ФРЕЗА КОНЦЕВАЯ

Область техники.
Настоящая полезная модель относится к устройствам, используемым для обработки материала резанием, в частности к концевым фрезам для обработки изделий из трудно обрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов.
Уровень техники.
Для чистовой обработки изделий из трудно обрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов, используют концевые фрезы различного диаметра и длины. При этом фрезы могут быть выполнены из быстрорежущей стали и твердого сплава с износостойким покрытием и без него с различным количеством зубьев. В процессе фрезерования рабочая часть фрез подвергается значительному переменному механическому и термическому воздействиям. Она периодически испытывает изгиб с кручением и находится в сложном напряженно-деформированном состоянии. При этом могут возникать как крутильные, так и изгибные колебания рабочей части фрезы, оказывающие отрицательное влияние на стойкость инструмента и качество обрабатываемой поверхности. Особенно актуально снижение вибраций, влияющих на стойкость, для инструмента, имеющего высокотемпературные износостойкие покрытие, например, из нитрида ниобия (NbN). Величина изгиба и скручивания рабочей части концевых фрез зависит от многих показателей, одним из которых является жесткость ее конструкции. Для снижения вибраций необходимо увеличивать жесткость рабочей части инструмента. Это комплексный показатель, который в свою очередь в значительной степени зависит от свойств материала основы инструмента и его геометрических размеров. В износостойких покрытиях, нанесенных на режущий инструмент, например, из твердого сплава, могут возникать остаточные сжимающие напряжения значительной величины, которые оказывают существенное влияние на жесткость инструмента. При этом на поверхности режущей части, например, концевой фрезы, образуется своеобразная сжимающая оболочка, существенно увеличивающая жесткость инструмента. Величина суммарных сжимающих усилий, действующих на рабочую часть инструмента, во многом будет зависеть от свойств износостойкого покрытия, площади и/или протяженности в определенном направлении поверхности рабочей части, на которую нанесено покрытие и которая для одного и того диаметра и длины рабочей части может быть разной, так как в свою очередь определяется величиной и формой стружкоотводящих канавок, расположенных вдоль рабочей части.
В патента ЕР 1722009 А1 описан режущий инструмент в виде концевой фрезы или сверла, содержащий подложку из твердого сплава и покрытие, состоящее из одного или нескольких слоев износостойкого покрытия. Из них, по меньшей мере, один слой содержит фазу Н-Ме2Х, где Me1 представляет собой один или несколько из элементов V, Cr, Nb и Та, Ме2 является одним или несколькими из элементов Ti, Zr, Hf, Al, Si.
Данный режущий инструмент, в котором использованы известные технические решения, имеет высокую стойкость. Однако в нем не использованы в полной мере свойства износостойких покрытий, имеющих остаточные сжимающие напряжения, для повышения работоспособности и стойкости инструмента за счет снижения его вибраций.
Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции фрезы концевой, в которой свойства остаточных сжимающих напряжений в износостойких покрытиях, нанесенных на ее рабочую часть, эффективно используются для повышения жесткости конструкции и, тем самым снижения вибраций инструмента.
Сущность полезной модели.
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы полезной модели,
Фреза концевая содержит расположенную вокруг оси вращения рабочую часть в виде чередующихся режущих кромок и стружкоотводящих канавок, выполненную из твердого сплава с износостойким покрытием из нитрида ниобия, имеющим остаточные сжимающие напряжения.
Согласно предложенной полезной модели указанное износостойкое покрытие нанесено на расстоянии до двух третьих рабочей части от торца фрезы.
При этом отношение длины поверхности с нанесенным износостойким покрытием по периметру рабочей части фрезы в каждом поперечном сечении ее плоскостью, перпендикулярной оси вращения, к длине окружности, описанной вокруг режущих кромок в этом поперечном сечении, составляет 0,84…1,2.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением износостойкое покрытие имеет толщину 0,5-5 мкм.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением торец рабочей части фрезы концевой выполнен с радиусными закруглениями или угловыми фасками.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением остаточные сжимающие напряжения износостойкого покрытия находятся в пределах 1…4 гПа.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением износостойкое покрытие нанесено в виде фрагментов, не образующих сплошную замкнутую оболочку.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением износостойкое покрытие нанесено в виде пятен.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением износостойкое покрытие нанесено в виде полос или колец.
Краткое описание чертежей.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, полезная модель будет описана с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображена конструкция фрезы концевой.
