ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ С УДАЛЕНИЕМ СТРУЖКИ, А ТАКЖЕ ВСТАВНОЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛАСТИНЫ И СМЕННАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ НЕГО
TOOL FOR CHIP REMOVING MACHINING AS WELL AS INSERT-HOLDING BLADE AND REPLACEABLE CUTTING INSERT THEREFOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Согласно первому объекту настоящее изобретение относится к инструменту, предназначенному для механической обработки с удалением стружки при обработке канавок или отрезке и относится к типу, который включает вставной резец и сменную режущую пластину, установленную в гнезде, которое расположено на конце вставного резца и ограничено между нижней опорой и упруго деформируемым зажимным пальцем, режущая пластина включает переднюю сторону, заднюю сторону, две боковые поверхности, нижнюю сторону и верхнюю сторону, в которую включена передняя поверхность, которая расположена наиболее близко к передней стороне, а также поверхность, приложения силы, которая расположена позади нее и на которую надавливает зажимной палец, включающий канал для струи жидкости, который открывается в направлении передней поверхности режущей пластины для того, чтобы распылить охлаждающую среду вблизи передней поверхности и главной режущей кромки, которая образована между передней поверхностью и передней стороной режущей пластины.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Инструмент типа, который в основном упомянут выше, в основном используется для удаления стружки или механической обработки резанием заготовок из металла или похожих материалов, например композитов. Обычным способом механической обработки является точение, прежде всего в виде операций обработки канавок или отрезки, во время которых режущая пластина подается радиально во вращающуюся заготовку для образования в ней периферийной канавки. При обработке канавок режущая пластина внедряется в заготовку на небольшую глубину, в то время как отрезка требует внедрения режущей пластины до области центральной оси заготовки. Инструменты подобного типа могут быть также установлены на фрезы, предназначенные для обеспечения прямых пазов в, например, плоской поверхности заготовки. В обоих случаях, однако, требуется, чтобы резец, служащий в качестве державки для режущей пластины, имел толщину меньше, чем ширина передней рабочей режущей кромки режущей пластины, которая определяет ширину канавки, поскольку в противном случае вставной резец не будет отделен от образованных плоских поверхностей, которые ограничивают канавку. Как следствие их практического применения инструменты, в общем, называют «отрезными инструментами».
В этой связи следует упомянуть, что сменная режущая пластина обычно изготавливается из твердого сплава или другого твердого материала, имеющего высокое сопротивление износу, при этом удерживающий вставной резец изготовлен из стали соответствующего качества. Упомянутый последним материал имеет - противоположно твердому материалу режущей пластины - определенную присущую ему упругость, которая может быть использована для закрепления режущей пластины в гнезде вставного резца.
Поскольку во время механической обработки образуется большое количество тепла, обычно требуется эффективное охлаждение режущей пластины и непосредственно окружающего ее пространства. Поэтому, традиционно, режущая пластина охлаждается сверху (охлаждение сверху), а также снизу (охлаждение снизу).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Инструмент упомянутого вначале типа предварительно известен из JP 7-227702. В одном из нескольких альтернативных вариантов, содержащихся в этом документе, режущая пластина охлаждается посредством охлаждения сверху, а также охлаждения снизу. Для того, чтобы обеспечить охлаждение сверху, канал для струи жидкости выполнен в зажимном пальце, который предназначен для закрепления режущей пластины в соответствующем гнезде. Режущая пластина включает расположенную спереди переднюю поверхность, а также заднюю поверхность приложения силы, к которой прилегает зажимной палец. Вблизи переднего носка зажимного пальца режущая пластина выполнена с заплечиком, имеющим форму фаски, которая расположена непосредственно позади задней граничной линии передней поверхности и продолжается по существу вертикально вниз к передней граничной линии поверхности приложения силы. Зажимной палец ограничен между верхней стороной и нижней стороной, которые сходятся к носку, верхняя сторона зажимного пальца и передняя поверхность режущей пластины выполнены слегка вогнутыми (на виде сбоку) так, что они вместе - в установленном состоянии режущей пластины - образуют вогнутую поверхность, вдоль которой удаленная, но еще не отделенная, стружка может скользить до охлаждения и формирования в отдельный фрагмент.
Недостаток инструмента, известного из JP 7-227702, состоит в том, что выход канала для струи жидкости отнесен от носка зажимного пальца в то время, как стружка не встречает какого-либо стружкоформирующего препятствия на всем ее пути вдоль верхней стороны зажимного пальца. Это означает, что напорная струя охлаждающей среды непосредственно сталкивается со стружкой (и тем самым охлаждает ее) без эффективного попадания на переднюю поверхность режущей пластины. Это означает, что передняя поверхность и передняя главная режущая кромка получают плохое охлаждение сверху.
