Режущая пластина и торцово-цилиндрическая фреза
Владельцы патента RU 2555295:
Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" (RU)
Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при резании труднообрабатываемых материалов с использованием торцово-цилиндрических фрез. Пластина содержит верхнюю и опорную нижнюю поверхности, боковую или множество боковых поверхностей, соединяющих их с образованием режущих кромок, и центральное отверстие. На верхней поверхности выполнены угловые выступы, делящие ее на идентичные секторы и образующие примыкающую к передней поверхности восходящую и примыкающую к возвышению центрального отверстия нисходящую поверхности. Между угловыми выступами радиально расположены выступы выпуклой плавно изменяющейся формы, входящие во впадины на передней поверхности и примыкающие к возвышению центрального отверстия. Отношение части площади верхней поверхности от режущих кромок к центральному отверстию до плоскости, проходящей через режущие кромки, к ее проекции на эту плоскость выбрано в диапазоне 1,05…1,3 или отношение длины режущей кромки к длине волнистой линии, проходящей по верхней поверхности в сечении выступов и впадин через места пересечений проекций радиально расположенных выступов и участков передних поверхностей между радиальными линиями, проходящими через угловые выступы верхней поверхности и ось отверстия режущей пластины, находится в пределах 1,1…1,5. Режущая пластина устанавливается в гнездах или кассетах торцово-цилиндрической фрезы. Повышается стойкость режущих пластин и инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам, используемым в процессе обработки материалов резанием, в частности к режущей пластине и инструменту для ее использования, в основном, для обработки труднообрабатываемых материалов.
Уровень техники.
При обработке труднообрабатываемых материалов, например, титановых сплавов, одновременно возникает необходимость как в удалении стружки из зоны резания, особенно при обработке глубоких пазов, так и в повышении стойкости износостойкого покрытия, нанесенного на рабочие поверхности, и в повышении стойкости самих режущих кромок режущих пластин, тем самым повышения эффективности работы на повышенных режимах режущего инструмента в целом. Для удаления стружки из зоны резания обычно используются режущие пластины, оснащенные стружколомами и имеющие вследствие этого сложную форму передних поверхностей режущих пластин. При этом в процессе резания из-за напряженно-деформированного состояния режущих пластин существенно возрастают в них внутренние напряжения, что отрицательно сказывается на стойкости износостойкого покрытия и самих режущих кромок.
В патенте РФ RU 2492970 раскрыта режущая пластина, содержащая, по меньшей мере, одну режущую кромку, переднюю поверхность, проходящую от режущей кромки и имеющую положительный передний угол, вогнутую часть, расположенную смежно и позади передней поверхности, если смотреть от режущей кромки, и по меньшей мере один выступ, выступающий от нижней поверхности вогнутой части. При этом весь выступ расположен ближе к нижней поверхности вогнутой части, чем к поверхности, образованной продолжением передней поверхности. При этом расположение выступов в вогнутой части режущей пластины, по мнению авторов, ограничивает рост сопротивления деформации стружки, что является ее достоинством.
Однако для режущей пластины, раскрытой в патенте РФ RU 2492970, затруднительно получить эффективное удаление стружки с одновременным повышением стойкости режущих кромок и износостойкого покрытия, при обработке, например, глубоких пазов в изделиях из титановых сплавов фрезами.
В патенте РФ RU 2417864 раскрыта многоугольная режущая пластина, имеющая верхнюю и нижнюю поверхности, множество боковых поверхностей, соединяющих верхнюю и нижнюю поверхности, центральное отверстие, выполненное в ее центральной части. Для наиболее эффективного отвода стружки на наиболее высоком уровне верхней поверхности образована плоская опорная поверхность, множество участков боковой режущей кромки образовано на границе верхней поверхности и боковых поверхностей, а на границе двух смежных участков боковой режущей кромки образован участок угловой режущей кромки. При этом вдоль диагоналей режущей пластины в направлении центрального отверстия последовательно расположены наклонные поверхности, впадины и выступы. Пара выступов образована по обе стороны от диагоналей.
По мнению авторов, упомянутая конструкция режущей пластины позволяет эффективно удалять стружку из зоны резания при токарной обработке.
В то же время конструкция режущей пластины, раскрытая в патенте РФ 2417864, также не позволяет достичь положительных результатов при обработке труднообрабатываемых материалов фрезами.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенных конструкций режущей пластины для ее использования при обработке труднообрабатываемых материалов путем повышения эффективности удаления стружки и снижения в режущей пластине внутренних напряжений при ее напряженно-деформированном состоянии и, как результат, повышение стойкости режущей пластины.
