КЕРАМИЧЕСКАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА

Полезная модель относится к обработке металлов резанием, преимущественно, к изготовлению кольцевых канавок в изделиях из закаленных сталей.
Наиболее трудоемкой и ответственной операцией при изготовлении топливных насосов высокого давления является прорезка малоразмерных канавок под уплотнители на втулках плунжеров. Для обеспечения необходимой размерной точности и качественных характеристик поверхностей этих изделий, зачастую вынужденно применяются несколько переходов абразивной обработки, что очень неэкономично, особенно в условиях серийного и крупносерийного производства. В отдельных случаях технологический процесс изготовления этих деталей включает более двадцати операций шлифования канавок в термообработанных заготовках, имеющих предварительно прорезанные канавки. Трудоемкость выполнения этих операций превышает 70% общего машинного времени.
Поэтому разработка более производительных методов прорезки канавок в деталях из закаленных сталей без снижения их качества имеет важное производственное значение.
При проектировании режущих пластин из нитридной керамики для обеспечения их эксплуатационной стабильности особое внимание уделяют созданию специальной геометрии их режущей части.
В настоящее время изготавливаются режущие пластины из различных марок керамики. Технические условия на эти пластины регламентируются в России по ГОСТ 25003-81 «Пластины режущие сменные многогранные керамические». Данные пластины используются для различных видов точения и фрезерования. Пластины для изготовления канавок и отрезки в ГОСТ отсутствуют.
Например, известна режущая пластина для обработки канавок, изготовленная из инструментального материала (см., например, патент на полезную модель РФ №73252, В23В 27/16, опубл. 20.05.2008 г).
z
y
К недостаткам данной пластины следует отнести критическую величину тангенциальной составляющей силы резания Р=1000 Н и радиальной составляющей силы резания Р=500 Н. Эти факторы приводят к резкому повышению вероятности поломок инструмента, повышенным вибрациям в процессе резания, отжиму инструмента, снижению жесткости системы «инструмент-деталь», что недопустимо при работе инструмента на ответственных чистовых операциях.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является конструкция керамической пластины для изготовления канавок в деталях из жаропрочных сплавов и закаленных материалов (см. официальный каталог «Sandvik Coromant», «Отрезка и обработка канавок», 2011 г, с. В86).
К недостаткам известной из уровня техники режущей пластины следует отнести отсутствие возможности управления процессом стружкообразования и силовыми нагрузками, так как, пластины выполнены без канавок для дробления стружки, передний угол и угол наклона режущей кромки равны 0°. Это приводит к интенсивному износу режущего клина по главной задней и вспомогательной задней поверхностям и преждевременному выходу пластины из работоспособного состояния.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат: снизить вероятность преждевременного выхода из работоспособного состояния пластины при изготовления канавок за счет создания специальной геометрии режущей части, с целью минимизации действия неблагоприятных нагрузок на их задней поверхности и уменьшения вероятности появления эксплуатационных дефектов, в виде микротрещин и микросколов, при обработке канавок в изделиях из закаленных сталей.
Поставленный технический результат решается посредством того, что режущая пластина из керамики, выполненная в виде многогранника, с верхней, нижней и боковыми поверхностями образующими режущие кромки, отличающаяся тем, что на верхней поверхности выполнена стружколомающая канавка, формообразующая передний угол в пределах 5°-10°, при этом угол наклона главной режущей кромки с радиусом округления 25-40 мкм составляет 3°-7°.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
Фиг.1 - вид на пластину сбоку;
Фиг.2 - вид на пластину сверху;
Фиг.3 - вид на пластину спереди;
Фиг.4 - вид I (увеличено)
Керамическая режущая пластина выполнена в виде многогранника с верхней поверхностью 1, нижней поверхностью 2 и боковыми поверхностями 3. Пересечение верхней поверхности 1 с боковыми поверхностями 3 образуют главную режущую кромки 4 и две вспомогательные режущие кромки 5. А также на верхней поверхности многогранника выполнена стружколомающая канавка 6, формообразующая передний угол γ в пределах 5°-10°, при этом угол наклона главной режущей кромки с радиусом округления 25-40 мкм составляет 3°-7°.
