КОНЦЕВАЯ ФРЕЗА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к режущим инструментам по металлообработке, в частности к концевым фрезам.
Уровень техники
Известно изобретение RU 2392095 С1 Концевая фреза. Сущность этого изобретения состоит в том, что дополнительно к имеющимся зубьям с боковыми цилиндрическими режущими лезвиями и торцовыми режущими лезвиями, пересечением которых являются вершины зубьев, находящиеся на боковой поверхности фрезы, выполнены два дополнительных торцовых режущих лезвия. Эти дополнительные торцовые лезвия короткие и поэтому не соприкасаются с боковой цилиндрической поверхностью фрезы. Цель этого изобретения состоит в возможности врезания фрезы в осевом направлении, что важно при фрезеровании шпоночных пазов.
Известно изобретение RU 2394670 С1 Концевая фреза, обладающая жесткостью на кручение. Сущность этого изобретения состоит в создании профиля зуба фрезы, имеющего увеличенные стружечные канавки для выброса (отвода) стружки с целью облегчения работы фрезы и обеспечения повышенной жесткости.
Известна концевая фреза с коронками из твердого сплава ГОСТ 20534-75 с косыми зубьями. Косые зубья этой фрезы расположены на цилиндрической поверхности, которую включает в себя режущая часть фрезы.
Известна концевая фреза с напаянными твердосплавными винтовыми пластинами ГОСТ 20538-75. Винтовые зубья этой фрезы расположены на цилиндрической поверхности, которую включает в себя режущая часть фрезы.
Известна концевая фреза патент RU 2568231 C1, 2015 г. В этой фрезе кроме основных зубьев есть дополнительные зубья у торцовой части фрезы, как в полезной модели №125502. (Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) 2013 г. Но на этом сходство и кончается. Полезная модель №125502 имеет основные зубья прямые, а дополнительные косые.
Известна концевая фреза RU 2573858 С1. Здесь предложен новый принцип конструирования корпуса концевой фрезы отличный от стандартного.
Известны патенты США №6231275 В1, №6439811 В1. В этих патентах применено изменение углов резания для улучшения шероховатости обрабатываемой поверхности.
Известны патенты RU 2507038 C1, RU 1537414 C1, где режущие кромки зубьев выполнены со стружкоразделительными канавками. Концевые фрезы со стружкоразделительными канавками и стружколомами ухудшают чистоту обрабатываемой поверхности и увеличивают шероховатость.
Зубья со стружкоразделительными канавками появились давно и имели цель разрезать длинную сливную стружку для лучшего ее удаления и траспортирования. Стружкоразделительные канавки выполнялись на большом расстоянии друг от друга; например, две (или даже одна) стружкоразделительные канавки на всей длине зуба фрезы.
Стружкоразделительные канавки это узкие канавки, нарезанные поперек режущих зубьев или что одно и то же поперек режущих лезвий; режущее лезвие это аостренный, заточенный участок режущего зуба.
Зубья со стружколомами появились из-за необходимости фрезеровать современные труднообрабатываемые материалы или для условий фрезерования, когда очень трудно удалить стружку. Стружколомы выполняются на всей протяженности режущих зубьев современных фрез; это ухудшает чистоту и шероховатость обрабатываемой поверхности и такие фрезы применяются в основном для черновой обработки.
Стружколомы представляют собой небольшие зубцы на зубьях. Между зубцами имеются впадины, которые и есть стружкоразделительные канавки. Ширина зубцов и ширина стружкоразделительных канавок одинаковая (или соизмеримая). То есть шаг стружкоразделительных канавок примерно равен их удвоенной ширине. Стружколомы нужны для измельчения стружки на мелкие части, что облегчает ее удаление из зоны резания. Заметим, что обычно фрезу с небольшими зубцами на зубьях называют фрезой со стружколомами. Пространстве между зубцами является стружкоразделительными канавками. Заметим также, что стружколомы визуально представляют собой зазубрены на зубьях.
Традиционно режущее лезвие зуба фрезы имеет прямолинейный вид. Если на лезвиях этих зубьев выполнить стружколомы, то есть зубцы, то ширина этих зубцов это то, что осталось от прямолинейного лезвия, то есть остались только участки от прямолинейного лезвия, которые стали называться зубцами.
Стружколомы на зубе представляют собой небольшие зубцы (зубцы это часть прямолинейного лезвия зуба по величине равной расстояние между стружкоразделительными канавками) на зубьях; ширина зубца и расстояние между зубцами примерно одинаковые (или соизмеримые). Форма зубцов бывает различной, геометрическая форма впадин (расстояний) между зубцами, то есть стружкоразделительных канавок) то же бывает различной, в том числе и наиболее простой прямоугольной, что представлено на данной предлагаемой полезной модели.
Каждой геометрической форме (или профилю) зубцов (или стружколомов) соответствует геометрическая форма стружкоразделительной канавки между ними. Вершины зубцов могут быть закруглены по радиусу; это увеличивает стойкость, но усложняет технологию и правку.