Задачей настоящего изобретения также является создание торцово-цилиндрической фрезы для закрепления и использования предложенной режущей пластины.
Поставленная задача решается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения. В частности, предложена режущая пластина, в которой дана конфигурация и взаимное расположение выступов и впадин на ее верхней поверхности, а также предложено соотношение части площади верхней поверхности режущей пластины, идущей от режущих кромок к центральному отверстию до плоскости, проходящей через режущие кромки, к ее проекции на эту площадь, равное 1,02…1,3, и дано соотношение длины режущей кромки к длине волнистой линии, идущей по верхней поверхности в сечении выступов и впадин через места пересечений проекций радиально расположенных выступов и участков передних поверхностей режущей пластины на ее виде сбоку, равное 1,1…1,5.
Также предложена конструкция торцово-цилиндрической фрезы, содержащая корпус с гнездами, выполненными непосредственно в корпусе или в кассетах, устанавливаемых в корпусе, при этом каждое гнездо имеет одну опорную поверхность и боковые контактные поверхности для установки предложенной режущей пластины.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предложена режущая пластина, содержащая верхнюю поверхность, опорную нижнюю поверхность, боковую или множество боковых поверхностей, соединяющих верхнюю и нижнюю поверхности с образованием режущих кромок с верхней поверхностью, и центральное отверстие, выполненное в центральной части пластины.
Согласно предложенному изобретению на верхней поверхности выполнены угловые выступы, делящие ее на идентичные секторы А и образующие примыкающую к передней поверхности восходящую и примыкающую к возвышению центрального отверстия нисходящую поверхности, и радиально расположенные между угловыми выступами выступы выпуклой плавно изменяющейся формы, входящие во впадины, образованные на передней поверхности режущей пластины, и примыкающие к возвышению центрального отверстия.
При этом максимальные высоты угловых выступов расположены выше режущих кромок и находятся в радиальном направлении дальше от вертикальной оси отверстия режущей пластины, а в горизонтальном направлении - дальше от режущей кромки режущей пластины к расположенной параллельно режущей кромке оси отверстия, чем максимальные высоты радиально расположенных выступов.
Причем места пересечений проекций радиально расположенных выступов и участков передних поверхностей, идущих от режущих кромок внутрь верхних поверхностей, на виде с боку в поперечном сечении режущей пластины плоскостью, в основном перпендикулярной нижней поверхности, расположены ближе к режущей кромке, чем максимальные высоты угловых выступов.
Отношение части F площади верхней поверхности режущей пластины, от режущих кромок к центральному отверстию до плоскости P, проходящей через режущие кромки, к ее проекции на эту плоскость выбрано в диапазоне 1,05…1,3 или отношение длины Lк режущей кромки к длине волнистой линии, проходящей по верхней поверхности в сечении выступов и впадин через места пересечений проекций радиально расположенных выступов и участков передних поверхностей между радиальными линиями, проходящими через угловые выступы верхней поверхности и ось отверстия режущей пластины, находится в пределах 1,1…1,5.
Согласно одному предпочтительному варианту места соединения режущих кромок на боковых поверхностях выполнены с радиусными закруглениями или угловыми фасками, а режущие кромки выполнены с упрочняющими горизонтальными фасками, расположенными на передней поверхности вдоль режущих кромок.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы выполнены с равными максимальными высотами.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы выполнены с максимальными высотами, попарно диагонально равными между собой.
Согласно другому предпочтительному варианту оси симметрии секторов А верхней поверхности являются осями отверстия.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы выполнены с максимальной высотой, величина которой больше, меньше или равна максимальной высоте угловых выступов.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы, примыкающие к возвышению центрального отверстия, расположены в ряд параллельно режущей кромке или расположены на виде сверху на режущую пластину по волнистой кривой.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы выполнены с максимальными высотами, расположенными в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через режущие кромки, по выпуклой или вогнутой относительно режущей кромки кривой.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы выполнены с наибольшей высотой, большей или равной высоте расположения режущей кромки.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы и радиально расположенные выступы выполнены с формой поверхностей второго порядка, предпочтительно сферы, цилиндра, конуса или тора.
Согласно другому предпочтительному варианту между угловыми выступами и радиально расположенными выступами, впадинами, передней поверхностью и возвышением центрального отверстия выполнены плавные переходы.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы и/или их количество, и/или их форма для каждого упомянутого сектора А индивидуальны.
