РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА С ЗАДНЕЙ УПРУГОЙ ЩЕЛЬЮ
CUTTING TOOL AND CUTTING PLATE WITH REAR ELASTIC SLIT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к режущим инструментам, в которых режущая пластина упруго съемно самозажимается в державке хвостовика режущего инструмента и, в частности, к режущей пластине, имеющей заднюю упругую щель для установки в такую державку.
Предпосылки к созданию изобретения
Режущие инструменты и в особенности сверлильные устройства могут включать режущую пластину или режущую головку, которую съемно прикрепляют к державке режущего инструмента либо посредством крепежного элемента, такого как винт, либо посредством действия упругой силы. Режущую пластину прикрепляют к державке инструмента перед операцией по обработке металлов резанием, такой как сверление. Режущую пластину обычно изготавливают из твердого металла, такого как цементированный карбид или металлокерамический материал. Державка инструмента может быть изготовлена из стали или из твердого материала, такого как цементированный карбид или металлокерамический материал. Примеры таких режущих инструментов и режущих пластин раскрыты в патентных документах US 5228812, US 5749689, US 6485235, US 6582164, US 7048480, US 2010/155144 и US 2010/143059.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной новой режущей пластины для дрели, имеющей одну упругую щель в ее соединительной части для упругого самозажимания в совместимой державке хвостовика режущего инструмента.
Раскрытие изобретения
В соответствии с предметом настоящего изобретения предлагается режущая пластина, имеющая продольную ось пластины, продолжающуюся в направлении спереди назад, причем режущая пластина содержит головную часть и соединительную часть.
Головная часть имеет две противоположные главные поверхности и продолжающуюся между ними головную периферийную поверхность, причем головная периферийная поверхность включает базовую поверхность на заднем конце головной части, причем базовая поверхность образует базовую плоскость, перпендикулярную оси пластины, причем каждая из главных поверхностей пересекается с базовой поверхностью в соответствующем первом пересечении.
Соединительная часть выступает в заднем направлении от базовой поверхности вдоль оси пластины. Соединительная часть имеет заднюю поверхность, разнесенную от базовой поверхности вдоль оси А пластины, и продолжающуюся между ними цилиндрическую соединительную периферийную поверхность. Соединительная периферийная поверхность пересекается с базовой поверхностью в переходной области.
Соединительная часть также включает упругую щель, продолжающуюся от задней поверхности в переднем направлении и открывающуюся к соединительной периферийной поверхности. Упругая щель имеет две противоположные внутренние стенки, сходящиеся в переднем направлении к внутреннему концу щели, который заканчивается на плоскости внутреннего конца щели, перпендикулярной оси пластины.
Плоскость внутреннего конца щели разнесена продольным расстоянием от базовой плоскости, и внутренние стенки упругой щели образуют между собой первый острый угол щели.
Также в соответствии с предметом настоящего изобретения предлагается режущий инструмент, имеющий хвостовик инструмента с вышеупомянутой режущей пластиной, упруго прикрепляемой к хвостовику инструмента посредством посадки с натягом.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения и для того, чтобы показать, как оно может быть осуществлено на практике, далее делается ссылка на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе режущего инструмента в соответствии с настоящим изобретением в собранном положении;
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе режущего инструмента из фиг. 1 в разобранном положении;
Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе режущей пластины режущего инструмента из фиг. 1;
Фиг. 4 представляет собой вид сбоку режущей пластины из фиг. 3;
Фиг. 5 представляет собой вид сзади режущей пластины из фиг. 3;
Фиг. 6 представляет собой вид спереди режущего инструмента из фиг. 1 в частично собранном положении;
Фиг. 7 представляет собой вид спереди режущего инструмента из фиг. 1 в собранном положении;
Фиг. 8 представляет собой поперечное сечение режущего инструмента из фиг. 7 вдоль секущей линии VIII-VIII;
Фиг. 9 представляет собой поперечное сечение режущего инструмента из фиг. 7 вдоль секущей линии IX-IX;
Фиг. 10 представляет собой вид  спереди в перспективе хвостовика режущего инструмента на фиг. 1;
Фиг. 11 представляет собой частично прозрачный вид сбоку режущего инструмента на фиг. 1;
Фиг. 12 представляет собой поперечное сечение режущего инструмента на фиг. 11 вдоль секущей линии XII-XII;
Фиг. 13 представляет собой поперечное сечение режущего инструмента на фиг. 11 вдоль секущей линии XIII-XIII; и
Фиг. 14 представляет собой вид сбоку соединительной части режущей пластины на фиг. 3 в ее нейтральном положении и в ее собранном положении.
