КОНЦЕВАЯ ФРЕЗА СО СМЕННЫМИ РЕЖУЩИМИ ПЛАСТИНАМИ, ИМЕЮЩАЯ ПОВЫШЕННУЮ СТОЙКОСТЬ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ.
Полезная модель относится к режущим инструментам по металлообработке, в частности к концевым фрезам со сменными режущими пластинами для обработки плоскостей, пазов, уступов при изготовлении деталей машин, в том числе и для концевых фрез с винтовыми зубьями со сменными твердосплавными режущими пластинами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Общий известный недостаток концевых фрез состоит в том, что торцовые режущие зубья или торцовые режущие пластины имеют стойкость ориентировочно в два раза меньше по сравнению с боковыми режущими лезвиями или радиальными режущими пластинами.
Это относится ко всем традиционным стандартным концевым фрезам; ГОСТ 28709-90 Фрезы концевые с удлиненной рабочей частью и винтовыми зубьями со сменными твердосплавными пластинами; ГОСТ 20537-75 Концевая фреза с напаянными винтовыми твердосплавными пластинами; ГОСТ 87620-69 Концевая фреза с коронками из твердого сплава; ТУ2-085-591-77 Концевая фреза с напаянными прямолинейными твердосплавными пластинами.
Ослабленная по условию стойкости торцовая часть фрезы определяет стойкость фрезы в целом, хотя центральная часть фрезы при этом остается работоспособной и практически не изношенной.
Недостаток стандартных концевых фрез, состоящий в том, что торцовые режущие лезвия изнашиваются быстрее известно давно. Устранение этого недостатка ведется по пути увеличения стойкости, путем комплексного применения износостойких покрытий, наиболее подверженного износу участка зубьев у торцовой плоскости фрезы. Об этом свидетельствуют следующие работы: Курочкин А.В. Повышение работоспособности твердосплавных концевых фрез путем оптимизации архитектуры многослойных наноструктурированных износостойких покрытий. Автореферат на соискание ученой степени кандидата техничеких наук. Рыбинский государственный авиационно-технологический университет имени П.А. Соловьева 2012 г. 26 с. (на стр. 16); Свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности 10-277. Проектирование и изготовление износостойких покрытий для твердосплавного режущего инструмента, применяемого для обработки деталей газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов, Д.И. Волков, В.И. Полетаева, В.В. Махрютин, А.В. Курочкин, М.О. Мезенцев. 2010.
В полезной модели №125502 В23С 5/10 19.07.2012. «Концевая фреза повышенной стойкости» (Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) повышение стойкости достигается установкой дополнительных зубьев в торцовой части фрезы. Дополнительные зубья берут на себя часть работы резания и увеличивают стойкость фрезы в торцовой части и, следовательно, увеличивают стойкость фрезы в целом.
В предлагаемой полезной модели за прототип взята фреза по ГОСТ 28709-90 «Фрезы концевые с удлиненной рабочей частью и винтовыми зубьями со сменными твердосплавными пластинами». В предлагаемой полезной модели увеличение стойкости также достигается установкой дополнительных зубьев или режущих пластин в торцовой плоскости фрезы. Но конструктивно фреза в полезной модели №125502 и предлагаемая полезная модель имеют совершенно различные конструкции и здесь нет даже точек соприкосновения. Конструктивно фреза в полезной модели №125502 содержит затылки (выступы на теле фрезы) и к этим затылкам припаиваются твердосплавные прямолинейные режущие пластины (зубья); дополнительные зубья представляют собой косые режущие пластины, которые припаиваются между затылками. В полезной модели, за прототип которой взята фреза со сменными режущими пластинами по ГОСТ 28709-90, имеет совершенно другую конструкцию. Эта концевая фреза со сменными режущими пластинами имеет винтовые Г-образные пазы со взаимно перпендикулярными сторонами, в которых одна сторона паза рабочая и содержит по диаметру цилиндрической части множество закрепленных винтами сменные режущие пластины. Чтобы установить здесь дополнительные пластины нужно изобрести конструктивный прием, позволяющий эту установку реализовать
Здесь следует отметить отличительную особенность концевой фрезы ГОСТ 28709-90, хотя это прямого отношения к принципу предлагаемой полезной модели не имеет. Сменные режущие пластины распределены в шахматном порядке (здесь нет сплошного режущего лезвия). Сменные режущие пластины распределены с обеспечением взаимного перекрытия при резании. Часть металла нес резанная пластинами, установленными в одном пазу (паз с установленными пластинами в данной фрезе и есть зуб), срезается по мере поворота фрезы пластинами, установленными в другом пазу. Это делается для того, чтобы уменьшить окружную силу резания.