ЗАДАЧИ И ОСОБЕННОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения в отношении первого объекта состоит в устранении вышеупомянутых недостатков ранее известного инструмента и в обеспечении улучшенного в целом инструмента. Следовательно, первая задача изобретения состоит в обеспечении инструмента, режущая пластина и зажимной палец которого образованы таким образом, что напорная струя охлаждающей среды, например, напорная струя воды, которая под давлением распыляется из канала для струи жидкости попадает под стружку для того, чтобы эффективно охлаждать переднюю поверхность, а также способствовать дроблению стружки от режущей пластины. Одновременно задача состоит в том, чтобы использовать заплечик, который предназначен для защиты носка зажимного пальца, для формирования стружек, которые дистанцированы от зажимного пальца, чтобы не сталкиваться с ним. Другими словами основная задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить улучшенное охлаждение сверху и улучшенный контроль стружки.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере первая задача достигается посредством переднего носка зажимного пальца, обращенного к заплечику, который образован между передней поверхностью и поверхностью приложения силы и предназначен для защиты носка от стружек, заплечик режущей пластины включает два выступа, которые взаимно отделены центральной выемкой, через которую охлаждающая среда может проходить от канала для струи жидкости к передней поверхности и главной режущей кромке режущей пластины. Таким образом, передние поверхности выступов могут направлять наружу стружку от режущей пластины, в то же время выступы защищают расположенный позади носок зажимного пальца. Посредством этого напорная струя охлаждающей среды может проходить свободно через выемку и внутрь под стружку, чтобы пройти наибольшее возможное расстояние в направлении главной режущей кромки режущей пластины.
В одном варианте изобретения выступы образуют наивысшую точку режущей пластины в установленном состоянии. Таким образом, носок зажимного пальца расположен с хорошей защитой позади выступов, в то же время эти выступы направляют стружку вверх на безопасном расстоянии от зажимного пальца.
В другом варианте поверхность приложения силы отклоняется от горизонтали вниз и назад от наивысшей точки режущей пластины, образованной выступами. Также это способствует защите носка зажимного пальца позади выступов, в то же время эти выступы направляют стружку вверх на безопасном расстоянии от зажимного пальца. Это также способствует обеспечению условий для благоприятного и относительно малого угла канала для струи жидкости через зажимной палец по отношению к передней поверхности, в результате чего жидкость под напором может быть направлена в известной степени точно к главной режущей кромке пластины, когда она проходит через выемку.
В другом варианте передняя поверхность имеет вогнутое дно, которое окружено двумя продольными ребрами, которые проходят от главной режущей кромки к выступам. Посредством этого стружка может частично подниматься вверх по боковым ребрам в направлении к выступам, где она полностью оставляет режущую пластину. Во время этой операции удаления жидкость распыляется под высоким давлением через отверстие канала для струи жидкости, причем жидкость может проходить через выемку между выступами, проникать под стружку и находить свой путь к главной режущей кромке.
В другом варианте верхняя сторона и нижняя сторона зажимного пальца сходятся к торцовой поверхности носка, канал для струи жидкости открыт на верхнюю сторону, а также на упомянутую торцовую поверхность. Таким образом, отверстие канала для струи жидкости будет находиться в нижнем положении в зажимном пальце для того, чтобы таким образом направить жидкость под напором в известной степени прямо к главной кромке режущей пластины, когда она проходит через выемку.
В другом варианте передняя поверхность, представленная наиболее глубоко лежащим плоским дном, и поверхность приложения силы, представленная двумя боковыми поверхностями V-образного желоба, режущей пластины взаимно наклонены на тупой угол, величина которого максимально составляет 165°. Таким образом, передняя поверхность режущей пластины может быть ориентирована по существу горизонтально по отношению к протяженности по длине вставного резца, в то время как поверхность приложения силы отклоняется от горизонтали вниз/назад и два выступа расположены на переходе между передней поверхностью и поверхностью приложения силы. В этом положении выступы образуют наивысшие точки режущей пластины в рабочем состоянии. Положительный эффект от этого будет в том, что носок зажимного пальца расположен хорошо защищенным позади выступов в то же время, как эти выступы направляют стружку вверх на безопасном расстоянии от зажимного пальца.