Для более четкого понимания, что такое стружколом для данного раздела «Уровень техники» представлен в приложении к заявке информационный рисунок 1, содержащий типовую стандартную концевую фрезу со стружколомами (маленькими зубцами) на зубьях; это дополнение к словесному тексту; (Интернетресурс).
Известна полезная модель №125502. В этой полезной модели №125502 В23С. Концевая фреза повышенной стойкости (авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) основные зубья фрезы прямые, а дополнительные зубья (меньшей протяженности), находящиеся в этой же фрезе, косые.
Известна полезная модель №153802. В этой полезной модели №153802 В23С Комбинированная концевая фреза повышенной стойкости (авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) торцовая часть фрезы, содержащей косые дополнительные зубья, является сменной.
Известна полезная модель №158628. В этой полезной модели №158628 В23С Концевая фреза со сменными режущими пластинами, имеющая повышенную стойкость (авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) в торцовой части фрезы, содержащей торцовые режущие пластины, на нерабочей стороне пазов установлены дополнительные торцовые режущие пластины, имеющие и торцовые и боковые режущие лезвия.
Известна конструкция концевой фрезы из статьи в журнале СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 стр. 23-28. Анализ температурных полей концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий при фрезеровании труднообрабатываемых сталей. Авторы статьи Черкашин В.П., Водилов А.В. В этой конструкции основные режущие зубья фрезы являются винтовыми, в торцовой части фрезы режущие зубья по протяженности равные 30% от основных зубьев также являются винтовыми.
Эта статья из журнала СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 стр. с. 23-28 была перепечатана в английском журнале. Temperature fields of a face mill with uniform cutter life in milling hard steel Cherkashin, V.; Vodilov, A. May 7, 2014. Russian Engineering Research. Russian Engineering Research, 2014, Vol. 34, No. 4, pp. 261-265. © Allerton Press, Inc., 2014. Original Russian Text © V.P. Cherkashin, A.V. Vodilov, 2013, published in STIN, 2013, No. 9, pp. 23-28. Temperature Fields of a Face Mill with Uniform Cutter Life in Milling Hard Steel a b V.P. Cherkashin and A.V. Vodilov ОАО OMT, Moscow Tikhomirov Research Institute of Instrument Design
Статья в журнале СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 стр. 23-28 (авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) помещена в крупнейших библиотеках, в том числе в библиотеке Саратовского Государственного технического университета (ГТУ), в библиотеках Омского ГТУ, Алтайского ГТУ, Амурского ГТУ, Пензенского ГТУ, Брянского ГТУ.
Конструкция концевой фрезы из журнала СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 стр. 23-28 (авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.) взята за прототип предлагаемой полезной модели и применялась для изготовления угледобывающих комбайнов (Выбор параметров концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий для обработки звезд движителей механизмов подач. Журнал Горное оборудование и электромеханика. 2012 г. №10, стр. 7-11, автор Черкашин В.П.).
В статье 1350 ГК РФ «Условие патентоспособности изобретений» в пункте 2 изложено следующее.
Изобретение (полезная модель) является новым, если оно не известно из уровня техники.
Изобретение (полезная модель) имеет изобретательский уровень, если для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники.
Уровень техники для изобретения (полезной модели) включает любые сведения, ставшие доступными па момент подачи заявки.
Для более четкого и наглядного представления, что такое прототип в приложении к заявке представлен информационный рисунок 2; дополнение к словесному тексту. Эта конструкция фрезы из журнала журнал СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9).
В данной заявке раздел «Уровень техники» имеет специальную, нестандартную форму, так как к этому разделу привязаны информационные рисунки 1 и 2.
3
Информационный рисунок 1 это общий вид режущих зубьев со стружколомамипознавательный рисунок.
Информационный рисунок 2 это чертеж прототипа. Этот чертеж взят из журнала СТИН. Это тоже познавательный рисунок.
Вообще то информационные рисунки 1 и 2 не являются чертежами полезной модели. Если экспертиза по существу решит, что рисунки 1 и 2 являются избытком информации, то эти рисунки аннулируются из раздела «Уровень техники».
Под торцовой частью фрезы понимается часть фрезы протяженностью равную протяженности дополнительных зубьев при отсчете от торцовой плоскости фрезы.
Торцовая часть фрезы изнашивается более сильно, чем та часть фрезы, которая не содержит торцовой части. Это происходит из за наличия вторичного резания стружки при недостаточном удалении ее из зоны резания, а также потому, что торцовая часть нагружается более часто из-за наличия технологии фрезерования с постепенным углублением фрезы на протяженность торцовой части, фрезеровании с одновременным радиальной и осевой подачей.
Конструкция фрезы из журнала СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 имеет ту особенность, что она содержит у торцовой части дополнительные зубья меньшей протяженности, составляющие по протяженности 30% от основных зубьев. Эти дополнительные зубья помогают в работе резания основным зубьям, имеющим большую протяженность, повышая стойкость наиболее изнашиваемой, торцовой части фрезы и, следовательно, повышая стойкость фрезы в целом. Эта фреза удовлетворительно работает при фрезеровании плоскостей, уступов, широких пазов.
