Результат интеллектуальной деятельности: РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА И ФРЕЗА ДЛЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

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 нержавеющей стали.

Уровень техники.

Для повышения производительности фрезерования изделий из нержавеющей стали применяют фрезы с механическим креплением режущих пластин, в том числе с износостойкими покрытиями. В процессе фрезерования режущие пластины подвергаются значительным переменным механическим и термическим воздействиям, что существенно влияет на их стойкость. При этом увеличение количества эффективно работающих зубьев позволяет снизить нагрузки, действующие на режущие пластины и повысить технологические возможности режущего инструмента.

В настоящее время широко применяются режущие' пластины, имеющие твердосплавную основу и закрепляемые в гнездах режущего инструмента с помощью винтов. При этом размеры и форма крепежных отверстий должны обеспечить с одной стороны механическую прочность режущих пластин и надежность их закрепления в гнездах корпусов фрез, а с другой стороны позволить использовать крепежный винт для фрез с большим количеством эффективных зубьев.

При обработке изделий из нержавеющей стали в результате значительного механического и термического воздействий режущие пластины находятся в сложном напряженно деформированном состоянии. При этом величины напряжений, действующих в режущих пластинах в целом, в их отдельных частях и в их износостойких покрытиях, во многом зависят от первоначальных значений напряжений, создаваемых при изготовлении режущих пластин и закреплении их в гнездах режущего инструмента с помощью винтов, а также от величин термического и механического воздействий, возникающих в процессе фрезерования и во многом зависящих от величины и соотношения размеров режущих пластин и их отверстий.

Известна, например, конструкция фрезы и режущей пластины WO 2013007443 А1. Режущая пластина выполнена двухсторонней со сквозным крепежным отверстием, коаксиальным ее оси симметрии, и закреплена с помощью винта в гнезде корпуса фрезы. Использование такой конструкции режущей пластины проблемно на фрезах с большим количеством эффективных зубьев, так как крепежные винты в таких случаях целесообразно размещать под углом к опорным поверхностям гнезд для удобства их вкручивания и выкручивания, что затруднено при обычной форме крепежных отверстий.

Также известна конструкция режущего инструмента и режущей пластины, имеющей зажимное отверстие с разнесенными зажимными частями, которое в поперечном сечении имеет некруглую форму (патенты RU 2594299 С1, 2453403). Такая конструкция режущей пластины позволяет располагать крепежные винты под углом к опорным поверхностям гнезд режущего инструмента. Однако в данной конструкции режущих пластин не решен в полной мере вопрос обеспечения прочности режущих пластин и надежности их закрепления в гнездах режущего инструмента, в том числе с учетом влияния усилий закрепления на напряженно деформированное состояние режущих пластин.

Далее следует отметить, что при прессовании из порошков твердых сплавов, например, заготовок или самих режущих пластин с отверстием для закрепления их винтом в гнездах режущего инструмента обычно используется оснастка>содержащая встречно расположенные и перемещаемые пуансоны для формирования крепежных отверстий, в том числе для двухсторонних пластин. Сам процесс прессования как, правило, происходит по нормали к земной поверхности на прессах, имеющих рамную конструкцию. При этом имеет место асимметрия жесткостных характеристик верхнего и нижнего участков прессового оборудования и оснастки относительно прессуемого (деформируемого) изделия (см., например, SU 1158260 A1, US 2017(0043397 F1). Это может оказывать существенное влияние на качество прессуемых изделий особенно при формовании в них сквозных отверстий.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной конструкции режущей пластины с зажимным отверстием, обеспечивающим снижение внутренних напряжений при ее закреплении и использовании в гнездах фрезы с большим количеством эффективных зубьев.

Задачей настоящего изобретения является также создание конструкции фрезы с повышенными технологическими возможностями для использования предложенной режущей пластины.

Сущность изобретения.

Указанные технические результаты достигаются посредством совокупности признаков, приведенных в формуле изобретения.

Режущая пластина содержит верхнюю и нижнюю торцовые поверхности, обращенные в противоположных направлениях. На каждой торцовой поверхности расположены соответственно верхняя и нижняя опорные поверхности и передние поверхности.

Между торцовыми поверхностями расположены главные боковые и угловые поверхности, на пересечении которых, с передними поверхностями образованы главные и угловые режущие кромки.

Коаксиально центральной оси режущей пластины выполнено крепежное отверстие. Оно содержит по свой длине, по меньшей мере, три участка первый, второй и центральный, который в сечении плоскостью, перпендикулярной оси отверстия, имеет некруглую форму, а первый и второй участки сопряжены с его центральным участком и торцовыми поверхностями и имеют конусообразную концентрическую форму в направлении центрального участка.

