п., см. фиг. 8.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 7, на которой можно видеть, что известная режущая пластина 1' в соответствии с настоящим изобретением имеет плоскопараллельные основную и заднюю поверхности 2', которые повернуты на 90^o друг относительно друга. Между такими поверхностями 2' идут четыре главным образом равные боковые поверхности 3', которые наклонены на определенный угол к поверхности 2' указанным ранее образом в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, боковые поверхности 3' слегка изогнуты наружу. Вдоль линии разрыва предусмотрена скошенная поверхность 5', которая образует тупой угол между основной поверхностью 2' и боковой поверхностью 3'. Эта скошенная поверхность идет под углом 30^o относительно продолжения плоскости основной поверхности 2'.

На фиг. 8 показан корпус фрезы в соответствии с заявкой на патент Швеции 9300889-4. В соответствии с настоящим изобретением, режущие пластины 1 закрепляют в кассетах 22, которые, в свою очередь, устанавливают в выемках в корпусе фрезы 23 и закрепляют винтами 24. Осевая высота точно регулируется эксцентриком 25.

Несмотря на кажущуюся простоту режущих пластин в соответствии с настоящим изобретением был достигнут целый ряд удивительных преимуществ. Так, например, в значительной степени было уменьшено краевое скалывание. Это четко показано в приведенных далее примерах.

Пример 1 Была проведена операция чистового фрезерования ряда одинаковых деталей (блоков двигателей из литейного чугуна). Поверхности чистового фрезерования имеют ряд отверстий, такие как отверстия цилиндров диаметром 80 мм и отверстия для протекания воды охлаждения диаметром 15 мм. Использованный корпус фрезы имел конфигурацию, соответствующую описанной в упомянутой выше заявке на патент Швеции, с диаметром 250 мм; в обоих тестах в корпусе устанавливали 30 режущих пластин в существующие 30 гнезд корпуса фрезы. В обоих тестах использовали следующие параметры резания: Скорость резания: 157 м/мин Подача для одной пластины: 0,22 мм Глубина прохода: 0,5 мм.

В первом тесте использовали режущие пластины в соответствии с фиг. 4, а во втором тесте использовали режущие пластины в соответствии с фиг. 1 - 3, см. табл. 1.

Таким образом, данный пример показывает преимущество режущей пластины в соответствии с настоящим изобретением в устранении краевого скалывания по сравнению с аналогичной известной режущей пластиной.

Испытания режущих пластин, соответствующих фиг. 4 - 6, также показали, что они обеспечивают меньшее краевое скалывание по сравнению с режущей пластиной фиг. 7, при одинаковых параметрах резания.

Кроме того, за счет наличия восьми полностью оперативных углов режущая пластина в соответствии с настоящим изобретением обладает очень высоким функциональным уровнем при низких производственных затратах на ее изготовление. Более того, за счет ее симметричной формы она может быть использована для фрез как с правосторонним, так и с левосторонним вращением.

Пример 2 Были проведены также сравнительные испытания известной режущей пластины (фиг. 7) и режущей пластины в соответствии с настоящим изобретением (вариант, показанный на фиг. 4 - 6); производилась оценка осевого усилия, возникающего при обработке литейного чугуна. Был использован такой же корпус фрезы и глубина резания (0,5 мм), что и в примере 1. Скорость резания составляла 150 м/мин.

Производилось измерение осевого усилия, возникающего при каждом испытании, результаты сведены в табл. 2.

Таким образом, режущие пластины в соответствии с настоящим изобретением оказывают значительно меньшее осевое усилие, что очень важно при обработке тонкостенных деталей во избежание вибраций и образования волнистости тонкостенных деталей.