Следует понимать, что для простоты и ясности иллюстрации элементы, показанные на чертежах, не обязательно вычерчены в масштабе. Например, размеры некоторых элементов могут быть для ясности увеличены относительно других элементов, или некоторые физические компоненты могут быть включены в один функциональный блок или элемент. Кроме того, там, где это применимо, номера позиций для обозначения соответствующих или аналогичных элементов могут повторяться на чертежах.
Подробное описание изобретения
Ниже следует описание различных аспектов настоящего изобретения. С целью объяснения описаны конкретные конфигурации и особенности для того, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что настоящее изобретение может быть выполнено без конкретных представленных в нем особенностей. Кроме того, хорошо известные свойства могут быть пропущены или упрощены для того, чтобы не усложнять понимание настоящего изобретения.
Обратимся к фиг. 1 и 2, на которых показан режущий инструмент 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Режущий инструмент 100 представляет собой вращающийся режущий инструмент, такой как дрель, имеющий ось вращения B. Режущий инструмент 100 включает хвостовик 150 режущего инструмента и режущую пластину 102, причем режущую пластину 102, устанавливаемую с возможностью съема посредством упругого самозажимания на хвостовик 150 режущего инструмента. Режущий инструмент 100 вращается вокруг оси вращения B в направлении вращения R.
Режущая пластина 102 может быть режущей пластиной такого типа, который используется в операциях по резке металла и таким образом может называться металлорежущей пластиной, означая при этом, что режущая пластина может быть использована для резки металла, но необязательно, что режущая пластина изготовлена из металла. В предпочтительном варианте осуществления режущая пластина 102 выполнена из твердого металла, такого как цементированный карбид или металлокерамический материал, и используется для сверления или для других операций с металлами, иногда называемых операциями по снятию стружки.
F
R
Обратимся к фиг. 3-5, на которых показаны различные виды режущей пластины 102. Режущая пластина 102 имеет продольную ось A пластины, продолжающуюся в направлении спереди D назад D. Режущая пластина 102 имеет головную часть 104 и соединительную часть 116. Головная часть 104 имеет задний конец 112 и передний конец 136. Головная часть 104 включает две противоположные главные поверхности 106 и продолжающуюся между ними головную периферийную поверхность 108. Головная периферийная поверхность 108 включает базовую поверхность 110 на заднем конце 112 головной части 104. Базовая поверхность 110 образует базовую плоскость P1, продолжающуюся перпендикулярно оси А пластины. Каждая из главных поверхностей 106 пересекается с базовой поверхностью 110 в соответствующем первом пересечении 114.
Головная периферийная поверхность 108 далее включает переднюю поверхность 134 на переднем конце 136 головной части 104. Каждая из главных поверхностей 106 пересекается с передней поверхностью 134. Часть каждого такого пересечения образует соответствующую главную режущую кромку 138 на переднем конце 136 головной части 104. Относящаяся к канавке поверхность 107 пластины продолжается назад от каждой из режущих кромок 138 на соответствующей главной поверхности 106.
Базовая поверхность 110 включает две поперечные опорные поверхности 123 пластины, продолжающиеся перпендикулярно оси А пластины и симметрично вокруг оси А пластины. Каждая из главных поверхностей 106 далее включает радиальную опорную поверхность 125 пластины, продолжающуюся вдоль оси А пластины. Каждая радиальная опорная поверхность 125 пластины продолжается от периферийной поверхности 108 головки к оси А пластины и к базовой поверхности 110 так, чтобы две радиальные опорные поверхности 125 располагались симметрично относительно оси А пластины. Удерживающий выступ 133 продолжается по окружности от заднего конца каждой из радиальных опорных поверхностей 125 пластины вдоль части соответствующей поперечной опорной поверхности 123 пластины.
