РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ МОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ И ФРЕЗА ДЛЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
CUTTING INSERT FOR MODULAR MILL AND MILL FOR USE

Область техники.
Настоящее изобретение относится к области обработки материалов резанием, в частности к сборному зуборезному режущему инструменту, а именно к модульным фрезам и режущих пластинам к ним и включает группу изобретений.
Уровень техники.
Для производительного фрезерования зацеплений зубчатых передач используют модульные фрезы с механическим креплением сменных режущих пластин, имеющих различные формы.
Кроме технологических требований, обусловленных формой и размером зубчатых зацеплений, к рассматриваемым фрезам предъявляются повышенные требования к механической прочности их корпусов и основных режущих пластин, формообразующих поверхности зубчатых зацеплений и имеющих большие геометрические размеры, в том числе большую длину, значительно превышающую их ширину. Это существенно влияет на прочность пластин и условия их закрепления в гнездах корпуса фрез.
В процессе фрезерования деталей зубчатых зацеплений, особенно имеющих большие модули, режущие пластины устанавливают с перекрытием и они подвергаются усиленному термомеханическому воздействию, которое приводит к сложному напряженно-деформированному состоянию режущих кромок и самих режущих пластин. Это необходимо учитывать в конструкциях как гнезд для закрепления пластин, так и самих режущих пластин.
При этом в условиях значительных габаритных размеров режущих пластин и узлов их крепления необходимо обеспечить механическую прочность указанных элементов конструкций и надежность крепления пластин, сохранив максимальное количество их режущих кромок, а также обеспечить возможность получения режущих пластин с различными радиусами закругления из одной заготовки, с учетом установки их в одном корпусе фрезы с перекрытием.
Известны конструкции модульных фрез (см., например, патенты RU №2465989, №70474), содержащие корпус, в гнездах которого установлены индексируемые тангенциальные режущие пластины. При этом основные формообразующие пластины размещены в гнездах с противоположных торцовых сторон корпуса, а их главные режущие кромки расположены с перекрытием. Каждое гнездо имеет боковые базовые поверхности и основание, являющееся базовой поверхностью. При этом режущая пластина в каждом гнезде закреплена с помощью крепежного винта через крепежное отверстие, выполненное в центральной части гнезда.
Указанные конструкции фрез и режущих пластин не могут быть эффективно использованы для фрезерования элементов зубчатых передач, имеющих большие модули. Это обусловлено недостаточной стойкостью основных сменных режущих пластин, имеющих большие размеры и в частности большую длину в сравнении с их шириной.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции режущих пластин для модульных фрез, обеспечивающей их повышенную работоспособность и стойкость.
Задачей настоящего изобретения также является создание конструкции модульных фрез для использования указанных режущих пластин.
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.
Раскрытие изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением режущая пластина для модульной фрезы содержит две противолежащие торцовые поверхности, являющиеся передними поверхностями.
Между этими поверхностями расположена боковая поверхность, содержащая опорную поверхностью и противолежащую ей заднюю поверхность, а также расположенные между упомянутыми поверхностями вспомогательные боковые поверхности.
Ось симметрии режущей пластины расположена перпендикулярно опорной поверхности и совпадает с осью сквозного крепежного отверстия, проходящего между опорной поверхностью и задней поверхностью.
Режущая пластина также содержит, по меньшей мере, две главные режущие кромки, образованные на пересечении передней и задней поверхностей.
На виде сверху на заднюю поверхность режущая пластина имеет форму прямоугольника, а на задней поверхности по обе стороны от крепежного отверстия вдоль оси симметрии пластины выполнены пазы, открытие на вспомогательные боковые поверхности.
Согласно изобретению указанные пазы имеют меньшую ширину в направлении от отверстия к вспомогательным боковым поверхностям, а их боковые поверхности расположены под острыми внутренними углами к опорной поверхности пластины,
При этом на задней поверхности режущей пластины между главными режущими кромками и боковыми поверхностями пазов выполнены скосы, имеющие меньшую ширину в направлении от вспомогательных боковых поверхностей к крепежному отверстию.
Причем линии пересечения боковых поверхностей пазов с указанными скосами на виде сверху на заднюю поверхность расположены на сторонах большого мнимого ромба, а линии пересечения пазов с их дном расположены на сторонах малого мнимого ромба.
