СМЕННАЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНАЯ МНОГОГРАННАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА

Полезная модель относится к области обработки резанием пластичных материалов, в частности к режущему инструменту, предназначенному для контурного точения с переменными условиями резания.
Известны конструкции сменных режущих пластин с тангенциальной схемой закрепления в корпусе резца, предназначенные для обработки пластичных материалов с большой глубиной резания и подачей [Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты»/ Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989.- 328 с. (см. с.52)]. На тангенциальных пластинах с расположенными вдоль главных режущих кромок упрочняющими фасками выполнены стружкозавивающие поверхности постоянного профиля. Конструкции имеют ограниченные технологические возможности, обеспечивая стабильное стружкодробление в узком диапазоне режимов резания.
Известна сменная тангенциальная многогранная режущая пластина с расположенными вдоль криволинейных режущих кромок упрочняющими фасками и стружкозавивающими поверхностями переменного профиля [Patent №7073987В2 US. (МПК В23В 27/16). Tangential cutting insert and insert holder / G. Hecht; date of pat. 11.07.2006.] Пластина позволяет улучшить отвод стружки из зоны резания за счет усложнения формы режущих кромок и передних поверхностей. Данное изобретение как наиболее близкое к заявляемой полезной модели принято за прототип. Недостатками пластины являются ограниченные технологические возможности, низкая стойкость и эффективность стружкодробления при контурном точении пластичных материалов. Несимметричная форма пластины с уменьшенным числом рабочих граней снижает ее универсальность. Одна и та же пластина не может быть использована для правого и левого точения. Снижение универсальности пластины ведет к увеличению расхода инструмента на металлообрабатывающих предприятиях и, как следствие, увеличению затрат на его приобретение.
Пластина имеет низкую стойкость при ее использовании для контурного точения пластичных материалов и не обеспечивает стабильное дробление стружки в условиях широкого изменения размеров срезаемого слоя. При черновой обработке фасонных заготовок с большими углами в плане участок пластического контакта стружки с инструментом выходит на заднюю стенку стружкозавивающего уступа, вызывая избыточную деформацию изгиба стружки в плоскости схода и увеличение сил резания. Максимальный износ пластины приходится на участок ее взаимодействия с наиболее твердыми слоями обрабатываемой наружной поверхности заготовки. В этом же месте зарождаются трещины, вызывающие выкрашивание или поломку пластины. При уменьшении углов в плане стружка становится менее жесткой и трудно управляемой. Формирование неуправляемой путаной стружки представляет серьезные проблемы для нормального протекания технологической операции.
Задача полезной модели - расширение технологических возможностей режущей пластины, повышение ее стойкости и надежности стружкодробления при точении пластичных материалов, снижение инструментальных затрат.
Технический результат достигается тем, что на сложнопрофильной тангенциальной режущей многогранной пластине с симметрично расположенными рабочими участками выполнены криволинейные поверхности с изменяющейся вдоль главных режущих кромок геометрией таким образом, что при удалении от вершины пластины высота ее боковых поверхностей и величина переднего угла уменьшаются, а угол в плане пластины, высота стружкозавивающих выступов и ширина стружкозавивающей поверхности увеличиваются. Для повышения эффективности пластин уменьшение высоты боковых поверхностей пластины происходит ступенчато, на коротком участке, прилегающем к радиусной режущей кромке, синхронно с увеличением ширины стружкозавивающей поверхности, а форма примыкающей к фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой.
С целью повышения технологичности изготовления режущей пластины поперечные сечения примыкающей к фаске участка стружкозавивающей поверхности выполняют в виде дуг окружностей, кривизна которых по мере удаления от вершины пластины на выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается. Для повышения надежности завивания и дробления широких и тонких стружек на вогнутой поверхности канавки выполняют стружкодеформирующие элементы в виде выступов, расположенных вдоль режущих кромок и отстоящих от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски. Упрочняющая фаска имеет переменную ширину. При удалении от вершины пластины ширина фаски на радиусном участке увеличивается, а на удаленном от вершины участке уменьшается. Наибольшую ширину имеет центральная наиболее нагруженная часть главной режущей кромки. Режущая пластина может быть выполнена с округленными режущими кромками и двухгранной упрочняющей фаской.