Но при фрезеровании закрытых сложнопрофильных поверхностей деталей, возникают трудности, связанные с плохим удалением стружки из зоны резания, застревание стружки в зубьях фрезы, накапливание в стружечной канавке, уплотнение, пакетирования и, как следствие, поломки фрезы (а иногда и износ зубьев по причине вторичного резания стружки). Сложнопрофильная поверхность детали это совокупность поверхностей вращения и плоскостей, отверстий, глубоких пазов, карманов, разного рода углублений. При обработке закрытых таких поверхностей зона резания закрыта для удаления стружки и стружка накапливается в зоне резания, что недопустимо для нормального процесса резания. Заметим, что типовым элементом сложнопрофильной поверхности наиболее трудной для фрезерования из за недостаточного отвода стружки является узкий и глубокий паз, то есть паз, равный по ширине диаметру фрезы и по глубине равный протяженности основных зубьев. Кроме того торцовая часть фрезы вступает в работу резания на много чаще, чем остальная часть фрезы, которая не содержит дополнительных зубьев из-за наличия радиальной подачи одновременно с осевой подачей, что имеет место при обработке на станках с ЧПУ.
В настоящее время изготовлением концевых фрез занимаются фирмы СКИФ (Россия), ISCAR (Израиль), PRAMET (Чехия), WALTER (Германия).
В этих фирмах для обработки закрытых сложных поверхностей предусмотрены сменные торцовые части в концевых фрезах. Торцовые части наиболее подвержены накапливанию стружки (при вертикальном положении фрезы) и в связи с этим имеются возможности поломки зуба фрезы, или тела (корпуса) самой фрезы. При возникновении поломки сменная торцовая часть заменяется на запасную.
На сайте промышленного интернет-портала WWW.mirprom.ru в разделе «Особенности инструмента для высокопроизводительного фрезерования на обрабатывающих центрах» изложена следующая информация фирмы СКИФ (Россия) «Одной из проблем процесса обработки сложных поверхностей деталей фрезерованием является возможность пакетирования стружки в зоне резания и, соответственно, повреждения фрезы, детали или самого станка. При черновой обработке крупногабаритных деталей сложной формы наиболее уязвимой частью сборных концевых торцово-цилиндрических фрез является нижний ряд зубьев (при вертикальном положении фрезы) имеющих меньший ресурс. Оптимальное решение - сменная торцовая режущая часть значительно снижает эксплуатационные расходы и повышает ресурс дорогостоящего корпуса фрезы».
Здесь имеется ввиду недостаток ресурса по условию повреждения, статической поломки и выхода из строя фрезы при еше работоспособных, не изношенных лезвиях зубьев фрезы.
В инструкциях по эксплуатации практически всех фрез указывается необходимость удаление стружки сжатым воздухом или под напором охлаждающей жидкостью, но при фрезеровании сложных поверхностей, особенно при наличии сливной стружки, выдувание стружки воздухом или вымывание жидкостью затруднено.
При сравнительно плохом, сравнительно недостаточном удалении стружки из зоны резания заштыбовки стружки не происходит, а происходит вторичное резание стружки. Это сильно увеличивает износ резцов, но эту величину износа можно прогнозировать и даже, просчитать.
При практически отсутствии удалении или при совсем недостаточном удалении стружки из зоны резания (для нормальной работы фрезы) наступает заштыбовка стружки и поломка тела фрезы. То есть здесь поломка фрезы происходит при еще работоспособных и незатупленных и неизношенных режущих лезвий зубьев фрезы. Это имеет место при фрезеровании деталей сложной формы, когда затруднено удаление стружки и при фрезеровании вязких металлов, когда имеет место сливная стружка, то есть стружка, имеющая вид сплошой ленты. Сливная стружка не только забивает стружечные канавки, но и намытывается на зубья, затрудняя сам процесс резания.
В производственных условиях для некоторых фрез задача решается поставкой сменных торцовых частей.
Концевая фреза, (журнал СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9) содержит хвостовик, тело, ось, торцовую плоскость, расположенную перпендикулярно оси, основные винтовые режущие зубья, опирающиеся на затылки, и дополнительные винтовые режущие зубья, опирающиеся на затылки, расположенные на теле, причем основные винтовые зубья с затылками имеют протяженность от торцовой плоскости до хвостовика, а дополнительные винтовые зубья с затылками имеют протяженность равную 30% от протяженности основных зубьев при отсчете от торцовой плоскости; при этом число дополнительных зубьев равно числу основных зубьев. Зубья винтовые, крепятся пайкой.
Конструкция фрезы, (опубликованная в журнале СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 взята за прототип предлагаемой полезной модели.
В данном разделе «Уровень техники» заявители не имеют однозначного мнения являются ли информационные рисунки 1 и 2 избытком информации или нет. Если экспертиза сочтет, что информационные рисунки 1 и 2 являются избытком информации и не нужны, то эти информационные рисунки нужно просто погасить, то есть вырезать.
