СБОРНЫЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАНАВОК

Полезная модель относится к обработке металлов резанием, в частности, к изготовлению канавок в изделиях из закаленных сталей. Значительный объем таких изделий приходится на различные виды гидроагрегатов, таких, как плунжерные насосы, системы подачи топлива в двигателях, топливные насосы высокого давления, скважинные насосы, трубопроводная арматура. Производство деталей данного типа обусловливает необходимость обработки канавок различного конструктивного и технологического назначения. Это наиболее ответственная и трудоемкая операция. Канавки в плунжерных парах исполняют роль отсекателей объемов жидкости, а также служат посадочной поверхностью для различного вида уплотнителей. Необходимые точностные и структурные характеристики поверхностей этих изделий обеспечиваются на последних финишных операциях, для чего зачастую вынужденно применяются несколько переходов абразивной обработки со щадящими режимами, что очень неэкономично, особенно в условиях серийного и крупносерийного производств. Замена абразивной финишной обработки на лезвийную, с использованием режущего инструмента из керамики является актуальной задачей.
Вместе с тем процессы обработки канавок, и отрезания представляют значительную сложность и, следовательно, осуществляются с относительно низкой производительностью. Сложность выполнения этих процессов состоит в том, что рабочая часть резца, особенно при отрезании и прорезании наружних и внутренних канавок имеет, как правило, небольшую ширину по сравнению с его длиной, а, следовательно, и относительно небольшую жесткость, что часто в процессе обработки приводит к возникновению вибраций, которые снижают стойкость инструмента. Кроме того, процесс обработки канавочными резцами характеризуется одновременной работой не менее чем трех кромок, т.е. имеет место несвободное резание, в результате чего инструмент испытывает значительные удельные нагрузки. Небольшое сечение канавки приводит к плохому отводу стружки, приводящего к непредсказуемой поломке инструмента и ухудшению качества обработанной поверхности. В связи с этим актуальны решения следующих задач:
- снижения нагрузок на лезвие инструмента при прорезке канавок;
- управление процессом стружкообразования при прорезке канавок;
- повышение жесткости сборного инструмента при прорезке канавок.
В настоящее время изготавливаются сборные резцы, оснащенные пластинами из различных марок керамики. Технические условия на токарные резцы с механическим креплением пластин из керамики регламентируются в России ГОСТ 26613-85 (в ред. 1992 г.) Сборные резцы для изготовления канавок в ГОСТ отсутствуют.
Из других источников известны сборные резцы для изготовления канавок, оснащенные пластинами из инструментального материала (см., например, патент на полезную модель РФ №33528, В23В 27/16, опубл. 27.10.2003 г.)
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является конструкция сборного резца для изготовления канавок, выполненного в виде державки, с закрепленной на ней пластиной из керамики (см. официальный каталог «Sandvik Coromant», «Отрезка и обработка канавок», 2011 г, с. В86-В87)
Недостатком известного из уровня техники сборного резца следует отнести невысокую жесткость конструкций в виду малого сечения режущей части и одного фиксирующего устройства пластины, 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°.
В основу заявленной полезной модели была положена задача увеличения жесткости конструкции инструмента и управления процессом стружкообразования и силовыми нагрузками.
Техническими задачами заявленной полезной модели являются повышение жесткости конструкции за счет использования дополнительного средства фиксации, и обеспечение возможности управления процессом стружкообразования (отвод стружки от торца канавок) за счет геометрии рабочего лезвия.
Поставленный технический результат решается посредством того, что сборный резец для изготовления канавок, выполнен в виде державки с закрепленной на ней керамической пластиной в форме многогранника со средством фиксации пластины на державке, отличающийся тем, что керамическая пластина выполнена с углом наклона режущей кромки λ, составляющим 3-7°, при этом средство фиксации керамической пластины выполнено в виде двух винтовых прихватов.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
Фиг.1 - сборный резец с пластиной и со средствами фиксации вид сбоку;
Фиг.2 - сборный резец с пластиной и со средствами фиксации вид сверху;
Фиг.3 - сборный резец с пластиной и со средствами фиксации вид спереди.
Сборный резец для изготовления канавок выполнен в виде корпуса 1, режущей керамической пластины 2. При этом пластина 2 зафиксирована в гнезде корпуса 1 верхним прихватом 3 и боковым прихватом 4.
Сборный резец для изготовления канавок работает следующим образом:
Пластину 2 устанавливают в гнездо корпуса 1 и закрепляют двумя винтовыми прихватами 3 и 4 при помощи торцевого ключа. После этого резец в сборе устанавливают на станок.
Данная конструкция режущей пластины была изготовлена и прошла испытания на лабораторной базе ГОУ 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. Испытания показали, что заявленные интервалы в формуле полезной модели являются необходимым и достаточным признаком заявленного технического решения (см. таблицу 1).
Табл.1
Угол наклона режущей кромки λ°
Р<sub>хз</sub>, Н
P<sub>уз</sub>, Н
Р<sub>zз</sub>, Н
σ<sub>NZ</sub> ,МПа
1
0-2
145
1300
380
1774
2
3
117
916
234
1924
3
5
72
650
170
1791
4
7
52.
309
123
3320
5
8-10
39
109
89
4804
хз
уз
zз
NZ
Где Р, Р, Р - силы, действующие на заднюю поверхность инструмента, а σ - напряжение на задней поверхности резца.
Как видно из таблицы значения угла наклона режущей кромки при выходе за границы заявленного интервала приводят:
NZ
- при значениях угла наклона режущей кромки более 7°. происходит увеличение напряжения по задней поверхности до критических величин (σ≥3500 МПа);
z
- при значениях угла наклона режущей кромки менее 3° имеет место критическая величина силы, действующей на заднюю поверхность (P≥1000Н).
Эти факторы приводят к резкому повышению вероятности непрогнозируемых отказов инструмента и выходу его из работоспособного состояния, а также к снижению жесткости системы «инструмент-деталь», что недопустимо при работе инструмента на ответственных чистовых операциях.
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 заявленном сборном резце отдельными признаками общеизвестны 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 сборного резца 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.