В соответствии с настоящим изобретением предложена торцово-цилиндрическая фреза, содержащая корпус, гнезда, выполненные в корпусе или в кассетах, установленных в корпусе, и имеющие одну опорную поверхность и боковые контактные поверхности, предназначенные для установки режущей пластины по любому из вариантов исполнения режущей пластины.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображена четырехгранная режущая пластина с положительным передним и задними углами, с симметричным расположением выступов и впадин по четырем секторам разделенной угловыми выступами верхней поверхности режущей пластины.
В целях упрощения чертежей элементы конструкции режущей пластины указаны и далее описаны для отдельных секторов, что имеет отношение ко всей режущей пластине в целом. При этом:
на фиг. 1 показан вид в перспективе на режущую пластину в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 показан вид сверху на верхнюю поверхность режущей пластины, представленной на фиг. 1;
на фиг. 3 показано частично поперечное сечение режущей пластины, изображенной на фиг. 2, по линии С-С вдоль угловых выступов;
на фиг. 4 показано частично поперечное сечение режущей пластины, изображенной на фиг. 2, по линии В-В;
на фиг. 5 показано частично поперечное сечение режущей пластины, изображенной на фиг. 2, по линии А-А;
на фиг. 6 показано в перспективе сечение плоскостью Р, проходящей через режущие кромки, режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 7а показана в перспективе режущая пластина с сечением плоскостью D, проходящей через места пересечений проекций радиально расположенных выступов и участков передних поверхностей на виде с боку, режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 7b показано частично сечение фиг. 2, 5 и 7а плоскость D по линии D-D;
на фиг. 8а и 8b показано в перспективе частично исполнение мест соединения режущих кромок на верхней поверхности соответственно в виде радиуса и угловой кромки режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 9 показан в перспективе общий вид торцово-цилиндрической фрезы с использованием режущей пластины, изображенной на фиг. 1-8;
на фиг. 10 показан в перспективе вид гнезда торцово-цилиндрической фрезы, изображенной на фиг. 9, для крепления режущей пластины, изображенной на фиг. 1-8.
Детальное описание чертежей.
Рассмотрим фиг. 1-10, показывающие режущую пластину 10 и торцово-цилиндрическую фрезу 54, в которой используется эта 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 содержит верхнюю поверхность 12, опорную нижнюю поверхность 14, боковую или множество боковых поверхностей 16, соединяющих верхнюю 12 и нижнюю 14 поверхности с образованием режущих кромок 26 с верхней поверхностью 12, и центральное отверстие 18, выполненное в центральной части пластины.
В соответствии с предложенным изобретением на верхней поверхности 12 выполнены угловые выступы 20, делящие ее на идентичные секторы А и образующие примыкающую к передней поверхности 36 восходящую и примыкающую к возвышению центрального отверстия нисходящую поверхности (фиг. 3).
Между угловыми выступами 20 радиально расположены выступы 32. Они имеют выпуклую плавно изменяющуюся форму и входят во впадины 34, образованные на передней поверхности 36 режущей пластины (10, и примыкают к возвышению 38 центрального отверстия 18.
При этом максимальные высоты 22 угловых выступов 20 расположены выше режущих кромок 26 и находятся в радиальном направлении дальше от вертикальной оси 24 отверстия 18 режущей пластины 10 (R1 больше, чем R2 и R3), а в горизонтальном направлении - дальше от режущей кромки 26 режущей пластины 10 к расположенной параллельно режущей кромке 26 оси 28 и 52 отверстия 18, чем максимальные высоты 30 радиально расположенных выступов 32 (L1 больше L2),
Причем места 40 пересечений проекций радиально расположенных выступов 32 и участков 42 передних поверхностей 36, идущих от режущих кромок 26 внутрь верхних поверхностей 12, на виде с боку в поперечном сечении режущей пластины 10 плоскостью, в основном перпендикулярной нижней поверхности 14, расположены ближе к режущей кромке 26, чем максимальные высоты 22 угловых выступов 20.
Отношение части F площади верхней поверхности 12 режущей пластины 10, от режущих кромок 26 к центральному отверстию 18 до плоскости Р, проходящей через режущие кромки 26, к ее проекции Fр на эту плоскость выбрано в диапазоне 1,05…1,3; или отношение длины Lк режущей кромки 26 к длине волнистой линии 44, проходящей по верхней поверхности 12 в сечении D-D выступов 32 и впадин 34 через места 40 пересечений проекций радиально расположенных выступов 32 и участков 42 передних поверхностей 36 между радиальными линиями 46, проходящими через угловые выступы верхней поверхности 12 и ось отверстия 18 режущей пластины 10, находится в пределах 1,1…1,5.