1) Раскрытие полезной модели
Прототип это конструкция концевой фрезы, опубликованная в журнале СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9 стр. 23-28 Анализ температурных полей концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий при фрезеровании труднообрабатываемых сталей. Авторы статьи Черкашин В.П., Водилов А.В., содержащая хвостовик, тело, ось, торцовую плоскость, расположенную перпендикулярно оси, основные винтовые режущие зубья, опирающиеся на затылки, и дополнительные винтовые режущие зубья, опирающиеся на затылки, расположенные на теле, причем основные винтовые зубья с затылками имеют протяженность от торцовой плоскости до хвостовика, а дополнительные винтовые зубья с затылками имеют протяженность равную 30% от протяженности основных зубьев при отсчете от торцовой плоскости; при этом число дополнительных зубьев равно числу основных зубьев. Эти данные прототипа входят в ограничительную часть формулы полезной модели.
(Это по существу ограничительная часть предлагаемой полезной модели).
Винтовые режущие зубья представляют собой напаянные винтовые режущие пластины.
Недостаток прототипа состоит в следующем.
Недостаток прототипа проявляется при фрезеровании закрытых сложнопрофильных поверхностей, когда возникают трудности, связанные с плохим удалением стружки из зоны резания, застревание стружки в зубьях фрезы, накапливание в стружечной канавке, уплотнение, пакетирования и, как следствие, поломки фрезы. Сложнопрофильная поверхность детали это совокупность поверхностей вращения и плоскостей, отверстий, глубоких пазов, карманов, разного рода углублений. При обработке закрытых таких поверхностей зона резания закрыта для удаления стружки и стружка накапливается в зоне резания, что недопустимо для нормального процесса резания. Заметим, что типовым элементом сложнопрофильной поверхности наиболее трудной для фрезерования из- за недостаточного отвода стружки является узкий и глубокий паз, то есть паз, равный по ширине диаметру фрезы и по глубине равный протяженности основных зубьев.
В прототипе торцовая часть фрезы и особенно ее нижняя часть (при вертикальном положении фрезы) работают в тяжелых и часто в неудовлетворительных условиях резания. Стружка забивает стружечную канавку, может наматываться на зубья (особенно, если стружка сливная или близкая к сливной), не поддается удалению из зоны резания под напором охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом, что грозит поломкой фрезы, то есть уменьшением ресурса фрезы по условию поломки элементов самой фрезы, корпуса фрезы или ее зубьев.
Подчеркнем, что для некоторых фрез задача увеличения ресурса решается путем изготовления и поставки сменных торцовых частей.
В прототипе (как и в других концевых фрезах) стружечная канавка это пространство между зубьями и затылками, где в начале резания зуба размещается стружка (в том числе и сливная стружка), а затем эта стружка поднимается вверх по винтовым зубьям (или что одно и то же по винтовым стружечным канавкам) и одновременно отбрасывается от фрезы силой инерции, так как стружка имеет вес и массу. Это происходит при фрезеровании уступов, плоскостей, широких и неглубоких пазов. Но при фрезеровании узких и глубоких пазов стружка указанным способом удаляться не может (так как все пространство закрыто), поэтому в этом случае стружка должна удаляться под напором охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом.
Сливная стружка это распространенный вид стружки при обработке вязких, а иногда и не вязких металлов. Эта стружка имеет вид непрерывной ленты, которая при встрече с препятствием не разрушается, а скручивается, цепляется за любые выступы и ее трудно удалить из зоны резания под давлением охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом (если не размолоть на мелкие части).
Заметим, что другие виды стружек, которые не являются по форме сплошной лентой, а рассыпаются на отдельные фрагменты, также представляют сложность при эвакуации из узкого и глубокого паза, так как эти фрагменты недостаточно малы для вымывания под напором, охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом.
Заметим, что ресурс фрезы может оцениваться многими критериями, например критерием износа, но в данном случае оценивается критерием отсутствия поломок фрезы.
Поломка фрезы это незапланированный (аварийный) выход из строя инструмента в результате неправильной эксплуатации (например в результате забивания стружкой стружечных канавок). В отличие от износа фрезы который можно рассчитать или экспериментально определить даже при наличии таких факторов как вторичное резание стружки
Шероховатость и чистота обрабатываемой поверхности формируется основными зубьями, которые имеют протяженность от торцовой плоскоти до хвостовика, дополнительные зубья помогают основным зубьям в работе резания, а в полезной модели дополнительные зубья имеют еще и стружколомы, которые еще и измельчают стружку, что способствует ее удалению из зоны резания.
Стружка от той части зубьев, которая находится выше торцовой части (при вертикальном положении фрезы) имеют значительно большую стружечную канавку и в основном транспортируются вверх за счет наличия винтовых зубьев (винтовым зубьям соответствуют и винтовые стружечные канавки). Заштыбовке подвержены в большей степени нижние части основных зубьев и дополнительные зубья, а дополнительные зубья имеют стружколомы для измельчения стружки.
Недостаток прототипа устраняется следующим образом.