При этом оси указанных ромбов совпадают с осями симметрии режущей пластины, а большая диагональ большого ромба больше диаметра окружности, описанной вокруг пластины на ее виде сверху на заднюю поверхность, малая ось большого ромба больше диаметра крепежного отверстия, но меньше окружности, вписанной в пластину.
Причем большая диагональ малого ромба больше длины пластины, но меньше диаметра окружности, описанной вокруг пластины на ее виде сверху на заднюю поверхность, а малая диагональ малого ромба меньше диаметра крепежного отверстия.
В соответствии с одним из предпочтительных исполнений режущей пластины отношение длин больших диагоналей соответственно большого ромба к малому ромбу выбрано из диапазона 1,1-1,9, а отношение малых диагоналей соответственно большого ромба к малому ромбу выбрано из диапазона 2,1-3,1.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее задняя поверхность выполнена выпуклой или вогнутой, или волнистой.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее боковые поверхности пазов выполнены вогнутыми или выпуклыми.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины соотношение ее длины и ширины выбраны из диапазона 1,4-2,3.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее задней поверхности, по меньшей мере, вдоль одной вспомогательной боковой поверхности выполнено радиусное закругление, а на опорной поверхности и, по меньшей мере, одной вспомогательной боковой поверхности выполнена фаска.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее основа выполнена из твердого сплава, имеющего связующую фазу в комбинации кобальта, по меньшей мере, с одним из металлов Ir, Pd, Ru, Re, Rh, Os, а на ее рабочие поверхности дополнительно нанесено износостойкое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один слой, который содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb, Ti, Та, Zr, Hf, В, Al, Si, C, N, O.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее твердосплавная основа содержит углеродные нанотрубки, которые расположены по объему пластины хаотично, или, по меньшей мере, часть из них ориентирована относительно передней и задней поверхностей, и, по меньшей мере, часть углеродных нанотрубок имеют выход на переднюю и заднюю поверхности и контактирует с износостойким покрытием.
В соответствии с изобретением фреза модульная содержит корпус в виде диска, в котором с одной и другой его стороны выполнены гнезда для размещения сменных режущих пластин.
При этом согласно изобретению, по меньшей мере, в нескольких указанных гнездах размещены тангенциально и закреплены с помощью винтов режущие пластины, выполненные по любому из указанных выше пунктов.
Причем опорные поверхности режущих пластин контактируют с опорными поверхностями гнезд, их вспомогательные боковые поверхности - с боковыми поверхностями гнезд, а одна из торцовых поверхностей каждой режущей пластины - с тангенциальной базой гнез.
Краткое описание чертежей.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены режущая пластина для модульной фрезы и фреза для ее использования. При этом:
на фиг. 1 показан вид в перспективе на режущую пластину для модульной фрезы;
на фиг. 2 показан вид сверху на заднюю поверхность режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг.3 показан разрез по линии I-I режущей пластины, изображенной на фиг. 2;
на фиг. 4 показан разрез по линии II-II режущей пластины, изображенной на фиг. 2;
на фиг. 5 показан вид в перспективе на модульную фрезу с режущими пластинами, изображенными на фиг. 1.
на фиг. 6 показано в перспективе гнездо в корпусе модульной фрезы для закрепления режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
Подробное описание изобретения.
Рассмотрим предложенную конструкцию режущей пластины 10 для модульной фрезы, изображенную на фиг. 1-4.
При этом режущая пластина 10 для модульной фрезы 50 содержит две противолежащие торцовые поверхности 12, являющиеся передними поверхностями.
Между торцовыми поверхностями расположена боковая поверхность, содержащая опорную поверхностью 14 и противолежащую ей заднюю поверхность 16, а между упомянутыми поверхностями 14 и 16 расположены вспомогательные боковые поверхности 18.
Ось симметрии 20 режущей пластины 10 расположена перпендикулярно опорной поверхности 14 и совпадает с осью сквозного крепежного отверстия 22, проходящего между опорной поверхностью 14 и задней поверхностью 16.
Режущая пластина содержит, по меньшей мере, две главные режущие кромки 24, образованные на пересечении передней 12 и задней 16 поверхностей.