Соединительная часть 116 выступает в заднем направлении от базовой поверхности 110 вдоль оси А пластины. Соединительная часть 116 содержит заднюю поверхность 118, разнесенную от базовой поверхности 110. Цилиндрическая соединительная периферийная поверхность 120 продолжается между задней поверхностью 118 и базовой поверхностью 110, образуя цилиндрическую оболочку для соединительной части 116. Соединительная периферийная поверхность 120 соединена с базовой поверхностью 110 в круговой переходной области 122. Переходная область 122 разнесена от первых пересечений 114. Следовательно, как показано на фиг.5, переходная область 122 полностью окружена базовой поверхностью 110 и имеет, по существу, круговую границу 132.
F
F
Соединительная часть 116 также содержит упругую щель 124, продолжающуюся от задней поверхности 118 в переднем направлении Dи открывающуюся к соединительной периферийной поверхности 120. Упругая щель 124 имеет две противоположные внутренние стенки 131, сходящиеся в переднем направлении D к внутреннему концу 126 щели, который заканчивается в плоскости P2 внутреннего конца щели, проходящей перпендикулярно оси А пластины. Плоскость P2 внутреннего конца щели разнесена продольным расстоянием D от базовой плоскости P1 так, что упругая щель 124 заканчивается в соединительной части 116 и не продолжается далее в головную часть 104 режущей пластины 102. Таким образом, все упругое самозажимание режущей пластины 102 происходят в соединительной части 116 и, в особенности, рядом с ее задней поверхностью 118. Это обеспечивает стабильность головной части 104 и в особенности переходной области 122, которая в особенности восприимчива к воздействию боковых сил на режущую пластину 102 во время операций по механической обработке. Кроме того, из-за продольного расстояния D поперечное сечение соединительной части 116, взятое перпендикулярно оси А пластины между плоскостью P2 внутреннего конца щели и базовой плоскостью P1, имеет полное неделимое поперечное сечение 128 (например, круговое или эллиптическое поперечное сечение). Это показано на поперечном сечении из фиг. 12, как описано в настоящем документе далее.
Задняя поверхность 118 соединительной части 116 образует концевую плоскость P3, продолжающуюся перпендикулярно оси А пластины. Упругая щель 124 имеет продольную длину H щели между концевой плоскостью P3 и внутренней концевой плоскостью P2 щели. Продольное расстояние D обычно меньше, чем продольная длина H щели.
S
S
S
A1
A2
S
A1
Α2
S
Упругуая щель 124 разделяет соединительную часть 116 на две соединительные ножки 117. Как показано на фиг. 5, плоскость P упругой щели продолжается через упругую щель 124, по существу, по центру между соединительными ножками 117 так, что соединительные ножки 117 являются зеркально симметричными относительно плоскости P упругой щели. Плоскость P упругой щели включает ось А пластины. Радиальные упорные поверхности 125 пластины образуют первую и вторую радиальные упорные плоскости P, P, которые параллельны друг другу и оси А пластины. Плоскость P упругой щели перпендикулярна первой и второй радиальным упорным плоскостям P, Ρ. Упругая щель 124 обеспечивает упругую деформацию соединительной части 116 так, чтобы каждая из соединительных ножек 117 достигала оси А пластины после воздействия достаточной силой на соединительную периферийную поверхность 120 в направлении плоскости P упругой щели.
S
S
На фиг. 4 изображен вид сбоку режущей пластины 100, показанный вдоль плоскости P упругой щели (то есть перпендикулярно оси А пластины), когда режущая пластина 100 находится в своем нейтральном положении (то есть не установлена в державку 150 режущего инструмента). Этот вид сбоку показывает, что внутренние стенки 131 упругой щели 124 образуют между собой первый острый угол α1 щели, проходящий от внутреннего конца 126 щели к задней поверхности 118. Это образует заднюю V-образную форму упругой щели 124. Как видно на фиг. 4 и 14, каждая соединительная ножка 117 имеет толщину (T) в направлении, перпендикулярном плоскости P упругой щели, причем толщина T уменьшается в направлении к задней поверхности 118.