Повышение эффективности работы пластины происходит за счет изменения условий стружкообразования, формы и жесткости стружки, а также схемы взаимодействия стружки с естественными препятствиями. Создание на режущей пластине переменных вдоль режущей кромки условий схода стружки вызывает дополнительное поперечное вращение, изменяющее ее вид и направление начального движения. Стружка приобретает форму винтовой спирали. Жесткость такой стружки увеличивается, и для ее поломки требуются меньшие деформации. В результате, при взаимодействии с ограничивающими ее естественную траекторию элементами системы «станок-приспособление-инструмент-заготовка» (СПИЗ) повышается надежность дробления сливной стружки на части при обработке пластичных материалов. При контурном точении фасонных заготовок уменьшение толщины срезаемого слоя сопровождается увеличением его ширины. В результате создания на пластине упрочняющих фасок с уменьшенной шириной на радиусном и периферийном участках происходит стабильное попадание срезаемого слоя металла на примыкающую к фаске стружкозавивающую поверхность сложной формы, что обеспечивает стабильное завивание и дробление широких и тонких стружек. В отличие от аналогов задние стенки стружкозавивающей поверхности удалены от наиболее нагруженной центральной части режущей кромки пластины. Тем самым пластина может быть использована при обработке материалов в расширенном диапазоне подач.
Эффективность стружкодробления повышается за счет изготовления на передней поверхности выступов, дополнительно деформирующих контактные слои стружки, создавая в них остаточные напряжения. Увеличение жесткости поперечного сечения стружки и надежности ее дробления происходит в результате ступенчатого изменения кривизны режущей кромки пластины. Переменный угол наклона режущей кромки λ улучшает условия контакта инструмента с наружными, упрочненными слоями заготовки, что благоприятно сказывается на его работоспособности. Диапазон применимости пластины и эффективность сружкодробления повышаются при увеличении угла в плане удаленной от вершины пластины части главной режущей кромки. Увеличение угла в плане φ на 4° позволяет увеличить среднюю толщину среза при обработке фасонных деталей с постоянной подачей в среднем на 25%. Режущая пластина выполнена симметричной и может быть использована для правого и для левого точения, что повышает ее универсальность.
На фиг.1 показана тангенциальная сменная режущая пластина со стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, аксонометрия; на фиг.2 - вид в плане рабочего участка режущей кромки пластины; на фиг.3 - чертеж тангенциальной режущей пластины LNMX 301940 с сечениями в главных секущих плоскостях; на фиг.4 - схема контурного точения фасонной заготовки тангенциальной пластиной.
к
Режущая пластина имеет боковые задние поверхности 1, переднюю поверхность 2, опорную поверхность 3 (фиг.1). На пересечении передней поверхности с задними поверхностями образуется криволинейная режущая кромка 4. Наиболее нагруженные при резании металла режущие кромки, расположенные вдоль пластины и на ее радиусном участке, являются главными 10, поперечные кромки - вспомогательными 11. На пересечении главной и вспомогательной режущих кромок образуется вершина инструмента 5. Главная задняя поверхность состоит из привершинных цилиндрических участков 6 и двух плоских граней 7 и 8, расположенных параллельно продольной плоскости симметрии пластины и под углом δ к ней (фиг.2). Угол δ находится в пределах от 4 до 5°. Вдоль режущей кромки пластины расположена упрочняющая фаска 9. Упрочняющая фаска имеет переменную ширину ƒ (фиг.2). При удалении от вершины пластины ширина фаски на радиусном участке увеличивается, а на удаленном от вершины участке уменьшается. Наибольшую ширину имеет центральная часть главной режущей кромки l.