Для обеспечения отсутствия заштыбовки стружки на дополнительных зубьях полезной модели выполнены стружколомы, которые представляют собой стружкоразделительные канавки; между стружкоразделительными канавками находятся зубцы, которые в сочетании со стружкоразделительными канавками, называют стружколомами. Стружколомы измельчают (перемалывают) стружку у торцовой плоскости фрезы на мелкие части, что дает возможность ее удаления сжатым воздухом или под давлением охлаждающей жидкостью и обеспечивает удовлетворительную работу фрезы.
Здесь необходима определенная информация о стружколомах.
Стружколомы преставляют собой расположенные на зубе множество стружкоразделительных канавок, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга на зубе.
Стружкоразделительные канавки это узкие канавки, нарезанные поперек режущих зубьев или что одно и то же поперек режущих лезвий; режущее лезвие это аостренный, заточенный участок режущего зуба.
Заметим, что в технической литературе, инструкциях по эксплуатации и рекламных сайтах понятия «стружечные канавки, зубья со стружколомами, стружколомы» для концевых фрез являются идентичными, то есть обозначают одно и то же.
Традиционно режущее лезвие зуба фрезы имеет прямолинейный вид. Если на этих зубьях (точнее на лезвиях этих зубьев) выполнить стружкоразделительные канавки, то между стружкоразделительными канавками на зубьях останутся зубцы. Ширина этих зубцов это то, что осталось от прямолинейного лезвия, то есть остались только участки от прямолинейного лезвия.
Стружколомы на зубе представляют собой небольшие зубцы (зубцы это часть прямолинейного зуба по величине равной расстояние между стружкоразделительными канавками) на зубьях; ширина зубца и расстояние между зубцами примерно одинаковые (или соизмеримые). Форма зубцов бывает различной, геометрическая форма впадин (расстояний) между зубцами, то есть стружкоразделительных канавок) тоже бывает различной, в том числе и наиболее простой прямоугольной, что представлено на данной предлагаемой полезной модели.
Заметим, что в стружколомах стандартных концевых фрез стружкоразделительные канавки расположены на всех зубьях на всей протяженности рабочей части фрезы.
В предлагаемой полезной модели на фиг. 4 на дополнительных зубьях изображены стружкоразделительные канавки общего применения, то есть традиционные прямоугольные стружкоразделительные канавки. Каждый вид стружкоразделительной канавки имеет свои преимущество, так и свои недостатки. Преимущество прямоугольных стружкоразделительных канавок состоит в том, что они являются наиболее простыми в изготовлении (по сравнению, например, с трапецеидальными) и являются стружкоразделительными канавками общего назначения для фрезерования деталей общего машиностроения; к таким наиболее распространенным деталям относятся корпусные детали различных механизмов, кронштейны, траверсы.
Прямоугольные стружкоразделительные канавки изготавливаются обычным плоским шлифовальным кругом и этот круг не требует предварительной правки по профилю.
Отметим также следующее. Стружкоразделительные канавки появились давно, раньше было на всем зубе одна или две стружкоразделительные канавки; но все равно их называли стружколомами. В Энциклопедии по машиностроению XXL в разделе Оборудование, материаловедение, механика на стр. 256 стружкоразделительные канавки называют стружколомательными канавками, а именно «снабжают стружкоразделительными (стружколомательными) канавками, которые располагают на зубьях». В ГОСТ 24637-81 на стр. 6 стружкоразделительные канавки называют стружколомами, а именно «глубина впадины стружколома».
Стружколомы выполнены только на дополнительных зубьях и это не отражается на шероховатости и чистоте обрабатываемой поверхности. Обрабатываемая поверхность формируется основными зубьями, протяженность которых от торцовой плоскости до хвостовика, а дополнительные зубья измельчают (перемалывают) стружку на мелкие части.
Необходимо также подчеркнуть, что дополнительные зубья (меньшей протяженности) помогают в работе резания в торцовой части и поэтому увеличивают стойкость фрезы в целом.
Цель предлагаемой полезной модели состоит в измельчении стружки в торцовой части фрезы на мелкие части с целью получения возможности ее удаления из торцовой зоны резания охлаждающей жидкостью под давлением или сжатым воздухом и тем самым создания условий для отсутствия заштыбовки стружки и поломки фрезы.
Конструкция концевой фрезы по предлагаемой полезной модели новая, не известна в технике, обладает критерием новизны и соответствует изобретательскому уровню.
Существенный признак состоит в том, что на каждом дополнительном зубе прототипа имеются стружкоразделительные канавки, которые в сочетании с расположенными между ними зубцами образуют стружколом для измельчения в торцовой части, получаемой при фрезеровании стружки на мелкие части с возможностью удаления этих мелких частиц сжатым воздухом или под давлением охлаждающей жидкостью, причем стружкоразделительные канавки и зубцы каждого дополнительного зуба расположены вдоль винтовой линии на одинаковом, соответственно, расстоянии от торцовой плоскости и начинаются на расстоянии 0,9 мм от торцовой плоскости, а сами стружкоразделительные канавки имеют прямоугольную форму шириной 0,6 мм и глубиной 0,45 мм, ширина зубцов 0,6 мм, при этом шаг стружколома равен 1,2 мм (это по существу отличительная часть формулы предлагаемой полезной модели).