F
Как показано на фиг. 2, хвостовик 150 режущего инструмента имеет, по существу, цилиндрическую форму, имеющую передний конец 154 хвостовика с приемной частью 152. Обратимся к фиг. 10, на которой хвостовик 150 режущего инструмента показан на виде спереди в перспективе. Часть 152 для приема включает крайнее заднее основание 158 приемной части и периферийную поверхность 156 приемной части. Периферийная поверхность 156 приемной части продолжается от крайнего заднего основание 158 приемной части в переднем направлении D и по окружности вокруг оси вращения B. Периферийная поверхность 156 приемной части может иметь, по существу, цилиндрическое поперечное сечение. Альтернативно, периферийная поверхность 156 приемной части может иметь другую форму, которая не обязательно является цилиндрической. На фиг. 12 и 13 показана периферийная поверхность 156 приемной части, имеющая, по существу, цилиндрическое сечение.
Хвостовик 150 режущего инструмента дополнительно включает две радиальные упорные поверхности 160 хвостовика, расположенные на переднем конце 154 хвостовика и продолжающиеся параллельно оси вращения B. Радиальные упорные поверхности 160 хвостовика расположены симметрично относительно оси вращения B. Хвостовик 150 режущего инструмента также включает поперечные упорные поверхности 162 хвостовика, каждая из которых продолжается от одной из соответствующих радиальных упорных поверхностей 160 хвостовика перпендикулярно оси вращения B. Между каждой из поперечных упорных поверхностей 162 хвостовика и соответствующей радиальной упорной поверхностью 160 образовано удерживающее поднутрение 164 для введения одного из удерживающих выступов 133 режущей пластины 102.
Хвостовик 150 режущего инструмента также включает две канавочные части 157 хвостовика, расположенные у окружности хвостовика 150 режущего инструмента симметрично вокруг оси вращения В. Во время операций по механической обработке металлическая стружка, удаляемая с обрабатываемой детали, направляется для прохождения от режущих кромок 138 режущей пластины 102 вдоль канавочных поверхностей 107 пластины и далее к канавочной части 157 хвостовика, и удаляется таким образом из области резания.
A1
Α2
Обратимся далее к фиг. 6 и 7, на которых показаны виды сверху режущего инструмента 100 в частично собранном положении и в собранном положении соответственно. Фиг. 8 и 9 представляют собой поперечные сечения режущего инструмента 100 в собранном положении в соответствии с секущими линиями VIII- VIII и IX-IX, показанными на фиг. 7. Поперечное сечение на фиг. 8 продолжается через пересечения головной периферийной поверхности 108 с радиальными упорными поверхностями 125 пластины и через ось А пластины. Секущая линия IX-IX включает ось А пластины и продолжается параллельно радиальным упорным плоскостям P, Ρ.
Режущая пластина 102 выполнена с возможностью установки на хвостовик 150 режущего инструмента и прочного прикрепления к нему для того, чтобы достигать собранного положения, показанного, например, на фиг. 1 и 7. Собранное положение обеспечивает использование инструмента 100 в операциях по механической обработке, таких как сверление. В разобранном положении, показанном на фиг. 2, режущая пластина 102 и хвостовик 150 режущего инструмента отделены друг от друга. При оси A пластины, выровненной с осью вращения, режущую пластину 102 и хвостовик 150 режущего инструмента сближают до тех пор, пока соединительная часть 116 не будет расположена в части 152 для приема в частично собранном положении (фиг. 6). Из частично собранного положения режущую пластину 102 вращают вокруг оси А пластины относительно хвостовика 150 режущего инструмента в направлении R' сборки, противоположному направлению вращения R, до тех пор, пока не будет достигнуто собранное положение, показанное, например, на фиг. 2 и 7. В этом положении режущая пластина 102 упруго прикреплена к переднему концу 154 хвостовика посредством посадки с натягом, возникающей между соединительной периферийной поверхностью 120 и периферийными поверхностями 156 приемной части. В частично собранном и собранном положениях ось A пластины совпадает с осью вращения. В частично собранном и в собранном положениях соединительная часть 116 режущей пластины 102 полностью удерживается внутри приемной части 152 хвостовика 150 режущего инструмента (то есть соединительная часть не видна при осмотре собранного режущего инструмента 100).
