Фреза для больших подач и режущая пластина для нее
MILL FOR HEAVY FEED AND A CUTTING PLATE FOR IT

Область техники
Настоящее изобретение включает группу устройств, используемых для обработки материалов резанием, в частности в изделиях из трудно обрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов.
Уровень техники
Для повышения производительности процесса фрезерования изделий из титана и его сплавов применяют фрезы с механическим креплением сменных режущих пластин, в том числе с износостойкими покрытиями. В процессе фрезерования режущие кромки пластин подвергаются значительным переменным механическим и термическим воздействиям, что существенно влияет как на стойкость, так и на технологические возможности режущего инструмента.
Это обусловлено во многом тем, что при механическом и термическом воздействии режущие пластины находятся в сложном напряжено-деформированном состоянии. При этом величины напряжений, действующих на режущие пластины в целом, на их отдельные части и на их поверхности в покрытиях, во многом зависят от первоначальных значений напряжений, созданных при изготовлении режущих пластин и закреплении их в гнездах режущего инструмента, и от величин термического и механического воздействий, возникающих в процессе фрезерования и во многом зависящих от геометрических размеров пластин, их соотношения, материала основы, углов и режимов резания, а также от обрабатываемого материала.
Особо большие нагрузки испытывают режущие пластины при обработке изделий с большими подачами. При этом необходимо также обеспечить механическую прочность режущих пластин. Для повышения работоспособности и стойкости фрех при их работе с большими подачами используют режущие пластины с криволинейными режущими кромками.
Известна, например, конструкция режущего инструмента и округлой двухсторонней режущей пластины (патент RU №2505382, В23С 5/20). Режущая пластина предназначена для закрепления во вращающемся режущем иснтрументе и содержит две противоположные торцевые поверхности и переферийную боковую поверхность между ними. При этом каждая торцовая поверхность имеет общую первую ось симметрии, вокруг которой каждая торцовая поверхность имеет N-кратную симметрию вращения, где выбирают из группы 2, 3 и 4. При этом криволинейные режущие кромки торцевых поверхностей не перекрываются, если смотреть с торца режущей пластины вдоль первой оси симметрии, причем каждая из криволинейных режущих кромок лежит на торе. Режущий инструмент для использования указанной режущей пластины имеет ось вращения и содержит корпус, имеющий по меньшей мере одно гнездо под режущую пластину, образованное в его переднем конце и содержащее тангенциальную опорную поверхность, резьбовое сквозное отверстие и боковые стенки. При этом две разнесенные боковые стенки образуют острый угол с тангенциальной опорной поверхностью гнезда под режущую пластину.
Известны конструкции режущих пластин для торцевого фрезерования и фрезерного инструмента, на котором используются указанные режущие пластины (патент RU №2370349, В23С 5/20) для обработки изделий с большими подачами. При этом режущая пластина имеет верхнюю поверхность, содержащую четыре идентичные режущие кромки и четыре идентичных угла, соединяющие выпуклые режущие кромки. Каждая выпуклая режущая кромка включает изогнутую область и первую прямолинейную область, примыкающую к изогнутой области. Радиус каждой изогнутой области, по меньшей мере, в два раза превышает радиус большой окружности, которая может быть вписана в верхнюю поверхность. Пластина имеет нижнюю поверхность, содержащую нижнюю кромку, а также четыре идентичные боковые стороны, каждая из которых проходит между выпуклой режущей кромкой и нижней кромкой и включает первую коническую заднюю поверхность, проходящую от изогнутой области к нижней комке, и первую плоскую грань, проходящую от первой по существу прямолинейной области к нижней кромке, вторую коническую заднюю поверхность, проходящую от каждого угла режущей кромки в направлении к нижней кромке. При этом, когда режущая пластина установлена в гнездо режущего инструмента, первая по существу прямолинейная область проходит в направлении, по существу перпендикулярном оси его вращения.
Указанные конструкции режущих пластин позволяют использовать фрезы для работы с большими подачами, однако, для повышения их стойкости при обработке изделий из титана и его сплавов необходимо создание конструкции фрез и режущих пластин для них с оптимальным соотношением геометрии режущего клина, радиусов закругления криволинейных участков режущих кромок и их передних поверхностей, а также особой конструкции боковых поверхностей, позволяющей снизить изменения внутренних напряжений в режущем клине при закреплении и использовании режущих пластин на разных режимах резания.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной конструкции режущих пластин для больших подач, позволяющей увеличить стойкость фрез при обработке изделий из титана и его сплавов.