При изготовлении режущих пластин 10 соотношение размеров части площади верхней поверхности к ее проекции на плоскость, проходящую через режущие кромки или соотношение длин режущей кромки и волнистой линии, проходящей по верхней поверхности режущей пластины в сечении выступов и впадин в месте пересечения их проекций на виде с боку на режущую пластину, выбирают в зависимости от геометрических размеров режущих пластин, марки обрабатываемого материала, материала износостойкого покрытия пластин и схемы обработки деталей.
Это обусловлено тем, что напряженно-деформированное состояние режущих пластин, возникающее при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов, во многом зависит от упомянутых выше параметров как самой пластины, так и условий ее работы.
Для различных условий работы режущих пластин могут быть различные варианты их исполнения. Согласно одному предпочтительному варианту места соединения режущих кромок 26 на боковых поверхностях 16 выполнены с радиусными закруглениями 48 или угловыми фасками 50, а режущие кромки 26 выполнены с упрочняющими горизонтальными фасками 50а, расположенными на передней поверхности 36 вдоль режущих кромок.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы выполнены с равными максимальными высотами 22.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы 20 выполнены с максимальными высотами, попарно диагонально равными между собой.
Согласно другому предпочтительному варианту оси симметрии 28 и 52 секторов А верхней поверхности 12 являются осями отверстия 18.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы 32 выполнены с максимальной высотой 30, величина которой больше, меньше или равна максимальной высоте 22 угловых выступов 20.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы 32, примыкающие к возвышению 38 центрального отверстия 18, расположены в ряд параллельно режущей кромке 26 или расположены на виде сверху на режущую пластину 10 по волнистой кривой.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы 32 выполнены с максимальными высотами 30, расположенными в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через режущие кромки 26, по выпуклой или вогнутой относительно режущей кромки 26 кривой.
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы 32 выполнены с наибольшей высотой 30, большей или равной высоте расположения режущей кромки 26.
Согласно другому предпочтительному варианту угловые выступы 20 и радиально расположенные выступы 32 выполнены с формой поверхностей второго порядка, предпочтительно сферы, цилиндра, конуса или тора.
Согласно другому предпочтительному варианту между угловыми выступами 20 и радиально расположенными выступами 32, впадинами 34, передней поверхностью (36 и возвышением 38 центрального отверстия 18 выполнены плавные переходы.
-9-
Согласно другому предпочтительному варианту радиально расположенные выступы 32 и/или их количество, и/или их форма для каждого упомянутого сектора А индивидуальны.
Согласно настоящему изобретению предложена торцово-цилиндрическая фреза 54, содержащая корпус 56, гнезда 58, выполненные в корпусе 56 или в кассетах, установленных в корпусе, и имеющие одну опорную поверхность 60 и боковые контактные поверхности 62, предназначенные для установки режущей пластины 10 по любому из указанных выше вариантов.
Предложенная группа изобретений работает следующим образом. В зависимости от обрабатываемого материала, формы обрабатываемой поверхности и режимов резания выбирают режущие пластины определенных геометрических размеров, с определенной формой, высотой и взаимным расположением выступов и впадин, размещенных на верхней поверхности режущей пластины, а также соотношение размеров части площади верхней поверхности к ее проекции на плоскость,
Далее режущие пластины 10 крепят в гнездах 58 торцово-цилиндрической фрезы 54. Причем на торце фрезы устанавливают, как правило, режущие пластины большего размера. Это связано с более тяжелыми условиями их работы. Фрезу устанавливают в шпиндель металлорежущего станка и обрабатывают выбранные детали.
Указанные выше отличительные признаки режущей пластины, в частности, форма, высота и взаимное расположение выступов и впадин, размещенных на верхней поверхности режущей пластины, а также соотношение размеров части площади верхней поверхности к ее проекции на плоскость, проходящую через режущие кромки или соотношение длин режущей кромки и волнистой линии, проходящей по верхней поверхности режущей пластины в сечении выступов и впадин в месте пересечения их проекций на виде с боку на режущую пластину, обеспечивают повышение стойкости режущих пластин при обработке труднообрабатываемых материалов за счет повышения эффективности удаления стружки и снижения в режущей пластине и износостойком покрытии на ее рабочих поверхностях внутренних напряжений при ее напряженно деформированном состоянии.
Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенных в приведенной ниже формуле изобретения. Например, режущие кромки могут иметь радиусные закругления, угловые или горизонтальные упрочняющие фаски размером до 0,7 мм, а сама режущая пластина может быть круглой или многоугольной с неограниченным количеством боковых поверхностей, являющихся ее гранями, каждой из которых соответствует режущая кромка или ее участок и сектор верхней поверхности режущей пластины, ограниченный угловыми выступами, между которыми расположены радиально расположенные выступы. При этом количество радиально расположенных выступов в каждом секторе, по крайней мере, может быть три и более.