Обратимся далее к фиг. 11, на которой изображен вид сбоку режущего инструмента 100 из фиг. 2. На этом виде контур спрятанных деталей режущей пластины 102 показан пунктирными линиями. На фиг. 12 и 13 показаны поперечные сечения режущего инструмента 100 в соответствии с секущими линиями XII-XII и XIII-XIII соответственно, показанными на фиг. 11. Линия разреза из фиг. 12 продолжается между базовой поверхностью 110 и внутренним концом 126 щели режущей пластины 102 перпендикулярно оси A пластины. Поперечное сечение соединительной части 116 в этом продольном положении представляет собой полное неделимое поперечное сечение 128.
Поперечное сечение из фиг. 13 продолжается вперед от задней поверхности 118 и рядом с задней поверхностью 118 режущей пластины 102 перпендикулярно оси A пластины. Это поперечное сечение показывает посадку с натягом между соединительной периферийной поверхностью 120 и периферийной поверхностью 156 приемной части.
В собранном положении каждая из радиальных упорных поверхностей 125 режущей пластины 102 примыкает к одной из соответствующих радиальных упорных поверхностей 160 хвостовика 150 режущего инструмента. Каждая из поперечных упорных поверхностей 123 пластины примыкает к одной из соответствующих поперечных упорных поверхностей 162 хвостовика. Кроме того, в собранном положении каждая относящаяся к канавке часть 157 хвостовика 150 режущего инструмента образует непрерывное продолжение соответствующей канавочной поверхности 107 режущей пластины 102. Удерживающие выступы 133 режущей пластины 102 вводят в удерживающие поднутрения 164 хвостовика 150 режущего инструмента. Если к режущей пластине 102 прилагается направленная вперед сила, действующая для вытягивания режущей пластины 102 из хвостовика 150 режущего инструмента, удерживающие выступы 133 останавливаются удерживающими поднутрениями 164, предотвращая тем самым вытягивание наружу режущей пластины 102. В собранном положении задняя поверхность 118 режущей пластины 102 разнесена от основания 158 приемной части, как показано на поперечных сечениях на фиг. 8 и 9.
F
Соединительная часть 116 и приемная часть 152 выполнены с возможностью обеспечения между ними посадки с натягом так, чтобы в собранном положении соединительная часть 116 закреплялась в приемной части 152. Такая посадка с натягом обеспечивается диаметром соединительной периферийной поверхности 120, который больше, чем диаметр периферийной поверхности 156 приемной части по меньшей мере в части ее окружности. Соединительная периферийная поверхность 120 может включать две противоположные выемки 130, расположенные симметрично вокруг оси A пластины. Выемки 130 образованы в соединительной периферийной поверхности 120 и проходят от задней поверхности 118 в переднем направлении D. На фиг. 13 показано, что выемки 130 уменьшают диаметр соединительной периферийной поверхности 120, образуя эллиптическое поперечное сечение 129 соединительной части 116.
S
Упругая щель 124 обеспечивает упругость для соединительной части 116, позволяя, чтобы диаметр соединительной части периферийной поверхности 120 (то есть диаметр в любом поперечном сечении соединительной части 116, взятом перпендикулярно оси A пластины) был выполнен с меньшим размером посредством приложения силы посадки с обеих сторон упругой щели 124. При применении такой силы соединительная часть 116 упруго деформируется и соединительные ножки 117 стремятся перемещаться по направлению друг к другу и к плоскости P упругой щели. Сила упругости заставляет соединительные ножки 117 перемещаться друг от друга в свои нейтральные положения, прижимая тем самым соединительную периферийную поверхность 120 к периферийным поверхностям 156 приемной части.
S
S
В варианте осуществления, показанном на чертежах, каждая из выемок 130 продолжается по обеим сторонам упругой щели 124 вдоль отверстия упругой щели 124 к соединительной периферийной поверхности 120. Это обеспечивает возникновение посадки с натягом таким образом, чтобы сила посадки прилагалась перпендикулярно плоскости P упругой щели с тем, чтобы прижимать соединительные ножки 117 к плоскости P упругой щели.