Задачей настоящего изобретения является также создание конструкции фрез для больших подач с применением режущих пластин повышенной стойкости.
Сущность изобретения
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.
Режущая пластина для больших подач имеет твердосплавную основу с износостойким покрытием, крепежное отверстие с осью и верхнюю рабочую поверхность, содержащую, по меньшей мере, три идентичные выпуклые режущие кромки, имеющие изогнутую область в форме окружности.
Режущая пластина также содержит вогнутые передние поверхности, направленные вовнутрь верхней рабочей поверхности, идентичные углы, соединяющие выпуклые режущие кромки, нижнюю базовую поверхность, содержащую нижнюю кромку и идентичные боковые стороны.
Каждая идентичная боковая сторона проходит между выпуклой режущей кромкой и нижней кромкой и включает верхнюю заднюю боковую поверхность, проходящую от выпуклой режущей кромки до нижней боковой поверхности.
При этом нижняя боковая поверхность и верхняя задняя боковая поверхность наклонены под разными внутренними острыми углами к нижней базовой поверхности.
В соответствии с предложенным изобретением нижняя боковая поверхность разделена на первую и вторую нижние боковые поверхности по волнообразной кривой, имеющей восходящую волну, направленную к области выпуклой режущей кромки, выполненной в форме окружности, и нисходящую волну, охватывающую углы боковой поверхности режущей пластины.
На каждой второй нижней боковой поверхности под острым углом к нижней базовой поверхности выполнена боковая базовая поверхность, причем углы наклона верхней задней боковой поверхности, первой нижней боковой поверхности и боковой базовой поверхности к нижней базовой поверхности подчинены следующему соотношению α1<α2>α3, где α1 - угол наклона верхней задней боковой поверхности к нижней базовой поверхности; α2 - угол наклона первой нижней боковой поверхности к нижней базовой поверхности; α3 - угол наклона боковой базовой поверхности к нижней базовой поверхности.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением режущей пластины вершина восходящей волны линии пересечения первой нижней боковой поверхности и второй нижней боковой поверхности на виде сбоку на режущую пластину смещена относительно вершины выпуклых режущих кромок.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины вдоль волнообразной линии между первой и второй нижними боковыми поверхности выполнен плавный переход или ступень под острым углом к нижней базовой поверхности, а угол наклона верхней задней боковой поверхности α1 выбран из диапазона 75…85°, угол наклона первой нижней боковой поверхности α2 выбран из диапазона 78…86°, угол наклона боковой базовой поверхности α3 выбран из диапазона 72…77°.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее передней рабочей поверхности выполнены угловые поверхности, идущие от углов в направлении крепежного отверстия и соединяющие вогнутые передние поверхности.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее вогнутых передних поверхностях диаметрально противоположно одна другой выполнены выборки, дно которых лежит в плоскости, параллельной нижней базовой поверхности.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее вогнутые передние поверхности содержат области, выполненные в форме поверхности усеченного конуса.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее первая нижняя боковая поверхность выполнена вогнутой вовнутрь режущей пластины.
3
2
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее твердосплавная основа содержит составляющие, количество которых выбрано в следующих диапазонах 9…14 вес. % Со, 0,2…1,5 вес. % СrО, 84,5…90,8 вес. % WC, а ее коэрцетивная сила выбрана в диапазоне 10…19 кА/м, а на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, содержащее один и более слоев и, по меньшей мере, один слой содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb,Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Si, C, N,B.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии имеет остаточные сжимающие напряжения.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из NbN или из TiB2.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины ее вогнутые передние поверхности имеют области, выполненные в виде элементов сфер, радиусы кривизны которых больше радиусов кривизны изогнутых областей в форме окружности выпуклых режущих кромок.
При этом центры сфер, формирующих передние поверхности, смещены от оси отверстия режущей пластины в сторону противоположной выпуклой режущей кромки и их проекции образуют на виде сверху на режущую пластину многоугольник.
Величина смещения центров сфер, формирующих вогнутые области передних поверхностей, относительно оси отверстия выбрана из диапазона 7…14 мм.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины проекции центров сфер, формирующих вогнутые области передних поверхностей, смещены на виде сверху на режущую пластину на острый угол относительно осей симметрии режущей пластины, проходящих через середины боковых граней, причем указанный острый угол выбран из диапазона 0,5…12°.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины изогнутая область ее вогнутых передних поверхностей выполнена в виде элементов сферы по всей длине.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины на виде сверху на режущую пластину радиус описанной вокруг нее окружности равен или больше максимального радиуса вписанной окружности в многоугольник, образованный проекциями центров сфер, формирующих изогнутые области передних поверхностей.