На передней поверхности сложнопрофильной тангенциальной режущей многогранной пластины с симметрично расположенными рабочими участками выполнены криволинейные стружкозавивающие поверхности 12 с изменяющейся вдоль главных режущих кромок геометрией. При удалении от вершины пластины высота боковых поверхностей пластины Н и величина переднего угла γ уменьшаются, а угол в плане пластины φ, высота стружкозавивающих выступов h и ширина стружкозавивающей поверхности b увеличиваются (фиг.3):
1
2
3
1
2
3
4
5
6
1
2
3
H>Н>Н; γ>γ>γ>γ>γ>γ; φ<φ<φ;
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
h<h<h<h<h<h; b<b<b<b<b<b
Под углом в плане φ понимается угол между проекциями касательных к главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.
k
Уменьшение высоты боковых поверхностей пластины происходит ступенчато, на коротком участке l (см. фиг.2), прилегающем к радиусной режущей кромке, синхронно с увеличением ширины стружкозавивающей поверхности b. При удалении от вершины пластины форма примыкающей к фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой, при этом кривизна стружкозавивающей поверхности на выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается:
1
2
3
4
5
6
1/R>1/R>1/R, 1/R<1/R<1/R.
φ
На вогнутой части передней поверхности пластины выполнены стружкодеформирующие выступы 13, расположенные вдоль режущих кромок и отстоящие от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски. В зависимости от условий резания упрочняющая фаска 9 может быть выполнена плоской или двухгранной, с постоянным или переменным вдоль режущей кромки передним углом γ. Для повышения прочности пластины ее режущая кромка округляется.
k
k
k
к
k
k
k
a
a
Режущая пластина может быть использована для работы на станках с ЧПУ в условиях широкого изменения режимов резания, в частности при контурном точении фасонных заготовок. Изменение направления подачи резца s, вызывает изменение кинематических углов в плане инструмента φ и параметров сечения срезаемого слоя обрабатываемого материала b, . При неизменном припуске обработки и постоянной подаче резца с уменьшением кинематического угла в плане φ увеличивается ширина срезаемого слоя b и уменьшается его толщина  (фиг.4). В результате создания на пластине упрочняющих фасок с уменьшенной шириной на радиусном и периферийном участках происходит стабильное попадание срезаемого слоя металла на примыкающую к фаске стружкозавивающую поверхность сложной формы при удалении малых и больших припусков с различными углами в плане φ В следствие неоднородной деформации срезаемого слоя создаются благоприятные условия для дополнительного поворота поперечного сечения стружки, повышению жесткости и изменению схемы деформации стружки. Сложнопрофильная геометрия передней поверхности приводит к тому, что кроме вращательных движений в плоскости передней поверхности и нормальной к режущей кромке плоскости, стружка получает дополнительное поперечное вращение, изменяющее ее вид и направление начального схода. Ударяясь в препятствие, стружка испытывает сложно напряженное состояние, приводящее к ускоренному возникновению микротрещин и поломке на части. Эффективность стружкодробления повышается за счет изготовления на передней поверхности выступов, дополнительно деформирующих контактные слои стружки, создавая в них остаточные напряжения. Увеличение жесткости поперечного сечения стружки и надежности ее дробления происходит в результате ступенчатого изменения кривизны режущей кромки пластины на ее центральном участке. Переменный угол наклона главной режущей кромки λ и увеличение ширины упрочняющей фаски на наиболее нагруженном участке пластины улучшает условия контакта инструмента с наружными, упрочненными слоями заготовки, что благоприятно сказывается на его стойкости. Режущая пластина выполнена симметричной и может быть использована для правого и для левого точения.
Применение сложнопрофильной тангенциальной многогранной режущей пластины позволяет повысить эффективность автоматизированных станочных комплексов, предназначенных для малолюдного производства.