ФРЕЗА ТВЁРДОСПЛАВНАЯ КОНЦЕВАЯ СОСТАВНАЯ

Предлагаемое решение относится к области машиностроения, в частности к твердосплавному металлорежущему инструменту, предназначенному для обработки пазов, карманов, углублений в заготовках деталей, выполненных из труднообрабатываемых материалов, а именно для тех концевых фрез, где механическое крепление или крепление режущих пластин пайкой не предусматривается.
Известно решение [Барсов А.И. Технология инструментального производства. Учебник для машиностроительных техникумов. Издание 4 исправленное и дополненное, М.: Машиностроение, 1975 г. - 272 с.], в котором фреза выполнена составной, а именно режущая часть выполнена из твердого сплава, а хвостовик выполнен из конструкционной стали, обе части между собой соединены по торцу сваркой (допустимо пайкой). Недостатком такой конструкции фрезы является недостаточная надежность места соединения с позиций передачи значительных крутящих моментов при резании.
Известны также составные концевые твердосплавные фрезы [Патент РФ №154595 на полезную модель «Фреза составная с пояском и шлицем», Патент РФ №154593 на полезную модель «Фреза составная с центрирующим конусом и шлицевым соединением», Патент РФ №154594 на полезную модель «Фреза концевая составная с пояском и крестовым шлицем»], в которых место сочленения твердосплавной режущей части с хвостовиком выполнено в виде сопрягаемых между собой ответных поверхностей, имеющих ориентирующие поверхности (поясок, конус) и поверхности (шлиц, крестовый шлиц) для обеспечения возможности передачи значительных крутящих моментов при резании. Недостатком этих решений является высокая сложность изготовления мест сочленения.
Наиболее близким (прототипом), по мнению заявителя, является решение [Патент РФ на полезную модель №154596 «Фреза составная с центрирующим конусом»], в котором твердосплавная режущая часть и сопрягаемый с ней хвостовик, выполненный из конструкционной стали, соединены посредством пайки по ответным сопрягаемым между собой коническим поверхностям, причем коническое отверстие выполнено в твердосплавной режущей части, а ответный ему конический выступ выполнен на хвостовике. Недостатком данной конструкции является относительно не высокая жесткость хвостовика вследствие физико-механических свойств его материала, а также высокая сложность изготовления мест сочленения.
Техническим результатом заявляемого решения является расширение области применения составной твердосплавной концевой фрезы путем упрощения конструкции сочленения режущей части фрезы и хвостовика, а также повышением ее жесткости за счет выбора материала хвостовика.
Это достигается тем, что:
1. Соединение режущей части и хвостовика реализовано призматическим сочленением (пайкой сочленяемых призматических поверхностей). Изготовление призматического сочленения более технологически просто, чем сочленение по конусу в прототипе.
2. Хвостовик выполнен из инструментального материала, жесткость (упругие свойства, физико-механические характеристики) которого выше, чем у материала конструкционной стали, из которой выполнен хвостовик в прототипе. Например, из быстрорежущей инструментальной стали марки Р6М5, либо Р9 или Р18. Например, также из твердого сплава, упругие свойства которого отличаются от того сплава, из которого выполнена режущая часть фрезы, в частности из Т30К4.
Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя твердосплавную режущую часть и хвостовик. Режущая часть и хвостовик имеют ответные сопрягаемые поверхности.
Однако заявляемый объект отличается тем, что ответные сопрягаемые поверхности выполнены в виде призматического сочленения, а хвостовик выполнен из инструментального материала, упругие свойства которого отличаются от упругих свойств твердого сплава, из которого выполнена режущая часть фрезы. Например, хвостовик выполнен из быстрорежущей стали Р18 или твердого сплава Т30К4.
На фигуре представлена принципиальная схема заявляемой фрезы.
Фреза содержит режущую часть 1 и хвостовик 2. Они сопряжены между собой по призматическим ответным поверхностям 3. Режущая часть 1 выполнена, например, из инструментального твердого сплава марки ВК8. В простейшем случае призматическая поверхность в режущей части 1 рассматривается как равносторонняя и в виде углубления необходимой длины. Диаметр режущей части фрезы может быть выбран, исходя из конструктивных соображений. По мнению заявителя, решение может быть оправдано для диаметров от 3 до 20 мм. Хвостовик 2 необходимой длины содержит ответную призматическую поверхность, сопрягаемую с призматической поверхностью в режущей части. Он выполнен из инструментального материала, отличающегося от упругих свойств твердого сплава, из которого выполнена режущая часть фрезы. Например, хвостовик выполнен из быстрорежущей стали Р18 или твердого сплава Т30К4. Хвостовик 2 и режущая часть 1 ориентированы по отношению друг к другу в осевом направлении по призматическим поверхностям и соединены пайкой.
Фреза работает следующим образом. Фрезу устанавливают и зажимают в шпинделе станка. Осевым перемещением ее заглубляют на некоторую глубину и подачей перемещают по требуемому контуру. При этом нормальная составляющая силы резания оказывает изгибающее действие на корпус фрезы, а необходимый для осуществления резания крутящий момент передается сопряженными между собой боковыми поверхностями призм режущей части и хвостовика.
В таблице приведены результаты (получены компьютерным моделированием электронной модели фрезы) оценки величины погрешности положения стенки паза от ее теоретического положения при обработке паза в равных условиях эксплуатации фрезой-прототипом, где хвостовик выполнен из конструкционной стали 40Х, и предлагаемой фрезой.
Из данных таблицы следует, что:
- с позиций точности изготовления стенки паза во всем рассмотренном диапазоне наиболее предпочтительно применение Т30К4, но для типовых условий общего машиностроения вполне применима инструментальная сталь Р18;
- применение обоих рассмотренных инструментальных материалов позволяет превзойти материал прототипа.
Из этого следует, что та часть заявленного технического результата, которая касается повышения жесткости фрезы в сравнении с прототипом, доказана данными таблицы в виде того, что прогиб хвостовиков, выполненных из предложенных материалов, меньше и это приводит к более высокой точности изготовления деталей общего машиностроения.
Доказательство упрощения конструкции сочленения режущей части фрезы и хвостовика следующее: у прототипа использовано коническое сочленение, изготовить которое в виде впадины у хвостовика (или у режущей части при диаметре фрезы 5-20 мм) технологически сложно как с позиций обеспечения формообразующих движений, так и с позиций размеров круга, которым необходимо изготовить глухое коническое отверстие; у заявляемого объекта изготовление наружной и внутренней призматических поверхностей технологически просто обеспечивается работой шлифовального круга, имеющего профиль призмы, на проход.
Таким образом, расширение области применения предложенной фрезы обеспечивается ее новыми свойствами, а именно упрощением (следовательно, и удешевлением) конструкции сочленения режущей части и хвостовика, а также повышением жесткости за счет выбора материала хвостовика, т.е. заявленный технический результат достигается с точки зрения заявителя тем, что призматические поверхности изготовить (хоть в хвостовике, хоть в режущей части) проще, чем конусные поверхности в прототипе, а обеспечение жесткости фрезы произведено за счет исполнения хвостовика из инструментального материала.
Таким образом, показано, что заявленный технический результат и конструкция предложенного технического решения взаимосвязаны.