Описанная выше режущая пластина предназначена для применения во фрезах, используемых при фрезеровании с большими подачами.
В соответствии с предложенным изобретением фреза для больших подач включает корпус с гнездами, содержащими опорную базовую поверхность, радиальные и осевые базовые поверхности. В гнезда установлены и закреплены с помощью винтов режущие пластины по одному из предпочтительных вариантов.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены особенности конструкций режущих пластин и фрезы для больших подач.
При этом на чертежах, в частности, изображены:
на фиг. 1 изображена в перспективе режущая пластина для больших подач;
на фиг. 2 изображен вид сверху на режущую пластину, представленную на фиг. 1;
на фиг. 3 изображен вид сбоку режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг4 изображен вид снизу режущей пластины, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 5 изображен разрез по линии I-I режущей пластины, изображенной на фиг. 2;
на фиг. 6 изображен фрагмент разреза по линии I-I режущей пластины, изображенной на фиг. 2;
на фиг. 7а и 7b изображен вид сверху на режущую пластину, изображенную на фиг. 1, с демонстрацией соотношения радиусов кривизны выпуклых режущих кромок и сфер, формирующих передние поверхности, для одного из предпочтительных вариантов исполнения режущей пластины;
на фиг. 8 изображена торцовая фреза для больших подач с режущими пластинами, изображенными на фиг. 1;
на фиг. 9 изображено в перспективе гнездо фрезы, изображенной на фиг. 8.
Детальное описание чертежей
В начале рассмотрим особенности конструкции режущей пластины, предназначенной для использования на фрезе для больших подач.
Режущая пластина 10 для больших подач имеет твердосплавную основу с износостойким покрытием, центральное крепежное отверстие 12 с осью 14.
Ее верхняя рабочая поверхность 16 содержит, по меньшей мере, три идентичные выпуклые режущие кромки 18.
На фиг. 1-7 изображена режущая пластина 10, имеющая четыре режущие кромки, имеющие изогнутую область 20 в форме окружности. Ее вогнутые передние поверхности 22 направлены вовнутрь верхней рабочей поверхности 16, а идентичные углы 26 соединяют выпуклые режущие кромки 18.
Нижняя базовая поверхность 28 режущей пластины 10 содержит нижнюю кромку 30. Идентичные боковые стороны 32 проходят между выпуклой режущей кромкой 18 и нижней кромкой 30 и включают верхнюю заднюю боковую поверхность 34, проходящую от выпуклой режущей кромки 18 до нижней боковой поверхности 36.
Причем нижняя боковая поверхность 36 и верхняя задняя боковая поверхность 34 наклонены под разными внутренними острыми углами к нижней базовой поверхности 28.
В соответствии с предложенным изобретением нижняя боковая поверхность 36 режущей пластины 10 разделена на первую 36а и вторую 36b нижние боковые поверхности по волнообразной кривой 38, имеющей восходящую волну 38а, направленную к области 20 выпуклой режущей кромки 18, выполненной в форме окружности, и нисходящую волну 38b, охватывающую углы 40 боковой поверхности режущей пластины 10.
На каждой второй нижней боковой поверхности 36b под острым углом α3 к нижней базовой поверхности 28 выполнена боковая базовая поверхность 46, причем углы наклона верхней задней поверхности 34, первой нижней боковой поверхности 36а и боковой базовой поверхности 46 к нижней базовой поверхности 28 подчинены следующему соотношению α1<α2>α3, где α1 - угол наклона верхней задней боковой поверхности 34 к нижней базовой поверхности 28; α2 - угол наклона первой нижней боковой поверхности 36а к нижней базовой поверхности 28; α3 - угол наклона боковой базовой поверхности 46 к нижней базовой поверхности 28.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением режущей пластины 10 вершина 38с восходящей 38а волны линии пересечения первой нижней боковой поверхности 36а и второй нижней боковой поверхности 36b на виде сбоку на режущую пластину 10 смещена относительно вершины 20а выпуклых режущих кромок 18, например, на величину Δ.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 вдоль волнообразной линии 38 между первой 36а и второй 36b нижними боковыми поверхности выполнен плавный переход или ступень под острым углом к нижней базовой поверхности 28, а угол наклона α1 верхней задней боковой поверхности 34 выбран из диапазона 75…85°, угол наклона α2 первой нижней боковой поверхности 36а выбран из диапазона 78…86°, угол наклона α3 боковой базовой поверхности 46 выбран из диапазона 12…11°.