В соответствии с предложенным изобретением отношение (μ1/μ2), центральных углов, образующих последовательно чередующиеся первый, имеющий форму дуги окружности, описанной вокруг центрального участка, и второй, являющийся хордой этой окружности, участки центрального участка в сечении плоскостью, перпендикулярной оси, выбрано из диапазона 0,8…1,4, а отношение диаметра окружности, описанной вокруг центрального участка на виде со стороны торцовых поверхностей, к диаметру окружности, вписанной в пространство центрального участка крепежного отверстия, выбрано из диапазона 1,06…1,3.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением первые участки, имеющие форму дуги окружности, расположены напротив угловых режущих кромок режущих пластин.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины первый и второй участки крепежного отверстия сопряжены со вторыми участками центрального участка крепежного отверстия по гиперболе.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины центральный участок крепежного отверстия имеет первый и второй участки, расположенные вдоль крепежного отверстия, при этом упомянутые первый и второй участки имеют неравное поперечное сечение.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины длины первого и второго участков центрального участка крепежного отверстия не равны.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины объемы, ограниченные внутренними поверхностями первого и второго участков центрального участка крепежного отверстия не равны.

В соответствии с изобретением для использования описанной выше режущей пластины предложена фреза, содержащая корпус с рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси, в котором выполнены гнезда, имеющие боковые опорные поверхности и опорные поверхности, в которых выполнены резьбовые отверстия, и размещенные в гнездах и закрепленные винтами режущие пластины по одному из исполнений, указанных выше.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением фрезы резьбовые отверстия для крепежных винтов выполнены под углом к опорным поверхностям гнезд.

Краткое описание чертежей.

Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены конструктивные особенности режущей пластины, фрезы для ее использования и особенности исполнения способа изготовления режущей пластины.

При этом на чертежах в частности изображены;

на фиг. 1 изображена в перспективе предложенная режущая пластина;

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

на фиг. 3 изображен вид сверху со стороны торцовой поверхности режущей пластины, изображенной на фиг. 1, с симметричным разрезом по линии I-I фиг. 2;

на фиг. 4 изображен фрагмент сечения фиг. 3 по линии П-П, показывающий особенности конструкции крепежного отверстия режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 5 изображен вид на крепежное отверстие режущей пластины, изображенной на фиг. 1 со стороны ее торцовой поверхности;.

на фиг. 6 изображен фрагмент сечения фиг. 3 по линии П-П, показывающий особенности конструкции крепежного отверстия с центральным участком, состоящим из двух участков, режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 7 изображен фрагмент сечения фиг. 2 по линии I-I, отображающий конструктивные особенности угловой боковой поверхности режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 8 изображена в перспективе фреза с большим количеством зубьев, предназначенная для. использования режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 9 изображено в перспективе гнездо, выполненное в корпусе фрезы, изображенной на фиг. 8, для крепления режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 10 изображен фрагмент разреза фиг. 8 с закрепленной режущей пластиной, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 11 схематично изображено расположение пуансонов и прессуемой заготовки режущей пластины, изображенной на фиг. 1;

на фиг. 12 и 13 показаны сечения верхнего и нижнего пуансонов, изображенных на фиг. 11.

Детальное описание предпочтительных вариантов изобретения.

Рассмотрим фиг. 1-10, где изображены режущая пластина и фреза для ее использования.

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 12 и нижнюю 14 торцовые поверхности, обращенные в противоположных направлениях.

На каждой торцовой поверхности расположены соответственно верхняя 18 и нижняя 20 опорные поверхности и передние поверхности 22 и 24.

Между торцовыми поверхностями 12 и 14 расположены главные боковые 26 и угловые 26а поверхности, на пересечении которых с передними поверхностями образованы главные режущие кромки 28 и 30 и угловые режущие кромки 32 и 34.

Коаксиально центральной оси 16 режущей пластины 10 выполнено крепежное отверстие 36, которое содержит по свой длине, по меньшей мере, три участка первый 38, второй 42 и центральный 40, который в сечении плоскостью I-I, перпендикулярной оси 16 крепежного отверстия 36, имеет некруглую форму.

Два других участка 38 и 42 сопряжены с центральным участком 40 и торцовыми поверхностями 12 и 14 и имеют конусообразную концентрическую форму в направлении центрального участка.

В соответствии с предложенным изобретением отношение центральных углов μ1/μ2, образующих, последовательно чередующиеся первый 46, имеющий форму дуги окружности 46а, описанной вокруг центрального участка 40, и второй 44, являющийся хордой этой окружности, участки центрального участка 40 в сечении плоскостью 1-1, перпендикулярной центральной оси 16, выбрано из диапазона 0,8…1,4, а отношение диаметра окружности 46а, описанной вокруг центрального участка 40 на виде со стороны торцовых поверхностей 12 и 14, к диаметру окружности 46b, вписанной в пространство центрального участка 40 крепежного отверстия 36, выбрано из диапазона 1,06…1,3.

