Сменная режущая пластина с микротекстурированной поверхностью

Полезная модель относится к области механической лезвийной обработки металлов резанием.
Известно техническое решение в виде сменной многогранной режущей пластины с опорной поверхностью, с режущими кромками, с передней и задней поверхностями, на задней поверхности выполнены рифления, отличающейся тем, что дополнительно на передней поверхности выполнены рифления под углом 15…20 градусов к режущей кромке, на задней поверхности перпендикулярно режущей кромке, микропрофиль рифлений выполнен с шагом 500-750 нм и глубиной 300-450 нм, микропрофиль рифлений по передней и задней поверхностям выполнен с увеличением шага и глубины по мере удаления от режущей кромки и вершины режущей пластины соответственно. (Патент РФ №166357, опубл. 20.11.2016).
Недостатком данного решения является задание микрогеометрии режущих поверхностей в виде рифления микроканавками, при этом канавки расположены либо перпендикулярно, либо под углом к режущей кромке, что ведет к выдавливанию смазочно-охлаждающих средств из зоны контакта стружки и инструмента.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является выбранная в качестве прототипа сменная режущая пластина, содержащая выполненный из карбида вольфрама корпус с режущей кромкой и микротекстурой на режущей поверхности, полученной с помощью вдавливания индентором (статья Jiju V. Elias Tool texturing for micro-turning applications - an approach using mechanical micro indentation 06.09.2020).
Недостатком данного решения, в том числе технической проблемой, является наличие микротекстуры только на задней поверхности режущей пластины и его применяемость для микрообработки с очень низкими значениями подачи и величинами срезаемого слоя, при которых наиболее существенные воздействия сосредоточены на задней режущей поверхности и не учитываются явления, происходящие на передней режущей поверхности при более высоких значениях подачи.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат - повышение износостойкости режущего инструмента и производительности при чистовой обработке жаропрочных железоникелевых сплавов за счет улучшенного удержания смазочно-охлаждающих технологических средств в зоне контакта стружки и инструмента с помощью задания микротекстуры на передней режущей поверхности.
Технический результат достигается тем, что сменная режущая пластина, содержит выполненный из карбида вольфрама корпус с режущей кромкой и микротекстурой на режущей поверхности, полученной с помощью вдавливания индентором с рабочей частью в виде правильной четырехгранной пирамиды имеет микротекстуру нанесенную на переднюю режущую поверхность пластины на заданной площади контакта стружки и инструмента и выполнена в виде спаренных рядов отдельных отпечатков, расположенных параллельно режущей кромке.
Выполненные на передней режущей поверхности квадратные пирамидальные отпечатки, образующие микротекстуру, способствуют лучшему удержанию смазки в зоне резания у улучшения контактного взаимодействия стружки и инструмента, уменьшая силы и температуры резания, а также влияя на процессы наростообразования и процессы износа режущего инструмента.
Изобретение поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 - схематично изображена сменная режущая пластина с микротекстурой на передней поверхности.
На фиг. 2 - схематично изображена схема получения отпечатков на поверхности пластины с помощью вдавливания индентором.
На фиг. 3 - схематичный вид микротекстуры, состоящей из спаренных рядов отдельных отпечатков.
Сменная режущая пластина содержит выполненный из карбида вольфрама корпус 1 с режущей кромкой 2, которая образована пересечением передней режущей поверхности 4 и задней режущей поверхностью 5, и микротекстурой 3 на режущей поверхности, например, на передней режущей поверхности 4 или задней режущей поверхности 5 (фиг. 1), полученной с помощью вдавливания индентором с рабочей частью в виде правильной четырехгранной пирамиды 6 (фиг. 2), в заявленном решении микротекстура 3 нанесена на переднюю режущую поверхность 4 пластины на заданной площади контакта стружки и инструмента и выполнена в виде спаренных рядов 7 отдельных отпечатков 8, расположенных параллельно режущей кромке 2 (фиг. 3).
При изготовлении микротекстуры 3 и получения спаренных рядов отдельных отпечатков 7 в предложенном решении использовался микротвердомер с индентором для измерения микротвердости по методу Виккерса, который по заданной траектории в автоматическом режиме производил вдавливание индентора через равное расстояние, получая таким образом необходимую форму отпечатков и вид микротекстуры.
Работает сменная режущая пластина следующим образом.
В процессе обработки резанием, отделяемая часть обрабатываемого материала в виде стружки тесно контактирует с передней режущей поверхностью пластины 4. Микротекстура 3 на передней режущей поверхности 4 представляет собой набор отдельных квадратных пирамидальных отпечатков 8, которые способны служить резервуарами для смазочно-охлаждающих технологических средств непосредственно в зоне контакта стружки и инструмента. Удержание смазки способствует улучшению ее работы и уменьшает силы трения при сходе стружки, что ведет к уменьшению температуры и сил резания. При этом отдельные непересекающиеся отпечатки, образуют замкнутый контур, который призван затруднить уход смазки из зоны контакта под воздействием усилий, оказываемых стружкой на переднюю режущую поверхность 4. А построенные из отдельных отпечатков 8 спаренные ряды 7 образуют непрерывный контур подачи смазки в зону контакта на пути движения стружки, защищая переднюю режущую поверхность. Наличие дополнительной смазки также способствует уменьшению наростообразования на поверхности с микротекстурой 3. Данные явления ведут к уменьшению температур и сил резания и снижают процессы износа, увеличивая таким образом износостойкость инструмента.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение износостойкости режущего инструмента и производительности при чистовой обработке жаропрочных железоникелевых сплавов за счет изменения микрогеометрии передней режущей поверхности и уменьшения сил и температур резания.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для механической лезвийной обработки материалов резанием
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, по мнению заявителя, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.