Результат интеллектуальной деятельности: Режущая пластина для установки на инструмент с большим осевым передним углом резания

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.