1. Режущая пластина (10), содержащая верхнюю поверхность (12), опорную нижнюю поверхность (14), боковую или множество боковых поверхностей (16), соединяющих верхнюю (12) и нижнюю (14) поверхности с образованием режущих кромок (26) с верхней поверхностью (12), и центральное отверстие (18), выполненное в центральной части пластины, отличающаяся тем, что на верхней поверхности (12) выполнены угловые выступы (20), делящие ее на идентичные секторы (А) и образующие примыкающую к передней поверхности (36) восходящую и примыкающую к возвышению центрального отверстия нисходящую поверхности, и радиально расположенные между угловыми выступами (20) выступы (32) выпуклой плавно изменяющейся формы, входящие во впадины (34), образованные на передней поверхности (36) режущей пластины (10), и примыкающие к возвышению (38) центрального отверстия (18), при этом максимальные высоты (22) угловых выступов (20) расположены выше режущих кромок (26) и находятся в радиальном направлении дальше от вертикальной оси (24) отверстия (18) режущей пластины (10), а в горизонтальном направлении - дальше от режущей кромки (26) режущей пластины (10) к расположенной параллельно режущей кромке (26) оси (28, 52) отверстия (18), чем максимальные высоты (30) радиально расположенных выступов (32), причем места (40) пересечений проекций радиально расположенных выступов (32) и участков (42) передних поверхностей (36), идущих от режущих кромок (26) внутрь верхних поверхностей (12), на виде с боку в поперечном сечении режущей пластины (10) плоскостью перпендикулярной нижней поверхности (14), расположены ближе к режущей кромке (26), чем максимальные высоты (22) угловых выступов (20), а отношение части (F) площади верхней поверхности (12) режущей пластины (10) от режущих кромок (26) к центральному отверстию (18) до плоскости (Р), проходящей через режущие кромки (26), к ее проекции на эту плоскость, выбрано в диапазоне 1,05…1,3, или отношение длины (Lк) режущей кромки (26) к длине волнистой линии (44), проходящей по верхней поверхности (12) в сечении выступов (32) и впадин (34) через места (40) пересечений проекций радиально расположенных выступов (32) и участков (42) передних поверхностей (36) между радиальными линиями (46), проходящими через угловые выступы верхней поверхности (12) и ось отверстия (18) режущей пластины (10), находится в пределах 1,1…1,5.
2. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что места соединения режущих кромок (26) на боковых поверхностях (16) выполнены с радиусными закруглениями (48) или угловыми фасками (50), а режущие кромки (26) выполнены с упрочняющими горизонтальными фасками (50а), расположенными на передней поверхности (36) вдоль режущих кромок.
3. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что угловые выступы выполнены с равными максимальными высотами (22).
4. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что угловые выступы (20) выполнены с максимальными высотами, попарно диагонально равными между собой.
5. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что оси симметрии (28, 52) секторов (А) верхней поверхности (12) являются осями отверстия (18).
6. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что радиально расположенные выступы (32) выполнены с максимальной высотой (30), величина которой больше, меньше или равна максимальной высоте (22) угловых выступов (20).
7. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что радиально расположенные выступы (32), примыкающие к возвышению (38) центрального отверстия (18), расположены в ряд параллельно режущей кромке (26) или расположены на виде сверху на режущую пластину (10) по волнистой кривой.
8. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что радиально расположенные выступы (32) выполнены с максимальными высотами (30), расположенными в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через режущие кромки (26), по выпуклой или вогнутой относительно режущей кромки (26) кривой.
9. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что радиально расположенные выступы (32) выполнены с наибольшей высотой (30), большей или равной высоте расположения режущей кромки (26).
10. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что угловые выступы (20) и радиально расположенные выступы (32) выполнены с формой поверхностей второго порядка, предпочтительно сферы, цилиндра, конуса или тора.
11. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что между угловыми выступами (20) и радиально расположенными выступами (32), впадинами (34), передней поверхностью (36) и возвышением (38) центрального отверстия (18) выполнены плавные переходы.
12. Режущая пластина по п. 1, отличающаяся тем, что радиально расположенные выступы (32) и/или их количество, и/или их форма для каждого упомянутого сектора (А) индивидуальны.
13. Торцово-цилиндрическая фреза (54), содержащая корпус (56), гнезда (58), выполненные в корпусе (56)или в кассетах, установленных в корпусе, и имеющие одну опорную поверхность (60) и боковые контактные поверхности (62), в которых установлены режущие пластины (10) по любому из пп. 1-12.