В другом варианте режущая пластина является однокромочной и имеет заднюю сторону в форме плоской поверхности, которая прижата к задней или внутренней упорной поверхности, которая включена в гнездо и образует острый угол с нижней опорой гнезда, которая представлена парой боковых поверхностей V-образного в поперечном сечении гребня, задняя сторона режущей пластины образует острый угол с нижней стороной режущей пластины, представленной двумя боковыми поверхностями V-образного в поперечном сечении желоба. Таким образом, жесткое закрепление режущей пластины в гнезде достигается простыми средствами.
В упомянутом последнем варианте острый угол задней и нижней сторонами режущей пластины может быть дополнительным углом к тупому углу между стружечной поверхностью и поверхностью приложения силы режущей пластины. За счет этого простым путем достигается по существу горизонтальная ориентация передней поверхности к вставному резцу.
Второй объект изобретения относится к сменной режущей пластине как таковой. Технические особенности упомянутой режущей пластины содержатся в независимом пункте 9 и зависимых пунктах 10-16 формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
на фиг. 1 представлен вид в перспективе в разобранном состоянии, показывающий инструмент, образованный в соответствии с изобретением, в связи с точением канавки во вращающейся заготовке,
на фиг. 2 представлен увеличенный усеченный вид сбоку вставного резца в соответствии с изобретением, служащего державкой пластины,
на фиг. 3 представлен вид в перспективе, показывающий вставной резец и режущую пластину в собранном состоянии,
на фиг. 4 представлен вид сверху в перспективе, показывающий режущую пластину инструмента,
на фиг. 5 представлен вид сбоку той же режущей пластины,
на фиг. 6 представлен вид спереди VI-VI на фиг. 5,
на фиг. 7 представлен вид сверху на режущую пластину,
на фиг. 8 представлено поперечное сечение VIII-VIII на фиг. 7,
на фиг. 9 представлено поперечное сечение IX-IX на фиг. 7,
на фиг. 10 представлено продольное сечение X-X на фиг. 7,
на фиг. 11 представлен увеличенный вид в перспективе сверху, показывающий пустое гнездо более детально,
на фиг. 12 представлен вид в перспективе снизу того же гнезда,
на фиг. 13 представлен вид с торца на вставной резец с установленной режущей пластиной,
на фиг. 14 представлено центральное продольное сечение XIV-XIV на фиг. 13, показывающее систему каналов в одной половине вставного резца, и
на фиг. 15 представлено увеличенное детализированное сечение, показывающее инструмент в операции, т.е. во время удаления стружки и одновременного охлаждения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 инструмент 1 в соответствии с изобретением показан в связи с механической обработкой заготовки 2. Инструмент реализован в форме токарного инструмента, главным элементом которого является вставной резец 3, который служит в качестве державки или базового корпуса для сменной режущей пластины 4. Заготовка 2 является цилиндрической и вращающейся в направлении R вращения. Посредством продольной подачи инструмента 1 в направлении F подачи с одновременным вращением заготовки, в ее наружной поверхности может быть выполнена периферийная канавка 5, ширина которой определяется шириной главной режущей кромки, включенной в режущую пластину 4, в то время как ее глубина определяется тем, насколько далеко вставной резец и его режущая пластина поданы в заготовку.
Способ обработки, показанный на фиг. 1 является операцией обработки канавки.
На фиг. 1 кроме того показан ключ 6, имеющий эксцентричное тело 7, посредством которого зажимной палец 8, включенный во вставной резец, может быть отогнут, чтобы позволить установку режущей пластины 4.
На фиг. 2 и 3 видно, что вставной резец 3, служащий державкой пластины, в примере имеет вытянутую прямоугольную базовую форму, ограниченную двумя продольными параллельными боковыми кромками 9 и двумя поперечными боковыми кромками 10, которые образуют концы вставного резца. В двух диагонально противоположных углах образованы гнезда 11, в которых режущая пластина 4 может быть установлена с возможностью замены. Причина, по которой вставной резец в этом случае, включающем два гнезда, состоит в том, что он устанавливается в блок (не показан), в котором вставной резец может быть перевернут так, что одно или другое гнездо принимают рабочее состояние, которое показано на фиг. 1. Однако, изобретение также применимо к таким вставным резцам, которые включают только одно гнездо.
Отдельное гнездо 11 (см. фиг. 2) ограничено между нижней опорой 12 и нижней стороной 13 зажимного пальца 8. Гнездо дополнительно ограничено внутренней упорной поверхностью 14, которая служит в качестве опоры для заднего торца режущей пластины и определяет осевое положение режущей пластины в гнезде. От гнезда 11 продолжается прорезь 15, которая открывается в отверстие 16 под ключ, в которое может быть вставлено эксцентрическое тело 7 ключа 6 для того, чтобы отогнуть зажимной палец 8 и посредством этого расширить гнездо, более точно с целью позволить замену режущих пластин.