Концевая фреза ГОСТ 28709-90 является прототипом полезной модели.
Недостатком прототипа является неиспользованный резерв по увеличению стойкости из-за неравномерного износа боковых и торцовых режущих лезвий, так как торцовые режущие лезвия изнашиваются в два раза быстрее и определяют стойкость фрезы в целом.
Целью полезной модели является устранение недостатков прототипа. Это достигается следующим образом.
Концевая фреза со сменными режущими пластинами, содержащая хвостовик, торцовую плоскость фрезы, цилиндрическую режущую часть, имеющую винтовые Г-образные пазы со взаимно перпендикулярными сторонами, в которых одна сторона 4
паза рабочая и содержит по диаметру цилиндрической части множество закрепленных винтами и имеющих только боковые режущие лезвия сменные радиальные режущие пластины, крайние из которых, имеющие и боковые и торцовые режущие лезвия, являются торцовыми режущими пластинами и крепятся у торцовой плоскости фрезы, отличающаяся тем, что на другой, нерабочей стороне паза устанавливаются и крепятся винтами имеющие и боковые и торцовые режущие лезвия дополнительные торцовые режущие пластины, торцовая часть которых находится у торцовой плоскости фрезы, а цилиндрическая режущая часть которых находится на диаметре цилиндрической режущей части фрезы, причем под этими дополнительными режущими пластинами установлены подкладки, толщина которых определяется в зависимости от условий эксплуатации фрезы.
Аналогами полезной модели являются следующие патенты.
Патент №2348492 В23С 5/10 17.09.2004. Вращающийся инструмент, имеющий нерегулярную ориентацию вставных режущих пластин.
Патент №2463134 В23С 5/20 17.02.2009. Фреза с винтовыми зубьями.
Патент №2507038 В23С 17.06. 2004. Концевая фреза для обработки труднообрабатываемых материалов.
Полезная модель патент №138782 В23С 2.10.2013. Фрезаторцово-цилиндрическая.
Аналогами полезной модели служат и изобретения (РФ и зарубежные), на которые есть ссылки в упомянутых патентах.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
Концевая фреза по ГОСТ 28709-90 «Фрезы концевые с удлиненной рабочей частью и винтовыми зубьями со сменными твердосплавными пластинами» принята в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.
Технический результат состоит в повышении стойкости фрезы за счет обеспечения равномерного износа боковых и торцовых режуцщих лезвий фрезы.
Это достигается следующим образом.
Концевая фреза со сменными режущими пластинами, содержащая хвостовик, торцовую плоскость фрезы, цилиндрическую режущую часть, имеющую винтовые Г-образные пазы со взаимно перпендикулярными сторонами, в которых одна сторона паза рабочая и содержит по диаметру цилиндрической части множество закрепленных винтами и имеющих только боковые режущие лезвия сменные радиальные режущие пластины, крайние из которых, имеющие и боковые и торцовые режущие лезвия, 5
являются торцовыми режущими пластинами и крепятся у торцовой плоскости фрезы, отличающаяся тем, что на другой, нерабочей стороне паза устанавливаются и крепятся винтами имеющие и боковые и торцовые режущие лезвия дополнительные торцовые режущие пластины, торцовая часть которых находится у торцовой плоскости фрезы, а цилиндрическая режущая часть которых находится на диаметре цилиндрической режущей части фрезы, причем под этими дополнительными режущими пластинами установлены подкладки, толщина которых определяется в зависимости от условий эксплуатации фрезы.