При этом на виде сверху на заднюю поверхность 16 режущая пластина имеет форму прямоугольника, и на задней поверхности 16 по обе стороны от крепежного отверстия 22 вдоль оси симметрии пластины 10 выполнены пазы 26, открытие на вспомогательные боковые поверхности 18.
Согласно изобретению указанные пазы 26 имеют меньшую ширину в направлении от отверстия к вспомогательным боковым поверхностям 18, а их боковые поверхности 28 расположены под острыми внутренними углами α к опорной поверхности 14.
При этом на задней поверхности 16 между главными режущими кромками 24 и боковыми поверхностями пазов 26 выполнены скосы 28а и 28b, имеющие меньшую ширину в направлении от вспомогательных боковых поверхностей 18 к крепежному отверстию 22.
Причем линии пересечения боковых поверхностей пазов 26 с указанными скосами 28а и 28b на виде сверху на заднюю поверхность 16 расположены на сторонах большого мнимого ромба 30, а линии пересечения пазов 26 с их дном 32 расположены на сторонах малого мнимого ромба 34.
При этом оси указанных выше ромбов совпадают с осями симметрии режущей пластины 10, а большая диагональ 36 большого ромба 30 больше диаметра окружности 38, описанной вокруг пластины 10 на ее виде сверху на заднюю поверхность 16.
Малая ось 40 большого ромба 30 больше диаметра крепежного отверстия 22, но меньше окружности 42, вписанной в пластину 10.
При этом большая диагональ 44 малого ромба 34 больше длины пластины 10, но меньше диаметра окружности 38, описанной вокруг пластины 10 на ее виде сверху на заднюю поверхность 16, а малая диагональ 46 малого ромба 34 меньше диаметра крепежного отверстия 22.
Указанные выше конструктивные особенности режущей пластины 10 для модульной фрезы позволяют существенно улучшить ее напряженно-деформированное состояние, возникающее при фрезеровании зубьев в деталях зубчатых передач. Это позволяет повысить стойкость указанных режущих пластин особенно при фрезеровании зубьев в деталях передач, имеющих большие модули.
Кроме того форма и размеры пазов 26, выполненных со стороны задней поверхности 16, позволяют получать из одной заготовки режущие пластины с разным радиусом закругления задней поверхности, примыкающей к вспомогательным боковым поверхностям 18. При этом сохраняется усиленное сечение режущей пластины в зоне закругления, что в свою очередь способствует повышению стойкости режущей пластины.
В соответствии с одним из предпочтительных исполнений режущей пластины 10 отношение длин больших диагоналей 36 и 44 соответственно большого ромба 30 к малому ромбу 34 выбрано из диапазона (1,1-1,9), а отношение малых диагоналей 40 и 46 соответственно большого ромба 30 к малому ромбу 34 выбрано из диапазона 2,1-3,1.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 соотношение ее длины и ширины выбраны из диапазона 1,4-2,3.
Указанные выше диапазоны изменения соотношений диагоналей мнимых ромбов и размеров режущих пластин выбраны из условий обеспечения фрезеруемого профиля зубьев, а также прочности и износостойкости режущей пластины, как в целом, так и отдельных ее участков, включая отдельные участки главных режущих кромок.
Например, при увеличении верхних пределов указанных соотношений значительно увеличивается длина режущей пластины по отношению к ее ширине. При этом снижаются ее прочностные характеристики, также снижается ее стойкость и надежность базирования в гнездах корпуса модульной фрезы, в том числе с учетом диаметра крепежного отверстия.
Указанные выше нижние пределы изменения соотношений диагоналей мнимых ромбов также продиктованы в первую очередь технологическими причинами использования режущих пластин.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее задняя поверхность 16 выполнена выпуклой или вогнутой, или волнистой.
Выполнение профильной формы задней поверхности 16 режущей пластины позволяет получить необходимый профиль режущей части пластины и разместить пластины на режущей части модульной фрезы для обработки деталей зубчатого зацепления определенного модуля. Это дополнительно повышает эксплуатационные свойства предложенной конструкции режущей пластины.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины боковые поверхности 28 ее пазов 26 выполнены вогнутыми или выпуклыми.
