СМЕННАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА
REPLACEABLE CUTTING INSERT

Изобретение относится к области обработки резанием пластичных металлов и сплавов.
Известна сменная режущая пластина с расположенной вдоль главной режущей кромки и примыкающей к ней стружкозавивающей поверхностью, формы поперечных сечений которой изменяются вдоль режущей кромки пластины при удалении от ее вершины от вогнутой дуги окружности с центром, расположенным выше передней поверхности инструмента до выпуклой дуги с центром, расположенным ниже передней поверхности инструмента, а радиусы сечений стружкозавивающей поверхности в главных секущих плоскостях изменяются по обратно пропорциональной зависимости [1]. Пластина позволяет улучшить отвод стружки из зоны резания за счет интенсификации завивания в плоскости поперечного сечения стружки. Данное изобретение как наиболее близкое к заявляемому патенту принято за прототип.
к.0
1
1
к.0
Недостатками пластины являются ограниченные технологические возможности, связанные с относительно узким диапазоном возможного изменения режимов резания и низкой эффективностью стружкодробления. Область использования пластины ограничивается размерами R стружкозавивающей канавки в районе вершины инструмента. Толщина a срезаемого слоя материала не должна превышать пятикратного значения радиуса канавки: a≤5R [1]. Низкая надежность стружкодробления связана с недостаточной деформацией изгиба стружки от ее взаимодействия с естественными препятствиями. Конфигурация передней поверхности пластины вызывает дополнительный поворот поперечного сечения стружки в направлении главной задней поверхности резца, за счет которого происходит отклонение начального схода стружки, и поворот оси спирали в сторону свободного пространства между резцом и обрабатываемой поверхностью заготовки. При этом направление естественного движения стружки совпадает с вращением заготовки. Деформация стружки от взаимодействия с обрабатываемой поверхностью детали и инструмента уменьшается, в результате чего вероятность ее дробления снижается. Стружка отжимается от детали и начинает перемещаться вниз под резец, принимая вид длинной многовитковой спирали.
Техническая задача изобретения - расширение технологических возможностей режущей пластины и повышение надежности стружкодробления при обработке пластичных материалов.
Техническая задача достигается тем, что на режущей пластине с расположенной вдоль главной режущей кромки и примыкающей к ней стружкозавивающей поверхности переменной кривизны, поперечные сечения стружкозавивающей поверхности изменяют свою форму при удалении от вершины пластины от выпуклой кривой с центрами кривизны соприкасающихся окружностей, расположенными ниже передней поверхности инструмента, до вогнутой с центрами, расположенными выше передней поверхности. Вдоль режущей кромки радиусы сечений стружкозавивающей поверхности в главных секущих плоскостях изменяются по обратно пропорциональной зависимости. По мере удаления от вершины резца кривизна стружкозавивающей поверхности на ее выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается. Повышение эффективности пластины происходит за счет изменения формы образующейся при резании стружки, направления ее движения и схемы взаимодействия с обрабатываемой заготовкой.
С целью повышения технологичности режущей пластины поперечные сечения стружкозавивающей поверхности выполняют в виде дуг окружностей. В зависимости от условий эксплуатации режущую пластину изготовляют с постоянным передним углом или уменьшающимся при удалении от вершины пластины. Для обеспечения равной прочности лезвий пластины ее передние углы вдоль главной режущей кромки не изменяются. При достаточной прочности пластины ее переднюю поверхность выполняют таким образом, что передние углы стружкозавивающей поверхности в главных секущих плоскостях пластины по мере приближения к вершине увеличиваются. Создание переменного переднего угла, синхронно изменяющегося совместно с радиусом кривизны стружкозавивающей поверхности, интенсифицирует дополнительное завивание стружки в плоскости ее поперечного сечения, в результате чего изменяются условия взаимодействия стружки с заготовкой, вызывающие увеличение ее деформации и, как следствие, надежности стружкодробления. Усиление поперечного вращения стружки, увеличение угла изгиба стружки и надежности ее дробления происходит при создании на режущей пластине отрицательного угла наклона вспомогательной режущей кромки.
Эффективность режущей пластины повышается с увеличением угла наклона главной режущей кромки λ. При эксплуатации негативных пластин положительные значения λ обеспечиваются путем наклона пластины в гнезде резца. Для повышения эксплуатационных возможностей позитивных пластин они изготавливаются с положительными значениями углов λ.