Винтовые пазы в этой фрезе имеют прямоугольную форму. Это необходимо для того, чтобы был свободный доступ для удобства изготовления креплений режущих пластин на рабочей стороне паза; сверла, развертки, мечики, отвертки во время работы параллельны нерабочим сторонам паза и поэтому нет затруднений при работе этими инструментами. Нерабочая сторона паза перпендикулярна рабочей стороне паза; в этом есть технологическая востребованность. После выполнения установочных креплений для пластин на рабочей стороне паза нерабочая сторона паза в принципе не востребована и здесь имеет место свободное пространство для размещения дополнительной торцовой режущей пластины. Это использовано в предлагаемой полезной модели.
Подкладка толщиной h под дополнительными специальными режущими пластинами нужна для улучшения отвода стружки из зоны резания. Подкладка поднимает режущую пластину и под ней образуется пространство, предназначенное для размещения стружки.
Стружка бывает разная в зависимости от фрезеруемого металла.
При обработке хрупкого металла, например чугуна, имеет место стружка надлома, которая рассыпается сразу в зоне резания.
При фрезеровании обычных машиностроительных сталей (сталь 45 НВ180-217, сталь 40Х НВ2431-285 ГОСТ 4543-71), а также труднообрабатываемых сталей (сталь 40ХН2МА, 18Х2Н4МАНВ 300-320 ГОСТ 4543-71), получается стружка скалывания. Стружка скалывания имеет внешне вид непрерывной ленты, но при соприкосновении с твердым препятствием, то есть при небольшом усилии на нее, сразу рассыпается на отдельные небольшие фрагменты. При такой стружке нужна для того, чтобы под этой подкладкой происходило размещение фрагментов стружки, прежде чем эта стружка перемещаясь по режущим 6
лезвиям, установленным на винтовых пазах, попадает в зону, где отсутствуют дополнительные торцовые режущей пластины и где достаточно места для размещения стружки.
Но при обработке мягких и вязких металлов (сталь 08 НВ 110-150, сталь 10 НВ137-160, сталь 20 НВ123-167,сталь 30 НВ143-170 ГОСТ 4543-71) получается сливная стружка. Сливная стружка имеет форму сплошной ленты и при недостатке пространства для ее размещения эта стружка сильно деформируется, но не распадается. При таком виде стружки целесообразна подкладка толщиной ориентировочно h=4 мм.
Таким образом подкладка толщиной h=4 мм пригодна для любой стружке, при обработке типовых машиностроительных сталей и при типовых режимах фрезерования, но тем не менее необходимо учесть следующее. Окончательная величина h принимается с учетом конкретных условий производства, так как и стали могут быть не типовые и режимы обработки могут быть не типовые при всем многообразии технологических процессов в промышленности.
Следует отметить то обстоятельство, что при изменении толщины подкладки необходимо изменять и толщину пластины, иначе цилиндрическая режущая часть дополнительной специальной торцовой режущей пластины не будет находится на диаметре цилиндрической режущей части фрезы,
Отличие полезной модели от прототипа состоит в том, что на другой, нерабочей стороне винтового паза устанавливаются и крепятся винтами имеющие и боковые и торцовые режущие лезвия дополнительные специальные торцовые режущие пластины, торцовая часть которых находится у торцовой плоскости фрезы, а цилиндрическая режущая часть которых находится на диаметре цилиндрической режущей части фрезы, причем под этими дополнительными режущими пластинами установлены подкладки, толщина которых определяется в зависимости от условий эксплуатации фрезы; это есть существенный признак полезной модели.
Объективно проявляющийся технический результат состоит в увеличении стойкости концевой фрезы. Увеличение стойкости достигается установкой дополнительных режущих пластин в торцовой части фрезы. Дополнительные режущие пластины берут на себя часть работы резания и увеличивают стойкость фрезы в наиболее изнашиваемой зоне, то есть в торцовой части и, следовательно, увеличивают стойкость фрезы в целом.