Для того, чтобы облегчить последующее описание инструмента на фиг. 2 показана базовая линия RL, которая параллельна продольным боковым кромкам 9 и расположена посередине между ними. В этой связи следует отметить, что последующее описание основано на предположении, что вставной резец занимает горизонтальное положение, показанное на фиг. 2, и что рабочая режущая пластина закреплена в левом гнезде (см. также фиг. 3).
Для того, чтобы сделать ясной форму режущей пластины в соответствии с изобретением отсылка теперь сделана на фиг. 4-10, на которых видно, что режущая пластина в основном имеет форму шестигранника, который ограничен передней стороной 17, задней стороной 18, двумя идентичными боковыми поверхностями 19, нижней стороной 20 и верхней стороной, в целом обозначенной 21. На фиг. 5 показано, как нижняя поверхность 20 наклоняется на угол α к горизонтальной плоскости (в соответствии с фиг. 2), более точно на тот же угол, как нижняя опора 12 гнезда 11 наклоняется в отношении базовой линии RL. В примере α составляет 20°. Однако, это значение может изменяться вверх, а также вниз, хотя α не должен быть менее чем 10° или более чем 45°.
Верхняя поверхность 21 включает две различные отдельные поверхности, имеющие различные функции, т.е. с одной стороны, переднюю поверхность 22, и с другой стороны поверхность 23 приложения силы, к которой прижат зажимной палец 8. Между передней поверхностью 22 и плоской поверхностью, которая образует переднюю сторону 17, образована главная режущая кромка 24, с которой соединены две короткие вспомогательные режущие кромки 25 (см. фиг. 4), предназначенные для зачистки плоских поверхностей, образованных главной режущей кромкой 24. Передняя сторона 17 образует заднюю поверхность, которая не имеет контакта с заготовкой. Две противолежащие боковые поверхности 26 образуют аналогичным образом задние поверхности для вспомогательных режущих кромок 25.
Поверхность 23 приложения силы имеет в поперечном сечении форму V-образного желоба, который открыт вверх и включает две боковые поверхности 27, которые отделены центральным пазом 28.
Также нижняя сторона 20 имеет в поперечном сечении V-образную форму открытого вниз желоба, который включает две боковые поверхности 29, отделенные центральным пазом 30 (см. фиг. 6 и 8).
Отсылка теперь сделана к фиг. 11 и 12, на которых видно, что нижняя опора 12 гнезда 11, а также нижняя сторона 13 зажимного пальца 8 имеют в поперечном сечении форму V-образных гребней для взаимодействия с V-образными желобами в режущей пластине. Таким образом, нижняя опора 12 включает две боковые поверхности 31, которые сходятся к общему гребню 32. Аналогично, две боковые поверхности 33 сходятся к общему гребню 34. Эти боковые поверхности вместе образуют нижнюю сторону зажимного пальца, в основном обозначенную 13. Гребни 32, 34 предназначены для направления режущей пластины в правильное положение в гнезде, более точно путем вставления в пазы 28, 30 без прямого контакта с ними, когда режущая пластина находится в закрепленном положении.
В этом контексте следует отметить, что отверстие под ключ, которое в целом обозначено 16 на фиг. 2, включает верхнюю выемку в нижней стороне зажимного пальца 8 и нижнюю выемку, которая расположена позади упорной поверхности 14 и открыта вверх. Следует также отметить, что зажимной палец 8 отделен от остального резца через круглое отверстие 35 (см. фиг. 12), которое предназначено для защиты от усталости особой зоны, где происходит упругий изгиб зажимного пальца.
В дополнение к двум противолежащим плоско параллельным боковым поверхностям 36 зажимной палец ограничен верхней стороной 37 и нижней стороной 13 (боковые поверхности 33), верхними сторонами и нижними сторонами, сходящимися к носку и в целом обозначенными 38, в которые включается плоская торцовая поверхность 39. Упомянутая последней, переходит также в такую же плоскую верхнюю сторону 37 через граничную линию, обозначенную 40.