Здесь необходимо изложить некоторую конкретизацию. В «Существенном признаке» изложено «… стружколом для измельчения в торцовой части получаемой при фрезеровании стружки на мелкие части…». В торцовой части фрезы имеются дополнительные зубья, имеющие стружколомы, и часть основных зубьев, не имеющих стружколомов. Стружка от дополнительных зубьев получается уже измельченная на мелкие части. Стружка от основных зубьев имеет вид непрерывной ленты или крупных фрагментов. Эта ленточная стружка или крупные фрагменты также измельчаются на мелкие кусочки в закрытой зоне паза стружколомами дополнительных зубьев. Поэтому в «Существенном признаке» понятие «… для измельчения в торцовой части получаемой при фрезеровании стружки на мелкие части…» относится ко всем зубьям торцовой части (дополнительным и основным в пределах торцовой части).
Имеется аналог предлагаемой полезной модели. В концевых фрезах «фирмы ИСКАР имеется семейство четырехзубых фрез FINISHRED. В этих фрезах два противоположных зуба снабжены стружкоразделительными канавками (стружколомами), что делает их поверхность зазубренной. Два других зуба стружколомов не имеют. Таким образом, можно одной фрезой производить и черновое (зубьями со стружколомами) и чистовое (зубьями без стружколомов) фрезерование» В этих фрезах стружколомы (так в некоторых случаях называют зубья со стружколомами) при черновой обработке измельчают стружку от всех зубьев фрезы, что обеспечивает нормальную эвакуацию стружки. Подчеркнем, что традиционно в концевых фрезах со стружколомами выступы и впадины расположены со смещением вдоль винтовой линии при отсчете от торцовой плоскости для каждого последующего зуба, того, чтобы каждый последующий зуб срезал ту часть металла, которая осталась несрезанной предыдущим зубом.
В конструкции предлагаемой полезной модели несрезанная часть металла дополнительным зубом, из-за наличия стружкоразделительных канавок, срезается основным зубом. Если стружкоразделительные канавки и зубцы каждого дополнительного зуба в полезной модели будут расположены вдоль винтовой линии на, соответственно, неодинаковом расстоянии (со смещением, равным шагу стружколома) от торцовой плоскости, то у торцовой плоскости будем иметь различные по величине части измельченной стружки, что ухудшит качество работы стружколомов.
Объективно проявляющийся технический состоит в измельчении в торцовой части фрезы на мелкие части с возможностью их удаления под напором охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом. Эта объективность проявляется в следующем. Если прототипом фрезеровать узкий и глубокий паз, а затем медленно (чтобы не повредить обрабатываемую поверхность) вынуть фрезу из паза, то увидим на зубьях в торцовой части фрезы (наиболее отчетливо при сливой стружке, то есть при стружке, которая имеет вид непрерывной ленты, не ломается при встрече с твердым препятствием, а завивается) намотанную на зубья стружку, что видно визуально. При фрезеровании предлагаемой полезной моделью этого на зубьях нет, так как вместо стружки имеются мелкие кусочки, и навиваться на зубья нечему.
Предлагаемая полезная модель обладает свойством промышленной применимости, так как не требует для своего изготовления никакого специального оборудования.
Краткое описание чертежей.
Предложенная полезная модель представлена на фиг. 1-4, на которых:
на фиг. 1 показан вид спереди на концевую фрезу;
на фиг. 2 (сечение А-А) показано сечение той части фрезы, где имеются и режущие зубья протяженностью от торцовой плоскости до хвостовика и режущие зубья меньшей протяженности;
на фиг. 3 (сечение Б-Б) показано сечение той части фрезы, где режущие зубья имеют протяженность от торцовой плоскости до хвостовика;
на фиг. 4 показан дополнительный режущий зуб (меньшей протяженности) со стружкоразделительными канавками, которые в сочетании, с находящимися между ними зубцами, образуют стружколом;
на фиг. 5 показано взаимное положение фрезы по предлагаемой полезной модели и детали при обработке узкого глубокого паза.
Осуществление полезной модели
Концевая фреза (фиг. 1-4), содержит хвостовик 1, тело 2, ось (осевую линию) 3, торцовую плоскость 4, расположенную перпендикулярно оси, основные винтовые режущие зубья 5, опирающиеся на затылки 6, и дополнительные винтовые режущие зубья 7, опирающиеся на затылки 8, расположенные на теле, причем основные винтовые зубья с затылками имеют протяженность Н от торцовой плоскости до хвостовика, а дополнительные винтовые зубья с затылками имеют протяженность С, равную 30% от протяженности основных зубьев при отсчете от торцовой плоскости; при этом число дополнительных зубьев равно числу основных зубьев. На каждом дополнительном зубе имеются стружкоразделительные канавки 9, которые в сочетании с расположенными между ними зубцами 10 образуют стружколом для измельчения в торцовой части получаемой при фрезеровании стружки на мелкие части с целью возможностью удаления этих мелких частиц сжатым воздухом или под давлением охлаждающей жидкостью, причем стружкоразделительные канавки каждого дополнительного зуба расположены вдоль винтовой линии на одинаковом, соответственно, расстоянии от торцовой плоскости и начинаются на расстоянии L=0,9 мм от торцовой плоскости с учетом переточки зубьев при затуплении, а сами стружкоразделительные канавки имеют прямоугольную форму шириной К=0,6 мм и глубиной h=0,45 мм с учетом правки при затуплении, ширина зубцов n=0,6 мм с учетом их прочности, при этом шаг стружколома равен Р=1,2 мм.
