ФРЕЗА КОНЦЕВАЯ СОСТАВНАЯ С ЦЕНТРИРУЮЩИМ ПОЯСКОМ

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 (и осевых инструментов), где механическое крепление или крепление режущих пластин пайкой не предусматривается.
Уровень развития техники известен их решения [ГОСТ 302415 - 2013 Фрезы концевые цельные твердосплавные. Технические условия.], где фреза выполнена цельной из твердого сплава. Такое решение позволяет обрабатывать глубокие пазы на высоких режимах резания. При этом отклонение стенки обработанного паза от вертикали будет предопределяться величиной прогиба стержня фрезы, которая в свою очередь зависит (при прочих равных условиях) от величины действующей силы резания и соотношения длины фрезы к ее диаметру. Для минимизации этого отклонения фреза выполнена цельной из твердого сплава. Недостаток такой конструкции состоит в высокой стоимости фрезы. Причем, чем более глубоко в заготовке расположена подлежащая обработке поверхность, тем более значим этот недостаток в силу того, что доля стоимости цилиндрической (не режущей) части (хвостовика) фрезы становится большей в общей стоимости фрезы. Более того, та часть хвостовика фрезы, которая предназначена для закрепления фрезы в зажимном устройстве (патроне, цанге и т.д.), тоже выполнена из твердого сплава, хотя эта часть фрезы менее всего подвержена нагрузкам в процессе резания. Зачастую производственная ситуация вынуждает применять такую дорогую фрезу и для обработки заготовок, выполненных из материалов, более легко обрабатываемых. В этом случае инструментальные затраты еще более высоки. Необходимы меры по снижению доли инструментальных затрат.
Наиболее близким к заявляемому объекту, по мнению заявителя, является 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 трением (допустимо пайкой). Стоимость такой фрезы ниже, чем цельной твердосплавной. Недостатками такой конструкции фрезы являются: ограничение режимов резания из-за опасности разрушения конструкции по месту пайки (площадь торцов хвостовика и режущей части, по которым производится пайка, тем меньше, чем меньше диаметр инструмента) из-за малой площади спаиваемых мест и из-за низкой сопротивляемости припоя циклическому нагружению, которое свойственно процессу фрезерования; трудно прогнозируемая величина отклонения от вертикали обработанной стенки паза из-за того, что она является совокупным результатом прогиба хвостовика, выполненного из конструкционной стали, и режущей части, выполненной из твердого сплава. Место стыка их между собой (фактически - это материал припоя) при разных величинах нагрузок, действующих в процессе резания, ведет себя поразному, чем предопределяет не управляемую (не прогнозируемую) величину отклонения от вертикали обработанной стенки паза. А возможность выполнить пробные проходы имеется не всегда. Возможен брак. Необходимо обеспечить месту стыка прогнозируемый уровень деформаций для всего диапазона действующих нагрузок.
Техническим результатом заявляемого решения является снижение стоимости фрезы, повышение прочности места сочленения хвостовика с режущей частью, обеспечение прогнозируемого прогиба инструмента в месте стыка его частей.
Технический результат достигается тем, что хвостовик, выполненный из конструкционной стали, и режущая часть, выполненная из твердого сплава, выполнены с дополнительными поверхностями сочленения, причем эти поверхности являются симметричными сопрягаемыми между собой цилиндрами, по которым тоже осуществляется пайка. Размеры этих поверхностей и плотность их сопряжения между собой выбираются конструктивно под действующие условия эксплуатации. Различие в этих конструктивных параметрах сопрягаемых поверхностей может быть отмечено в маркировке инструмента.
Таким образом, в заявляемом техническом решении, как в аналоге и прототипе, фреза является составной, т.е. состоит из твердосплавной режущей части и сопрягаемого с ней хвостовика, выполненного из конструкционной стали, причем обе части соединены между собой пайкой. Однако для достижения указанного технического результата обе части снабжены дополнительными поверхностями сочленения, причем эти поверхности являются симметричными сопрягаемыми между собой цилиндрами, по которым тоже осуществляется пайка.