Нижний и верхний пределы указанных углов наклона соответствуют оптимальным условиям резания, используемым при обработке изделий из титановых сплавов, а также условиям размещения режущих пластин в гнездах корпуса фрез с большими осевыми углами резания.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 на ее передней рабочей поверхности 16 выполнены угловые поверхности 48, идущие от углов 26 в направлении крепежного отверстия 12 и соединяющие вогнутые передние поверхности 22.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 на ее вогнутых передних поверхностях 22 диаметрально противоположно одна другой выполнены выборки 50, дно которых лежит в плоскости, параллельной нижней базовой поверхности 28.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 ее вогнутые передние поверхности 22 содержат области, выполненные в форме поверхности усеченного конуса.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 ее первая нижняя боковая поверхность 36а выполнена вогнутой вовнутрь режущей пластины 10.
3
2
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 ее твердосплавная основа содержит составляющие, количество которых выбрано в следующих диапазонах 9…14 вес. % Со, 0,2…1,5 вес. % СrС, 84,5…90,8 вес. % WC, а ее коэрцетивная сила выбрана в диапазоне 10…19 кА/м, а на твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, содержащее один и более слоев и, по меньшей мере, один слой содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb,Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Si, C, N, B.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии имеет остаточные сжимающие напряжения.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 на ее твердосплавную основу нанесено износостойкое покрытие, и, по меньшей мере, один слой в износостойком покрытии выполнен из NbN или из TiB2.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 ее вогнутые передние поверхности 22 имеют области 24, выполненные в виде элементов сфер 24а, радиусы кривизны R1 которых больше радиусов кривизны R2 изогнутых областей 20 в форме окружности выпуклых режущих кромок 18, а их центры смещены от оси 14 отверстия 12 режущей пластины 10 в сторону противоположной выпуклой режущей кромки 18 и их проекции O'1, O'2, O'3,O'4 образуют на виде сверху на режущую пластину 10 многоугольник.
При этом величина смещения С центров сфер 24а, формирующих вогнутые области 24 передних поверхностей 22, относительно оси 14 отверстия 12 выбрана из диапазона 7…14 мм.
Нижний и верхний пределы смещения С определены, исходя из геометрических размеров режущих пластин, углов и режимов резания, используемых при обработке изделий из титановых сплавов.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 проекции центров сфер 24а, формирующих вогнутые области 24 передних поверхностей 22, смещены на виде сверху на режущую пластину 10 на острый угол θ относительно осей симметрии режущей пластины 10, проходящих через середины боковых граней 32, причем указанный острый угол θ выбран из диапазона 0,5…12°.
Верхний и нижний пределы угла смещения центров сфер, формирующих участки передних поверхностей режущих пластин выбраны из условия обеспечения геометрии и прочности режущего клина, а также условий схода стружки.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 изогнутая область 24 ее вогнутых передних поверхностей 22 выполнена в виде элементов сферы по всей длине.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением режущей пластины 10 на виде сверху на режущую пластину 10 радиус описанной вокруг нее окружности равен или больше максимального радиуса вписанной окружности в многоугольник, образованный проекциями центров сфер 24а, формирующих изогнутые области 24 передних поверхностей 22.
Предложенная фреза 52 для больших подач включает корпус 54 с гнездами 56, содержащими опорную базовую поверхность 58, радиальные 60 и осевые 62 базовые поверхности. В гнезда 56 установлены и закреплены с помощью винтов 64 режущие пластины 10 по одному из предпочтительных вариантов, описанных выше.
Описание работы изобретения
В зависимости от формы обрабатываемой поверхности и ее состояния, а также режимов и способа обработки изделий из титана и его сплавов выбирают соответствующие типоразмеры и конкретную геометрию режущих пластин 10.
Затем режущие пластины 10 устанавливают в гнезда 56 корпуса 54, например, торцовой фрезы для больших подач 52 и крепят с помощью винтов. При этом благодаря особой конструкции боковых поверхностей 32 режущих пластин 10, содержащих нижнюю боковую поверхность 36, разделенную на первую 36а и вторую 36b нижние боковые поверхности по волнообразной кривой 38, обеспечивается снижение внутренних напряжений в режущем клине.
При использовании фрез 52 для работы с большими подачами на разных режимах резания эффект снижения внутренних напряжений в режущем клине сохраняется. Это позволяет повысить стойкость режущего инструмента.
Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенных в приведенной ниже формуле изобретения.