Отсылка теперь сделана на фиг. 4-10, из которых видно, что два выступа 41 образованы между передней поверхностью 22 и поверхностью 23 приложения силы. Эти выступы расположены около двух боковых поверхностей 19 режущей пластины и отделены центральной выемкой или углублением 42. В установленном функциональном состоянии режущей пластины выступы вместе образуют заплечик, позади которого в положении, защищенном от стружек, расположен носок зажимного пальца. Как видно на фиг. 5, выступы образуют наивысшие точки режущей пластины, от которых поверхность 23 приложения силы отклоняется назад (приблизительно под углом α). Передняя поверхность 22 имеет форму, отличающуюся тем, что вогнутое дно 43 (см. фиг. 4) окружено двумя боковыми ребрами 44, которые проходят от главной режущей кромки 24 к выступам 41. Как видно на фиг. 10, толщина ребер 44 увеличивается в направлении от главной режущей кромки к выступам 41, верхняя сторона отдельного ребра является вогнутой поверхностью, высшая точка которой соединена с отдельным выступом. Дно 43 включает фаску по отношению к ребрам и множество отдельных поверхностей, одна из которых, обозначенная 45 является плоской поверхностью, по существу параллельной базовой плоскости RP, показанной на фиг. 5, которая в свою очередь параллельна базовой линии RL (см. фиг. 2), когда режущая пластина установлена в гнезде. Если плоская поверхность 45 дна выбрана в качестве базовой для ориентации передней поверхности по отношению к ориентации поверхности 23 приложения силы, две поверхности образуют друг с другом тупой угол β, как видно на фиг. 10. В примере, когда α составляет 20°, β составляет 160°. Следует также отметить, что угол δ составляет 20°. Однако, угол (не показан) между передней поверхностью и задней поверхностью 17 меньше, чем 20°, более точно с целью обеспечения заднего угла ε.
Как ясно видно на фиг. 5, а также на фиг. 10 заплечик, образованный выступами 41, образует наивысшую точку режущей пластины, от которой поверхность приложения силы наклоняется от горизонтали вниз/назад, в то время как передняя поверхность 22 (с поверхностью 45 в качестве базовой плоскости) продолжается приблизительно горизонтально вперед от выступов.
Отсылка теперь сделана на фиг. 13 и 14, которые показывают, как вставной резец 3 включает систему просверленных и заглушенных каналов, через которые охлаждающая среда в частности жидкость, может быть подана к режущей пластине 4. Таким образом, от центрального бокового входного отверстия 46 жидкость может быть подана через канал 47 для охлаждения режущей пластины снизу. Канал 48 для охлаждения режущей пластины сверху частично направлен через зажимной палец 8. Как видно на фиг. 11 и 12, канал 48 открывается в область носка 38 зажимного пальца. Более точно, канал 48 открывается с одной стороны на верхнюю сторону 37 зажимного пальца и с другой стороны на плоскую торцевую поверхность 39 носка 38. Это расположение выхода канала 48 для охлаждения сверху означает, что напорная струя жидкости, распыляемая наружу из канала будет расположена сравнительно низко, и, несмотря на это низкое расположение, имеет возможность прохода через выемку 42 между выступами 41. Это показано на фиг. 15.
РАБОТА И ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 15 G1, G2 обозначают верхнюю и нижнюю направляющие круглого в поперечном сечении канала 48, который получен сверлением в материале вставного резца. Во время точения заготовки 2 режущая пластина 4 удаляет стружку, обозначенную СН, при образовании вышеупомянутой канавки 5. Более точно удаление стружки в основном происходит вдоль главной режущей кромки (так называемая зона текучести), где стружка последовательно охлаждается и изгибается, как показано на фиг. 15. При этом стружка будет частично подниматься по вышеупомянутым ребрам 44 к выступам 41, где она окончательно покидает режущую пластину. Во время упомянутой операции удаления жидкость распыляется под высоким давлением наружу через выход канала 48, причем жидкость может проходить через выемку 42 между выступами 41. В этой связи, жидкость может проникать под стружку и находить свой путь к главной режущей кромке (однако, жидкость испаряется до того, как она де факто будет способна достичь главной режущей кромки). Как видно на фиг. 15 воображаемое продолжение нижней направляющей G2 направлено к главной режущей кромке 24, в то же время, она расположена вблизи дня выемки 42, т.е. на значительной глубине ниже верхних сторон выступов 41. Это не только дает преимущество в том, что охлаждающая жидкость проходит далеко вперед в направлении главной режущей кромки, но также в том, что она способствует дроблению стружки, как показано на фиг. 15. Как и следовало ожидать, этот эффект дробления стружки увеличивается с увеличением давления охлаждающей жидкости. На практике используемое давление составляет от 50 до 100 бар или более. Такие давления прикладывают к стружке усилия, которые являются достаточно большими, чтобы значительно способствовать удалению стружки от режущей пластины.