Длина дополнительных торцовых режущих пластин может быть меньше длины торцовых пластин, но длина цилиндрической режущей части 7
дополнительных режущих пластин не должна быть менее 2 мм (как резерва при переточке пластин по торцу).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предложенная полезная модель представлена на фиг. 1-7, на которых:
на фиг. 1 показан общий вид концевой фрезы со сменными режущими пластинами;
на фиг. 2 показан вид концевой фрезы со стороны торцовой части;
на фиг. 3 показан вид по сечению А-А; сечение проходит через торцовые режущие пластины и через дополнительные торцовые режущие пластины;
на фиг. 4 показан вид по сечению Б-Б; сечение проходит через торцовые режущие пластины;
на фиг. 5 показан вид сбоку дополнительной торцовой режущей пластины;
на фиг. 6 показан вид с торца дополнительной торцовой режущей пластины;
на фиг. 7 показана стружка, снимаемая дополнительной торцовой режущей пластиной,
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Концевая фреза со сменными режущими пластинами, содержащая хвостовик 1, торцовую плоскость фрезы 2, цилиндрическую режущую часть 3 диаметром D, имеющую винтовые Г-образные пазы со взаимно перпендикулярными сторонами 4 и 5, в которых одна сторона паза 4 рабочая и содержит по диаметру цилиндрической части множество закрепленных винтами 6 и имеющих только боковые режущие лезвия 7 сменные радиальные режущие пластины 8, крайние из которых, имеющие и боковые 9 и торцовые 10 режущие лезвия, являются торцовыми режущими пластинами 11 и крепятся у торцовой плоскости фрезы 2. На другой, нерабочей стороне паза 5 устанавливаются и крепятся винтами 12 имеющие и боковые 13 и торцовые 14 режущие лезвия дополнительные торцовые режущие пластины 15, торцовая часть которых находится у торцовой плоскости фрезы 2, а цилиндрическая режущая часть которых находится на диаметре D цилиндрической режущей части фрезы, причем под этими дополнительными режущими пластинами установлены подкладки 16, толщина h которых определяется в зависимости от условий эксплуатации фрезы.
Дополнительные режущие пластины берут на себя часть работы резания и увеличивают стойкость фрезы в наиболее изнашиваемой зоне, то есть в 8
торцовой части и, следовательно, увеличивают стойкость фрезы в целом. Стойкость фрезы увеличивается ориентировочно в два раза. Число зубьев в торцовой части полезной модели в два раза больше, чем в прототипе.
Для предотвращения заштыбовки стружки в зоне резания дополнительных режущих пластин под этими пластинами устанавливаются и подкладки толщиной h=4 мм, которые пригодны для любых видов стружек (сливной стружки, надлома и скалывания) при диаметрах фрез D=100 мм и менее (до D=100 мм).
Угловое расстояние в торцовой части фрезы между всеми режущими пластинами (включая торцовыми режущими пластинами 11 и дополнительные режущие пластины 15) одинаковые.
Пространство А на фиг. 7 между режущей частью дополнительной режущие пластины 5, подкладкой 6 и корпусом фрезы 3 представляет собой стружечную канавку, в которой происходит размещение фрагментов стружки 18, прежде чем эта стружка перемещаясь по режущим лезвиям, установленным на винтовых пазах, попадает в зону, где отсутствуют дополнительные торцовые режущей пластины и где достаточно места для размещения стружки.
Если объем пространства А будет недостаточен, то будет происходить застревание стружки в зоне резания и царапание обрабатываемой поверхности 17, снижая ее чистоту.
Концевая фреза при фрезеровании может находиться в горизонтальном положении (как показано на фиг. 1), в вертикальном положении, то есть торцовой частью вниз) и в наклонном положении.
При наличии Г-образных пазов со взаимно перпендикулярными сторонами изготовление креплений для дополнительных торцовых режущих пластин на нерабочей стороне паза не представляет трудностей; не представляет трудностей и установка и замена режущих пластин.
При типовых режимах резания толщина стружки имеет толщину К=0,1 мм (при подаче S=0,1 мм/зуб и диаметре фрезы D=100 мм) в средней части фрезы и К1=0,05 мм в торцовой части фрезы, где число зубьев в два раза больше. Но при такой сравнительно небольшой толщине стружка деформирует, принимая кольцеобразную форму, и нужна стружечная канавка для ее размещения.