Оба варианта осуществления настоящего изобретения (то есть, с одной стороны, вариант, показанный на фиг. 1 - 3, и, с другой стороны, вариант, показанный на фиг. 4 - 6), способствуют значительному уменьшению краевого скалывания. Кроме того, вариант в соответствии с фиг. 1 - 3 позволяет получить более гладкие поверхности, чем вариант, соответствующий фиг. 4 - 6, в то время как последний позволяет больше снизить осевое воздействие на обрабатываемую деталь. С учетом этих некоторых отличий корпус фрезы может быть снабжен обоими указанными типами режущих пластин, при этом оба благоприятных эффекта от их применения будут достигаться одновременно. Для оптимизации благоприятных свойств обоих типов режущих пластин может изменяться пропорция между числом режущих пластин различных типов. Испытания показали, что число режущих пластин в соответствии с фиг. 4 - б должно преимущественно превышать число режущих пластин в соответствии с фиг. 1 - 3. В частности, число режущих пластин в соответствии с фиг. 4 - 6 должно более чем в четыре раза превышать число режущих пластин в соответствии с фиг. 1 - 3. Такая пропорция дает очень хорошие результаты, в особенности при обработке тонкостенных деталей.

Формула изобретения

1. Фрезерная режущая пластина главным образом квадратной основной формы, имеющая две главным образом аналогичные основные поверхности и четыре главным образом аналогичные боковые поверхности, расположенные между указанными основными поверхностями, при этом противоположные боковые поверхности расположены под острым углом к одной из основных поверхностей, а две другие противоположные боковые поверхности расположены под тупым углом к той же основной поверхности, при этом две боковые поверхности, расположенные под острым углом к указанной одной основной поверхности, расположены под тупым углом к другой основной поверхности, при этом каждая основная поверхность включает опорную поверхность и четыре оперативных режущих угла, отличающаяся тем, что с каждым режущим углом сопряжены две скошенные поверхности, расположенные под определенным углом относительно плоскости указанной основной поверхности, при этом первая скошенная поверхность расположена ближе к режущему углу и предназначена для образования вторичной режущей кромки вдоль линии пересечения с боковой поверхностью, расположенной под острым углом к основной поверхности, а вторая скошенная поверхность, примыкающая к указанной первой скошенной поверхности, предназначена для образования главной режущей кромки с указанной боковой поверхностью.

2. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что на каждой из двух основных поверхностей выполнены две вторичные грани, каждая из которых ограничена опорной поверхностью, двумя указанными вторыми скошенными поверхностями и линией пересечения между основной поверхностью и боковой поверхностью, расположенной под острым углом к последней, при этом указанная линия пересечения образует режущую кромку вторичной грани.

3. Пластина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что две вторичные грани прилегают к режущей кромке, расположенной между двумя ближайшими режущими углами на той же основной поверхности, при этом режущая кромка каждой из двух вторичных граней составляет часть указанной режущей кромки.

4. Пластина по п.3, отличающаяся тем, что каждая вторичная грань в направлении середины режущей пластины ограничена опорной поверхностью через поверхность перехода, при этом на режущей кромке выполнен средний участок, расположенный между двумя вторичными гранями.

5. Пластина по любому из пп.2 - 4, отличающаяся тем, что каждая вторичная грань выполнена изогнутой по радиусу в направлении плоскости опорной поверхности.

6. Пластина по любому из пп.3 - 5, отличающаяся тем, что две вторичные грани расположены ближе к опорной поверхности, чем указанный средний участок.

7. Фреза для механообработки с образованием стружки, содержащая корпус, предназначенный для приведения по вращение, и режущие пластины, отличающаяся тем, что фреза снабжена кассетами, размещенными в выемках, выполненных на периферии корпуса, и средствами крепления в виде одного или нескольких крепежных винтов, размещенных в указанных выемках в сквозных отверстиях указанных кассет, имеющих вытянутую в продольном направлении форму и предназначенных для обеспечения осевого перемещения кассеты в выемке корпуса, при этом в кассетах установлена одна или несколько указанных режущих пластин, выполненных в соответствии с пп.1 - 6.

8. Фреза по п.7, отличающаяся тем, что она включает по меньшей мере одну режущую пластину по п.2 и по меньшей мере одну режущую пластину по п.3.

Приоритет по пунктам: 14.01.94 - по пп.1 - 5, 7, 8; 06.09.94 - по п.6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:САНДВИК АБ (SE)

(73) Патентообладатель:
Сандвик Интеллекчуал Проперти ХБ (SE)

Договор № РД0008307 зарегистрирован 20.04.2006

Извещение опубликовано: 10.06.2006        БИ: 16/2006