Нижние пределы отношений центральных углов μ1 и μ2 и отношений диаметров описанной вокруг центрального участка 40 крепежного отверстия 56 и вписанный в него окружностей обусловлено минимальной возможностью размещения под углом крепежных винтов 66 и использования их для фрез с максимальным количеством эффективных зубьев,.

Верхние пределы указанных выше соотношений обусловлены необходимостью снижения внутренних напряжений в режущей пластине при ее закреплении, а также необходимостью сохранения прочности режущей пластины и надежности ее закрепления в гнездах корпуса фрезы.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением режущей пластины первые 46 участки центрального участка 40 крепежного отверстия 36, имеющие форму дуги окружности 46а, расположены напротив угловых режущих кромок 32 и 34.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 первый 38 и второй 42 участки крепежного отверстия 36, расположенные вдоль него, сопряжены со вторыми участками 44 его центрального участка 40 по гиперболе.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины центральный участок 40 крепежного отверстия 36 имеет первый 48 и второй 50 участки, расположенные вдоль крепежного отверстия 36, при этом упомянутые первый и второй участки имеют неравное поперечное сечение.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 длины L₁ и L₂ первого 48 и второго 50 участков центрального участка 40 крепежного отверстия 36 не равны.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 объемы, ограниченные внутренними поверхностями первого 48 и второго 50 участков центрального участка 40 крепежного отверстия 36 не равны.

Следует заметить, что боковые угловые поверхности 26а режущей пластины 10 могут содержать три участка 26.1,26.2 и 26.3.

Далее рассмотрим фиг. 8-10, на которых изображены конструктивные особенности фрезы, предназначенной для использования режущей пластины 10.

В качестве примера изображена торцовая фреза с большим числом эффективных зубьев. При этом фреза 52 содержит корпус 54 с рабочей поверхностью, расположенной вокруг оси 56.

В корпусе выполнены гнезда 58, имеющие боковые опорные поверхности 64 и опорные поверхности 62, в которых выполнены резьбовые отверстия 60.

В гнездах 58 размешены и закреплены винтами 66 режущие пластины 10, выполненные по одному из предпочтительных исполнений, указанных выше.

В соответствии с одним из предпочтительных исполнений фрезы резьбовые отверстия 60 для крепежных винтов 66 выполнены под углом к опорным поверхностям 62 гнезд 58, что дает возможность использовать предложенные режущие пластины для фрез с большим количеством эффективных зубьев.

Далее рассмотрим особенности способа изготовления режущей пластины 10 по одному из ее предпочтительных исполнений, имеющих различные размеры первого 48 и второго 50 участков центрального участка 40 крепежного отверстия 36.

При этом предложенный способ изготовления режущей пластины 10 включает операции прессования ее заготовки из порошка карбидов с формированием сквозного крепежного отверстия с помощью двух встречно направленных пуансонов 68 и 70.

При этом сквозное отверстие 36 формируют с помощью пуансонов 68 и 70, у которых площади поперечного сечения рабочих частей, формирующих крепежное отверстие, не равны, причем нижний пуансон 68 имеет площадь поперечного сечения больше, чем верхний пуансон 70.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением способа используют нижний пуансон 68, состоящий из двух частей 68а и 68b.

Краткое описание работы изобретения.

В качестве примера рассмотрим двухстороннюю квадратную индексируемую режущую пластину с диаметром вписанной окружности 13,5 мм. Она имеет восемь режущих кромок.

Центральный участок 40 ее крепежного отверстия 36 имеет первый 48 и второй 50 участки, расположенные вдоль крепежного отверстия. Причем первый участок 48 при прессовании заготовки режущей пластины 10 является нижним и имеет площадь поперечного сечения больше, чем у второго участка 50.

Это обеспечивает снижение влияния асимметрии жесткостных характеристик прессового оборудования и оснастки, имеющего большую жесткость нижнего участка по сравнению с верхним участком относительно прессуемого изделия, на качество заготовки.

Центральные углы, образующие первый 46 и второй 44 участки центрального участка 40 ее крепежного отверстия 36, соответственно равны μ1=45 град, и μ2=45 град, а их отношение равно 1,0. Отношение диаметров окружности 46а и 46b равно 1,1.

Указанные режущие пластины 10 устанавливают в гнезда 58 торцовой фрезы 52 диаметром 250 мм и крепят винтами 66. При этом описанная в настоящем изобретении конструкция крепежных отверстий позволяет расположить и использовать крепежные винты под углом к опорным поверхностям 62 гнезд 58, равным α=5 град.

Это обеспечивает надежное крепление режущей пластины 10 в гнезде 58 при низких внутренних напряжениях в ней и при максимальном количестве зубьев для данной фрезы и положительном осевом угле резания.

Таким образом, предложенная режущая пластина и конструкция фрезы для ее использования позволяют решить поставленные задачи, обеспечив надежное крепление режущих пластин при низких внутренних напряжениях в них на фрезах с большим количеством зубьев.

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