Расширение технологических возможностей предложенных конструкций режущих пластин и повышение надежности стружкодробления при их эксплуатации связано с улучшением процесса стружкообразования и обеспечением рационального управления направлением схода стружки с инструмента за счет создания специальной формы передней поверхности инструмента с изменяющейся вдоль режущей кромки кривизной. Передняя поверхность пластины изготовлена таким образом, что расположенные на ней выступы, завивающие стружку в плоскости ее схода, удалены от режущей кромки. Тем самым пластина может быть использована при обработке материалов с различными значениями подачи. При эксплуатации пластины создаются благоприятные условия для дополнительного вращения стружки в плоскости ее поперечного сечения. Привершинные слои стружки, образованные выпуклым участком резца, сходят в виде прямолинейной ленты, а слои, формируемые вогнутой передней поверхностью, интенсивно завиваются в главной секущей плоскости. Такая схема деформации приводит к повороту поперечного сечения стружки в сторону обработанной поверхности заготовки и изменению траектории начального движения стружки.
В отличие от прототипа стружка начинает перемещаться не вниз под резец, а вверх от передней поверхности пластины. Начальный завиток стружки упирается в обрабатываемую поверхность заготовки, расположенную над передней поверхностью резца. Силами трения о вращающуюся заготовку стружка затягивается под резец. В результате вытягивания спирали стружки ее начальный завиток изгибается через кромку пластины и ломается. Управляя градиентом изменения геометрических параметров инструмента вдоль его режущей кромки, удается регулировать длину отрезков стружки.
Завивание стружки в плоскости ее поперечного сечения обеспечивается путем создания на режущей пластине специальной конструкции стружкозавивающей поверхности с изменяющейся вдоль режущей кромки формой и кривизной. При резании инструментом, оснащенным сменной пластиной, срезаемый слой металла попадает на примыкающую к режущей кромке стружкозавивающую поверхность переменного профиля. Перемещаясь по стружкозавивающей поверхности, слои стружки деформируются в соответствии с формой этой поверхности. В результате неоднородной по ширине срезаемого слоя деформации продольные слои стружки на выходе из зоны резания принимают различную форму. Слои стружки, формируемые вогнутой частью передней поверхности пластины, завиваются более интенсивно. Слои, перемещающиеся по выпуклой поверхности, завиваются в меньшей степени. Такой характер неоднородного деформирования стружки приводит к тому, что в момент ее отрыва от передней поверхности вдоль ширины стружки возникают переменные по величине нормальные составляющие скорости стружки, вызывающие вращение поперечного сечения стружки в направлении обработанной поверхности заготовки. В результате сложения вращательных движений в плоскости передней поверхности инструмента, нормальной к режущей кромке плоскости и поперечной плоскости стружка принимает форму спирали, упирающейся в обрабатываемую поверхность заготовки и движущуюся противоположно скорости ее вращения.
Оптимальные условия завивания стружки в плоскости поперечного сечения достигаются путем создания на режущей пластине стружкозавивающей поверхности с переменным радиусом кривизны, изменяющимся вдоль режущей кромки по обратно пропорциональной зависимости типа:
0
где R - радиус кривизны выпуклой части стружкозавивающей поверхности в вершине резца; b - длина выпуклой передней поверхности; n - число, характеризующее интенсивность изменения радиуса R вдоль режущей кромки пластины; x - координата оси, совпадающей с главной режущей кромкой пластины, с началом в вершине резца.
1
На фиг.1 показана прямоугольная сменная режущая пластина с симметрично расположенными стружкозавивающими поверхностями, аксонометрия; на фиг.2, 3 - треугольные режущие пластины с открытыми и закрытыми стружкозавивающими поверхностями; на фиг.4 - равнорасположенные сечения пластины на фиг.1 в главных секущих плоскостях; на фиг.5 - зависимость кривизны стружкозавивающей поверхности от расстояния x между секущими плоскостями и вершиной режущей пластины; на фиг.6 - режущая пластина с задними углами и положительным углом наклона главной режущей кромки λ; на фиг.7 - режущая пластина с отрицательным углом наклона вспомогательной режущей кромки λ; на фиг.8 - схема формирования стружки режущей пластиной.
Режущая пластина имеет боковые грани 1, стружкозавивающие поверхности 2, режущие кромки 3. Стружкозавивающая поверхность выполнена таким образом, что ее поперечные сечения при удалении от вершины пластины 4 изменяются от выпуклой формы до вогнутой с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента. Поверхности располагаются вдоль режущих кромок и примыкают к ним. Радиусы кривизны выпуклых и вогнутых участков стружкозавивающей поверхности изменяются вдоль режущей кромки в главных секущих плоскостях пластины по обратно пропорциональной зависимости вида:
,
0
где R - радиус кривизны выпуклой части стружкозавивающей поверхности в вершине резца; b - длина выпуклой передней поверхности; n - число, характеризующее интенсивность изменения радиуса R вдоль режущей кромки пластины; x - координата оси, совпадающей с главной режущей кромкой пластины, с началом в вершине резца.