На фиг. 1 изображен вид сбоку фрезы концевой с цилиндрической рабочей частью;
на фиг. 2 изображен вид снизу на фрезу концевую, изображенную на фиг. 1;
на фиг. 3 изображено сечение по линии I-I рабочей части фрезы концевой, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 4 изображен фрагмент рабочей части фрезы концевой, изображенной на фиг. 1, с нанесенным износостойким покрытием в виде полос;
на фиг. 5 изображен фрагмент рабочей части фрезы концевой, изображенной на фиг. 1, с нанесенным износостойким покрытием в виде пятен.
Детальное описание чертежей.
На фиг. 1-5 в качестве примера изображена фреза концевая 10 с цилиндрической рабочей частью 14 с винтовым расположением четырех зубьев и цилиндрическим хвостовиком 22.. Настоящая полезная модель распространяется также на фрезы концевые с другим количеством зубьев и другой формой рабочей части.
Фреза концевая 10 содержит расположенную вокруг оси вращения 12 рабочую часть 14 в виде чередующихся режущих кромок 16 и стружкоотводящих канавок 18, выполненную из твердого сплава с износостойким покрытием из нитрида ниобия, имеющим остаточные сжимающие напряжения.
Рабочая часть 14 может быть цилиндрической или конической, а на ее торце 20 могут быть выполнены радиусные закругления или угловые фаски.
В соответствии с предложенной полезной моделью указанное износостойкое покрытие нанесено на расстоянии до двух третьих рабочей части от торца 20 фрезы 10.
При этом отношение длины поверхности с нанесенным износостойким покрытием по периметру 24 рабочей части фрезы в каждом поперечном сечении ее плоскостью I-I, перпендикулярной оси вращения 12, к длине окружности 26, описанной вокруг режущих кромок 16 в этом поперечном сечении I-I, составляет 0,84…1,2. Нижний предел указанного отношения обусловлен не целесообразностью дальнейшего увеличения протяженности поверхности с нанесенным износостойким покрытием в поперечном сечении рабочей части фрезы из-за возможной потери конструктивной жесткости и прочности рабочей части фрезы. Это характерно, например, для фрез концевых с двумя зубьями.
Верхний предел указанного выше отношения обусловлен не целесообразностью дальнейшего уменьшения протяженности поверхности с нанесенным износостойким покрытием в поперечном сечении рабочей части фрезы ввиду возможного снижения ее работоспособности. Например, если уменьшить протяженность поверхности за счет уменьшения стружкоотводящих канавок, то это может привести к затруднению схода стружки.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением износостойкое покрытие имеет толщину 0,5-5 мкм. При этом слой из нитрида ниобия может быть выполнен верхним или являться подложкой для верхнего слоя из аморфного углерода. Остаточные сжимающие напряжения верхнего слоя износостойкого покрытия соответственно могут находиться в пределах 1…4 гПа или 8-10 гПа.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением торец рабочей части фрезы концевой выполнен с радиусными закруглениями или угловыми фасками.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением полезной модели, износостойкое покрытие может быть нанесено на рабочую часть 14 фрезы концевой 10 в виде фрагментов 28 и 30 и не образует сплошную замкнутую оболочку. При этом фрагменты износостойкого покрытия, выполнены в виде пятен 28, полос 30 (фиг. 4, 5) или колец.
Описание работы полезной модели.
Фреза концевая предложенной конструкции работает следующим образом. Она может быть использована как на универсальном оборудовании, так и на обрабатывающих центрах. В зависимости от обрабатываемого материала, режимов и схемы обработки выбирают концевую фрезу с соответствующей жесткостью рабочей частью, которая зависит от соотношения длины поверхности с нанесенным износостойким покрытием по периметру ее рабочей части в каждом поперечном сечении плоскостью, перпендикулярной оси вращения, к длине окружности, описанной вокруг режущих кромок в этом поперечном сечении.
В процессе фрезерования изделий из труднообрабатываемых материалов на рабочую часть фрезы действуют значительные переменные нагрузки, но их отрицательные воздействия на работоспособность инструмента значительно снижены, так как фрезы концевые предложенной конструкции обладают повышенной жесткостью и виброустойчивостью.
Хотя настоящая полезная модель была описана с определенной степенью детализации на примере фрезы концевой с цилиндрической рабочей частью следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема полезной модели, изложенного в приведенной ниже формуле полезной модели.