Это с одной стороны позволяет улучшить прочностные характеристики пластин, а с другой стороны изготовление пластин сделать более технологичным.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее задней поверхности 16, по меньшей мере, вдоль одной вспомогательной боковой поверхности 18 выполнено радиусное закругление 18а, а на опорной поверхности 14 и, по меньшей мере, на одной вспомогательной боковой поверхности 18 выполнена фаска 18b.
Указанная конструктивная особенность способствует достижению планируемого технического результата, а также позволяет изготавливать режущие пластины с широким диапазоном радиусов закругления угловых режущих кромок с использованием одной прессформы, что существенно повышает эффективность предложенной конструкции. При этом режущие пластины могут быть использованы не только для обработки основных поверхностей зубьев, но и для фрезерования впадин, в частности на чистовых фрезах.
В фаски, выполненные на опорной поверхности, позволяют обеспечить однозначность позиционирования режущих пластин в гнездах корпуса модульной фрезы, и тем самым дополнительно повышают эксплуатационные свойства предложенных режущих пластин.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее основа выполнена из твердого сплава, имеющего связующую фазу в комбинации кобальта, по меньшей мере, с одним из металлов Ir, Pd, Ru, Re, Rh, Os, а на ее рабочие поверхности дополнительно нанесено износостойкое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один слой, который содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb, Ti, Та, Zr, Hf, В, Al, Si, C, N, O.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины твердосплавная основа содержит углеродные нанотрубки, которые расположены по объему пластины хаотично, или, по меньшей мере, часть из них ориентирована относительно передней и задней поверхностей, и, по меньшей мере, часть углеродных нанотрубок имеют выход на переднюю и заднюю поверхности и контактирует с износостойким покрытием.
Указанные выше предпочтительные исполнения режущей пластины позволяют дополнительно повысить их эксплуатационные свойства и с учетом предложенных конструктивных особенностей достичь планируемого технического результата более высокого уровня.
В соответствии с изобретением предложена фреза модульная 50, в частности изображенная на фиг. 5-6. Она содержит корпус в виде диска 52, в котором с одной и другой его стороны выполнены гнезда 54 для размещения сменных режущих пластин.
Согласно изобретению, по меньшей мере, в нескольких указанных гнездах 54 размещены тангенциально и закреплены с помощью винтов 56 режущие пластины 10, выполненные по любому из упомянутых исполнений.
При этом опорные поверхности 14 режущих пластин 10 контактируют с опорными поверхностями 58 гнезд 54, их вспомогательные боковые поверхности 18 - с боковыми поверхностями 60 гнезд 54, а одна из торцовых поверхностей 12 каждой режущей пластины - с тангенциальной базой 62 гнезд 54.
В частности на фиг. 5 изображена модульная фреза 50, на которой установлены режущие пластины 10, формирующие основной профиль зубчатого зацепления и испытывающие наибольшие нагрузки. В то же время для обработки поверхностей впадин между зубьями на указанной фрезе могут быть использованы режущие пластины обычной конструкции, что не снижает эффекта от использования режущих пластин предложенной конструкции и позволяет достичь планируемого технического результата, проявляющегося также в повышении работоспособности и стойкости работы предложенной модульной фрезы.
Также следует понимать, что предложенные режущие пластины могут быть использованы, в том числе и на чистовых модульных фрезах, как для обработки поверхностей зубьев, так и впадин.
Исполнение изобретения и описание его работы.
В качестве примера рассмотрим использование твердосплавной режущей пластины с износостойким покрытием длиной 24 мм, шириной 12,7 мм, толщиной 6,0 мм и соотношением соответственно больших и малых диагоналей малого и большого ромбов равным 1,7 и 2,7 и характеризующим размеры пазов 26.
Указанные режущие пластины устанавливали на чистовые дисковые модульные фрезы диаметром 450 мм и фрезеровали зубья зубчатых колес с модулем м36, z=12. Фреза модульная в целом показала хорошую работоспособность и производительность при получении требуемого профиля зубчатого зацепления, а режущие пластины при этом показали высокую стойкость. При этом режущие пластины и фреза в целом показали хорошую работоспособность и стойкость в широком диапазоне скоростей резания от 80 до 250 м/мин. и подач на зуб от 0,15 до 0,4 мм, тем самым, был достигнут планируемый технический результат.
Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что его различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле изобретения.