0
1
0
1
0
Значения радиуса кривизны выпуклой части стружкозавивающей поверхности в вершине резца R выбирают в зависимости от назначения пластины. Величина минимального радиуса кривизны стружкозавивающей канавки, расположенной в районе вершины пластины, зависит от толщины a срезаемого слоя материала. Ее значение принимают из диапазона R≥(5…10)a. Для черновых операций величина R больше, чем для чистовых.
Длина лезвия пластины с выпуклой передней поверхностью b рассчитывается по формуле
,
a
где l - длина активного участка режущей кромки пластины; для квадратной пластины и пластины ромбической формы с углом при вершине 80° ; для треугольной пластины и пластины ромбической формы с углом при вершине 55° , где l - длина режущей кромки пластины.
Интенсивность завивания стружки в плоскости ее поперечного сечения зависит от степени изменения кривизны стружкозавивающей поверхности вдоль главной режущей кромки инструмента, характеризующейся показателем степени n в формуле (1). Для большинства пластичных материалов можно задать n=1.
0
При проектировании режущей пластины в качестве координатной оси принимают ось x, совпадающую с главной режущей кромкой пластины. За начало координат x принимают вершину режущей пластины.
0
Значения радиусов кривизны стружкозавивающей поверхности вдоль главной режущей кромки для сменных пластин с γ=10 град, работающих с толщинами среза от 0,1 до 0,5 мм, показаны в таблице.
Расстояние от вершины резца x, мм
Параметры сечений стружкозавивающей поверхности
форма
Кривизна 1/R
0
выпуклая
0,98
1
выпуклая
0,49
2
прямая
≈0
3
вогнутая
0,49
4
вогнутая
0,98
Режущая пластина работает следующим образом. Срезаемый слой металла попадает на примыкающую к режущей кромке стружкозавивающую поверхность, форма которой изменяется от выпуклой до вогнутой при удалении от вершины пластины.
В результате различных условий контакта стружки с инструментом возникает неоднородное по ширине срезаемого слоя напряженно-деформированное состояние зоны резания, вследствие чего на выходе из нее продольные слои стружки принимают различную форму. Слои стружки, формируемые у вершины пластины, завиваются в главной секущей плоскости инструмента менее интенсивно. Слои стружки, перемещающиеся по канавке с вогнутым профилем, завиваются в большей степени. Условие оптимального формирования стружки выполняется путем создания на пластине стружкозавивающей поверхности с переменным радиусом кривизны, изменяющимся вдоль режущей кромки по обратно пропорциональной зависимости.
Неоднородная деформация стружки приводит к тому, что кроме ее вращательных движений в плоскости передней поверхности и нормальной к режущей кромке плоскости, стружка получает дополнительное поперечное вращение в сторону обработанной поверхности, изменяющее ее вид и направление начального схода. Стружка приобретает форму плоской винтовой спирали, перемещающейся в направлении, противоположном скорости вращения заготовки. Начальный завиток стружки упирается в обрабатываемую поверхность детали, расположенную над передней поверхностью резца. Силами трения между стружкой и деталью происходит затягивание стружки под резец, изгиб через кромку пластины и дробление на части. Разрушающий изгиб осуществляется в плоскости перпендикулярной к плоскости витка стружки. Разрушающая трещина в этом случае зарождается у свободной поверхности стружки. При такой схеме взаимодействия стружки с препятствием диапазон режимов резания, при котором происходит естественное стружкодробление, расширяется. За счет дополнительной деформации стружки повышается надежность дробления сливной стружки на части при обработке широкого круга пластичных материалов. Расширение технологических возможностей режущей пластины связано с изменением схемы деформации стружки, при которой стружкозавивающий уступ расположен на удалении от вершины пластины.
Эффективность описанного способа дробления стружки повышается с увеличением главного угла в плане φ, уменьшением радиуса при вершине r, увеличением угла λ, уменьшением отношения глубины резания к подаче t/s.
Режущая пластина изготовляется методом прессования или электроэрозионным путем.
Применение пластины позволяет повысить эффективность механической обработки пластичных металлов и сплавов за счет расширения технологических возможностей режущей пластины и уменьшения простоев автоматизированного оборудования, связанных с образованием неблагоприятной для нормального течения технологического процесса формы стружки.
При использовании предложенных конструкций режущих пластин расширяется диапазон материалов, поддающихся обработке на роботизированных комплексах, уменьшается номенклатура резцов с СМП, необходимых для автоматизированного производства.
Источники информации
7
1. Патент 2237549 С1 РФ, МПК В23В 27/00. Сменная режущая пластина / С.В.Михайлов, Д.С.Скворцов. - №2003105381/02; заявл. 25.02.2003; опубл. 10.10.2004, бюл. №28. - 24 с.