Указанные диапазоны значений геометрических параметров конструкции керамической пластины получены экспериментальным путем.
3
4
2
3
2
3
Пластина из керамики имела состав 75%SiN-5%YO-2%АlO-18%TiC. Заточку угла наклона главной режущей кромки проводили в специальном приспособлении на заточном станке мод. 3В642 кругом АЧК 150×20 АСО 80/63 Б1 100% без охлаждения. Округление и доводку режущей кромки 4 проводили на чугунном притире с использованием алмазных паст.
Основной объем лабораторных исследований проведен при прорезке канавок в деталях типа «втулка плунжера» изготовленных из закаленной стали 12ХН3А (HRC 56). Исследования выполняли на токарно-винторезном станке 16К20 в следующем диапазоне режимов резания: ν=100-180 м/мин, S=0,025-0,1 мм/об, t - 2-3 мм.
зв
В процессе эксплуатации режущих пластин из керамики установлено, что критерием их отказа может служить фаска износа в вершинах режущей пластины h=0,5 мм. Превышение износа этой величины приводит к резкому увеличению интенсивности макроконцентраторов напряжений в вершинах режущей пластины, что приводит к увеличению интенсивности структурных концентраторов напряжений, предопределяющих увеличение вероятности появления в этих локальных областях поврежденностей.
Данная конструкция режущей пластины была изготовлена и прошла испытания на лабораторной базе ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин» с положительным результатом при прорезке канавок в деталях типа «втулка плунжера» изготовленных из закаленной стали 12ХН3А (HRC 56). При проведении этих лабораторных испытаний случаев непрогнозируемых отказов инструмента выявлено не было, а статистические показатели характера их изнашивания представляли благоприятную картину, (см. таблицу 1).
Табл.1
№
Угол наклона режущей кромки λ, град.
Передний угол γ, град.
Радиус округления ρ, мкм.
Износ h<sub>зв,</sub> мм
Напряжение σ<sub>NZ</sub>, МПа
1
0-2
0-4
20
0,7
3320
2
3
5
25
0,4
1774
3
5
7
30
0,42
1791
4
7
10
40
0,47
1924
5
8-10
11-13
50
0,6
3804
Как видно из таблицы угол наклона режущей кромки 4, передний угол и радиус округления режущей кромки 4 при выходе за границы заявленного интервала приводит к увеличению интенсивности изнашивания в вершинах режущей пластины. Это является основанием для увеличения интенсивности структурных концентраторов напряжений, предопределяющих резкое повышение вероятности их непрогнозируемых отказов и выходу из работоспособного состояния.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет добиться желаемого результата, так как за счет выбранной геометрии пластины уменьшается величина износа по задним поверхностям и снижается интенсивность напряжений, что минимизирует риск преждевременного выхода их из работоспособного состояния.
Результаты, полученные при производственных испытаниях, свидетельствуют о том, что повышение производительности при использовании разработанной керамической пластины достигается за счет исключения из технологического процесса изготовления операции предварительной прорезки канавок до термообработки заготовки, а также операции окончательной шлифовки канавок после термообработки. Зафиксировано повышение стойкости разработанных канавочных резцов в 1,5 раза и снижение ее разбросов на 25-30% по сравнению с аналогами.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимых пунктах формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. Свойства, регламентированные в заявленной керамической режущей пластине для изготовления канавок отдельными признакамиобщеизвестны из уровня техники, и не требуют дополнительных пояснений. Однако следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков на дату приоритета неизвестна из уровня техники и обеспечивает эффективное применение пластины из керамики для изготовления канавок.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области машиностроения на операциях прорезки канавок глубиной до 5 мм. в деталях из закаленных сталей;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.