На фиг. 4 для наиболее простой применяемой форме стружкоразделительных канавок - прямоугольных стружкоразделительных канавок показаны эти канавки и зубцы между ними (стружкоразделительные канавки, которые в сочетании с расположенными между ними зубцами образуют стружколом). Для каждого дополнительного зуба каждая канавка находятся, соответственно, на одинаковом удалении от торцовой плоскости.
На фиг. 5 показано взаимное положение фрезы и глубокого и узкого паза, который является типовым и наиболее трудным для обработки сложнопрофильной поверхности.
Торцовая часть фрезы - это часть фрезы протяженностью равную протяженности дополнительных зубьев при отсчете от торцовой плоскости.
Стружкоразделительные канавки это узкие канавки, нарезанные поперек режущих зубьев или что одно и то же поперек режущих лезвий; режущее лезвие это заостренный, заточенный участок режущего зуба.
Стружечная канавка это пространство, между зубьями и затылками; более детально это пространство между конкретным зубом и затылком соседнего зуба.
Концевая фреза имеет винтовые зубья. Винтовые зубья по, соответствующим этим зубьям винтовым стружечным канавкам, поднимают стружку вверх от торцовой зоны резания, то есть винтовые зубья являются своего рода транспортером. В то же время стружка имеет массу и при вращении фрезы за счет сил инерции стружка отлетает от фрезы. Стружка поднимается от торцовой части при винтовых стружечных канавках (винтовых зубьях), а отбрасывается от фрезы тогда, когда есть пространство, куда бы стружка могла отлететь. Например, при фрезеровании уступов или открытых плоскостей.
При фрезеровании глубоких и узких пазов такого пространства нет, все закрыто стенками паза.
Предлагаемая полезная модель при фрезеровании сложных поверхностй с наличием узких и глубоких пазов работает следующим образом. На дополнительных зубьях полезной модели имеются стружколомы, которые представляют собой стружкоразделительные канавки с шагом равным удвоенной ширине этих канавок; между стружкоразделительными канавками находятся зубцы, которые в сочетании со стружкоразделительными канавками, называют стружколомами. Стружколомы измельчают (перемалывают) стружку у торцовой плоскости фрезы (в том числе стружку и от основных зубьев) на мелкие части, что способствует облегчению ее удаления сжатым воздухом или под давлением.
На фиг. 1-4 представлена концевая фреза предлагаемой полезной модели.
Сложнопрофильные поверхности это общее конструктивное понятие, включающее различные конфигурации обрабатываемых поверхностей. Но более детального и предметного рассмотрения принципа работы полезной модели целесообразно рассмотреть обработку глубокого и узкого паза на рис. 5.
Заметим, что типовым элементом сложнопрофильной поверхности наиболее трудной для фрезерования из-за недостаточного отвода стружки является узкий и глубокий паз.
На фиг. 5 показано взаимное положение фрезы по предлагаемой полезной модели и детали при обработке узкого глубокого паза. Ширина паза примерно равна диаметру фрезы, глубина паза примерно равна всей протяженности режущей части фрезы от торцовой плоскости до хвостовика. Стружка здесь не имеет возможности отлететь от фрезы за счет сил инерции, так как для этого нет пространства, которое перекрыто стенками паза и стружка упирается в эти стенки. Это особенно сильно проявляется в зоне у торцовой части фрезы при вертикальном положении работы фрезы.
В этом случае стружку необходимо удалять под напором охлаждающей Жидкостью или сжатым воздухом. Но стружка особенно при фрезеровании вязких металлов при наличии сливной стружки, своими острыми краями цепляется за все выступы, очень трудно удалить под напором охлаждающей жидкостью или сжатым воздухом. Чтобы такую стружку можно было удалить ее надо измельчить на мелкие кусочки.
В узком и глубоком пазу стружка не может удаляться за счет сил инерции, поэтому затруднение при удалении стружки возникают и при других видах стружки, например стружки надлома или суставчатой стружки, которые состоят из отдельных фрагментов, но недостаточно мелких.
Узкие и глубокие пазы являются наиболее трудными и типичными для фрезерования участками сложной обрабатываемой поверхности, в рабочих чертежах узкие и глубокие пазы часто называют карманами, колодцами, щелями, углублениями.