Когда режущий инструмент 100 используется при резке металла, он вращается в направлении вращения R, и к режущей пластине 102 прилагается обратная сила в противоположном направлении R'. Эта противоположная сила дополнительно помогает сохранять режущую пластину 102 плотно зажатой внутри хвостовика 150 режущего инструмента во время обработки.
Режущая пластина 102 может быть извлечена из хвостовика 150 режущего инструмента, когда, например, режущие кромки 138 износились и требуется заменить режущую пластину 102. Для того чтобы извлечь режущую пластину 102 ее поворачивают вокруг оси A пластины относительно хвостовика 150 режущего инструмента в направлении вращения до тех пор, пока не будет достигнуто частично собранное положение (фиг. 6). Затем режущую пластину 102 и хвостовик 150 режущего инструмента вытягивают до тех пор, пока не будет достигнуто разобранное положение (фиг. 2).
S
S
Обратимся далее к фиг. 14, схематически показывающей частичные виды сбоку соединительной части 116, взятые вдоль плоскости P упругой щели и перпендикулярно оси A пластины, когда соединительная часть 116 находится в нейтральном положении (показанном сплошными линиями) и в собранном положении (показанном пунктирными линиями). Смещение к плоскости P упругой щели в соединительной части 116 очевидно при сравнении собранного положения с нейтральным положением. Как показано на фиг. 14 и в соответствии с результатами механического анализа режущего инструмента 100, самое большое смещение было зафиксировано у задней поверхности (118) или непосредственно рядом с задней поверхностью 118 в каждой из соединительных ножек 117. Смещение уменьшается при достижении внутреннего конца 126 щели, и никакого смещения не было зафиксировано между внутренним концом 126 щели и базовой поверхностью 110 и, в особенности, в переходной области 122.
Соединительная часть 116 имеет ширину W соединительной части, продолжающуюся через соединительную периферийную поверхность 120 с любой стороны пластины. В нейтральном положении ширина W соединительной части, по существу, постоянна вдоль соединительной части 116. В собранном положении ширина W соединительной части уменьшается при достижении задней поверхности 118 от внутреннего конца 126 щели. Ширина W соединительной части остается постоянной между внутренним концом 126 щели и переходной областью 122 как в собранном положении, так и в нейтральном положении.
S
S
S
Как отмечено ранее, внутренний конец 126 щели расположен на расстоянии от базовой поверхности 110 (то есть плоскость P2 внутреннего конца щели разнесена от базовой плоскости P1), что делает поперечное сечение соединительной части 116 в этой области полным неразделенным поперечным сечением 128. Кроме того, в нейтральном положении внутренние стенки 131 упругой щели 124 образуют первый острый угол α1 щели, проходящий к задней поверхности 118 так, что толщина T каждой соединительной ножки 117, взятая в направлении, перпендикулярном плоскости P упругой щели, сужается к задней поверхности 118. В собранном положении соединительные ножки 117 смещены друг к другу на противоположных сторонах плоскости P упругой щели, заставляя внутренние стенки 131 упругой щели 124 образовывать между ними второй угол α2 щели, причем второй угол α2 щели меньше, чем первый острый угол α1 щели. Из-за этих свойств смещение к плоскости P упругой щели является самым большим у задней поверхности 118, при этом его не существует в переходной области 122 и в ее близи, что обеспечивает дополнительную долговечность переходной области 122.
В конкретном случае боковых сил, действующих на режущую пластину во время операций по машинной обработке (например, угловое сверление), переходная область может быть в особенности подвержена поломке или другому механическому повреждению. Предложенная конструкция режущей пластины 102 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает повышенную прочность и долговечность переходной области 122, предотвращая тем самым такое повреждение.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на один или более конкретных вариантов осуществления, описание в целом является иллюстративным, и изобретение не ограничивается показанными вариантами осуществления. Хотя этого не было описано конкретно в настоящем документе, допускаются различные изменения, которые, тем не менее, не выходят за рамки сущности и объема изобретения, что очевидно специалистам в данной области техники.