Недостаток стандартных концевых фрез, состоящий в том, что торцовые режущие лезвия изнашиваются быстрее известно давно. Устранение этого недостатка ведется по 9
пути увеличения стойкости, путем комплексного применения износостойких покрытий, наиболее подверженного износу участка зубьев у торцовой плоскости фрезы. Об этом свидетельствуют следующие работы: Курочкин А.В. Повышение работоспособности твердосплавных концевых фрез путем оптимизации архитектуры многослойных наноструктурированных износостойких покрытий. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Рыбинский государственный авиационно-технологический университет имени П.А. Соловьева 2012 г. 26 с. (на стр. 16); Свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности 10-277. Проектирование и изготовление износостойких покрытий для твердосплавного режущего инструмента, применяемого для обработки деталей газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов, Д.И. Волков, В.И. Полетаева, В.В. Махрютин, А.В. Курочкин, М.О. Мезенцев. 2010.
В предлагаемой полезной модели для концевой фрезы со сменными режущими пластинами увеличение стойкости получено посредством изменения конструкции фрезы.
В результате изменения конструкции фрезы увеличена стойкость торцовой части фрезы, содержащей торцовые режущие пластины 11 и дополнительные специальные режущие пластины 15.
Концевое фрезерование в основном сосредоточено на станках с ЧПУ. На этих станках одной концевой фрезой может обрабатываться не только разные детали, но и разные поверхности и конструктивные элементы в одной детали. При фрезеровании участвуют в резании не только радиальные режущие пластины 8, но и пластины 11 и 15 торцовой части фрезы.
При этом пластины торцовой части фрезы нагружены усилиями значительно чаще, чем радиальные режущие пластины.
Концевые фрезы чрезвычайно чувствительны к колебаниям усилий резания из за возможности появления вибраций. Поэтому глубокие пазы при большой ширине фрезерования целесообразно обрабатывать за несколько проходов (после каждого прохода углубляя фрезу) из за риска возникновения вибраций. Обработка за несколько проходов производится и в тех случаях, когда прочность тела фрезы недостаточная, а также когда недостаточная мощность станка. При фрезе с большим вылетом также обработка производится за несколько проходов. Во всех этих случаях нагружены преимущественно пластины торцовой части фрезы.
При обработке неглубоких пазов и закрытых шпоночных пазов применяется фрезерование с осевой подачей. Фрезерование методом круговой интерполяции с 10
врезанием с осевой подачей применяется для обработки широких пазов и карманов. В этих случаях также преимущественно нагружены торцовой части фрезы.
Последний финишний проход (получистовой или чистовой) производится при снятии небольшого припуска. Фрезы при снятии небольшого припуска могут обрабатывать деталь на полную ширину фрезерования в стабильных условиях резания без появления вибраций. Только в этом случае нагружены и пластины торцовой части фрезы 11 и 15 и радиальные пластины фрезы 8.
Установка дополнительных режущих пластины 15 подразумевает формирование гнезда, нарезание резьбы под винты и центрирование или в гнезде или посредством винтов (без формирования гнезда), что не влияет на сам принцип полезной модели.
БИБЛИОГРАФИЯ
ГОСТ 28709-90 Фрезы концевые с удлиненной рабочей частью и винтовыми зубьями со сменными твердосплавными пластинами.
Полезная модель №125502 В23С 5/10 19.07.2012. Концевая фреза повышенной стойкости.
Патент №2348492 В23С 5/10 17.09.2004. Вращающийся инструмент, имеющий нерегулярную ориентацию вставных режущих пластин.
Патент №2463134 В23С 5/20 17.02.2009. Фреза с винтовыми зубьями.
Патент №2507038 В23С 15.06. 2004. Концевая фреза для обработки труднообрабатываемых материалов.
Полезная модель патент №138782 В23С 2.10.2013. Фреза торцово-цилиндрическая.
ГОСТ 20537-75 Концевая фреза с напаянными винтовыми твердосплавными пластинами.
ГОСТ 87620-69 Концевая фреза с коронками из твердого сплава.
ТУ2-085-591-77 Концевая фреза с напаянными прямолинейными твердосплавными пластинами.