В полезной моделе дополнительные зубья помогают в работе резания основным зубьям, а стружколомы (небольшие зубцы) на дополнительных зубьях измельчают (перемалывают) стружку в торцовой части фрезы (в том числе и от основных зубьев в торцовой части) на мелкие части, что способствует облегчению ее удаления из стружечных канавок сжатым воздухом или под давлением охлаждающей жидкостью.
Стружколомы на зубьях здесь играют решающую роль в стружкоотводе, позволяя фрезе работать в нормальном режиме без заштыбовки стружки, обеспечивая положенный ресурс фрезы по условию отсутствия поломки зубьев.
Стружколомы измельчают стружку у торцовой части фрезы в торцовой плоскости на дополнительных зубьях. То есть там, где наиболее опасна возможность заштыбовки стружки и поломки фрезы.
То, что стружка не заштыбовывается, а размельчается на мелкие части можно наблюдать визуально, см. Объективно проявляющийся технический результат. В области основных зубьях вне торцовой части фрезы по направлению к хвостовику число зубьев меньше, величина стружечной канавки больше и достаточна для транспортирования стружки (по направлению к хвостовику) и заштыбовки стружки в стружечной канавке не происходит.
Работа фрезы по предлагаемой модели состоит в том, что основную работу по резанию производят основные зубья, а дополнительные зубья помогают основным зубьям в наиболее трудной для условий резания торцовой части фрезы. В предлагаемой полезной модели дополнительные зубья имеют стружколомы (небольшие зубцы), поэтому эти зубьям соответствует мелкая, дробленая стружка при фрезеровании, с целью возможности ее более легкого удаления из торцовой зоны резания.
При фрезеровании уступов, широких и неглубоких пазов полезная модель, имея стружколомы на дополнительных зубьях, более производительно, так как зубья со стружколомами имеют меньшую силу резания.
Работа полезной модели была проверена в производственных условиях в условиях механического цеха. Фрезеруемая деталь из стали марки сталь 35 НВ 120-140, ГОСТ 4543-71, неупрочненная и имела сливную стружку. Диаметр фрезы Ф40мм, протяженность основных зубьев Н=30 мм, протяженность дополнительных зубьев С=9 мм. Проверка производилась фрезой при выполненных стружкоразделительных канавких прямоугольной формы при ширине канавки n=0,6 мм, глубине h=0,45 мм, ширине зубца К=0,6 мм, величине L=1,2. Сначала фрезеровался глубокий узкий паз большой длины и полуоткрытый, то есть с одной стороны фреза выходила из паза и стружку можно было визуально осматривать и проверять. Проверка производилась по условию наличия измельчения стружки на мелкие кусочки. На выходе из паза стружка при принятых параметрах стружковода имела измельченную форму и условий для заштыбовки фрезы происходило. Величина L=1,2 достаточна как резерв для переточки зубьев при затуплении по торцу. Величина h достаточна для правки стружкоразделительных канавок при затуплении по задней поверхности. Скола зубцов не происходило.
Затем фрезеровался закрытый и глубокий паз и стружка выдувалась сжатым воздухом.
При фрезеровании закрытого узкого и закрытого паза маленькие частицы стружки сжатым воздухом удалялись из паза и заштыбовки стружки не происходило.
Выше торцовой части фрезы сливная стружка от фрезеруемого металла марки сталь 35 по винтовым канавкам, которые в два раза больше по обьему (чем в торцовой части), поднимается вверх (при вертикальном положении фрезы) и выходит из зоны фрезерования.
При работе фрезы в течение примерно одного часа зубья затупляются и производится переточка зубьев и правка стружкоразделительных канавок.
Библиография
1. Статья в журнале СТИН (Станки и инструмент) 2013 г №9.«Анализ температурных полей концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий при фрезеровании труднообрабатываемых сталей. Авторы статьи Черкашин В.П., Водилов А.В.».
2. RU 2392095 С1 Концевая фреза.
3. RU 2394670 С1 Концевая фреза, обладающая жесткостью на кручение.
4. RU 2507038 С1 Концевая фреза для обработки труднообрабатываемых материалов.
5. RU 1537414 С1 Концевая фреза.
6. RU 2568231 С1 Концевая фреза для обработки слоистых пластиков.
7. RU 2573858 С1 Сборная концевая фреза.
8. Полезная модель №125502 В23С. Концевая фреза повышенной стойкости. Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.».
9. Полезная модель №153802 В23С. Комбинированная концевая фреза повышенной стойкости. Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.».
10. Полезная модель №158628 В23С. Концевая фреза со сменными режущими пластинами, имеющая повышенную стойкость. Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В.».
11. Патент США US 6231275 В1.
12. Патент США US 6439811 В1.
13. ГОСТ 20534-75 Фрезы концевые с коническим хвостовиком, оснащенные твердосплавными коронками.
14. ГОСТ 20538-75 Фрезы концевые удлиненные диаметром от 10 до 50 мм с коническим хвостовиком, оснащенные винтовыми твердосплавными пластинами.
15. ГОСТ 24637-81 Фрезы концевые, оснащенные винтовыми твердосплавными пластинами, для обработки деталей из высокопрочных сталей и титановых сплавов на станках с программным управлением. Технические условия.