На фиг. 1 показано принципиальное устройство такого инструмента. На фиг. 2 показана схема взаимодействия фрезы с обрабатываемой поверхностью заготовки.
1
2
На торце режущей части 1 инструмента, выполненной из твердого сплава, выполнена дополнительная поверхность сочленения в виде цилиндра 2, преимущественно наружнего. На ответном сопрягаемом торце хвостовика 3, выполненного из конструкционной стали, также выполнена дополнительная поверхность сочленения в виде цилиндра 4, сопрягаемого с цилиндром 2. Длина L и диаметр сопрягаемых дополнительных поверхностей сочленения выбираются из конструктивных соображений исходя из условий эксплуатации инструмента. Можно лишь отметить, что чем больше будут их длина и/или диаметр, тем выше будет прочность сочленения режущей части с хвостовиком и тем стабильнее будет прогнозироваться величина погрешности изготовления (отклонения от вертикали) стенки паза в заготовке детали. Однако стоимость инструмента при этом будет расти. Конечно, в большей мере она будет предопределяться соотношением длины L дополнительной поверхности цилиндра 2 твердосплавной части и ее длины L, либо соотношением длины L цилиндра к общей длине L инструмента.
Части 1 и 3 инструмента соединены между собой. Технологически наиболее просто их соединение осуществить методом пайки. Для этого припой заблаговременно может быть размещен в отверстии (дополнительной цилиндрической поверхности 4) хвостовика. При его нагреве припой расплавится, в отверстие 4 хвостовика 3 можно будет ввести цилиндр 2 твердосплавной режущей части 1. При достижении требуемой температуры припой распределится по цилиндрическим и торцевым сопрягаемым поверхностям. При остывании произойдет соединение. Остатки припоя могут быть удалены самостоятельно либо при чистовой отделочной обработке наружного диаметра фрезы. При необходимости выполняют балансировку фрезы.
1
1
Работает фреза следующим образом. Фрезу вставляют в зажимное устройство 5 (цанга, патрон и т.д.). Рабочие поверхности (цилиндрическую и торцевую) режущей части фрезы подводят к поверхности заготовки, подлежащей обработке. Фрезе и заготовке задают необходимые наладочные и рабочие перемещения. При выбранных режимах резания на фрезу действует некоторая составляющая P силы резания, приводящая к изгибу фрезы, т.е. к отклонению B стенки 6 паза заготовки 7 от вертикального положения. Величина этого отклонения B равна сумме прогиба хвостовика, прогиба режущей части, прогиба места их соединения. Эти величины являются расчетными в зависимости от величины действующей силы P и физико-механических характеристик соединяемых материалов. При выбранных размерах фрезы и стыкуемых поверхностей они постоянны и прогнозируемы. В случае, если величина отклонения стенки паза от вертикали выходит за поле допуска, то необходимо (снижение режимов резания для уменьшения силы резания и, соответственно, величины прогиба фрезы не желательно из-за снижения производительности обработки) повысить длину и/или диаметр сопрягаемых дополнительных цилиндрических поверхностей.
Возникающая в процессе фрезерования окружная составляющая сила резания стремится разрушить паяное соединение частей фрезы. Для исключения этого необходимо выбрать припой с соответствующим пределом прочности. Рассчитать площадь сопрягаемых цилиндрических поверхностей (т.е. выбрать их длину, диаметр, прочность сопряжения) для обеспечения возможности передачи необходимого крутящего момента фрезе не сложно.
Оценочные расчеты показывают, что:
а) только за счет экономии твердосплавного материала (при изготовлении хвостовика из конструкционной стали) стоимость фрезы снижается на 30-60%, причем чем больше необходима длина хвостовика, тем больше снижение стоимости;
б) при исходной длине фрезы 150 мм и диаметре 15 мм необходимая производительность и точность обработки для изделий общего машиностроения обеспечиваются при выполнении дополнительных сопрягаемых (по переходной посадке) цилиндрических поверхностей длиной до 10 мм при диаметре 6-8 мм.
Этим подтверждается достижение заявленного технического результата.