Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина

Полезная модель относится к области обработки резанием пластичных материалов. Для повышения надежности стружкодробления и стойкости инструмента 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. Уменьшение высоты боковых поверхностей пластины происходит ступенчато, на коротком участке, прилегающем к радиусной режущей кромке, синхронно с увеличением ширины стружкозавивающей поверхности. 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. На вогнутой части передней поверхности пластины выполнены стружкодеформирующие выступы, расположенные вдоль режущих кромок и отстоящие от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски. Режущая пластина может быть выполнена с округленными режущими кромками и упрочняющими фасками переменной ширины. 1 н.з. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

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 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 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.

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 к ней (фиг.2). Угол находится в пределах от 4 до 5°. Вдоль режущей кромки пластины расположена упрочняющая фаска 9. Упрочняющая фаска имеет переменную ширину (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_к.

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 уменьшаются, а угол в плане пластины , высота стружкозавивающих выступов h и ширина стружкозавивающей поверхности b увеличиваются (фиг.3):

H₁ >Н₂>Н₃; ₁>₂>₃>₄>₅>₆; ₁<₂<₃;

h₁<h₂ <h₃<h₄<h₅<h ₆; b₁<b₂<b₃<b ₄<b₅<b₆

Под углом в плане понимается угол между проекциями касательных к главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Уменьшение высоты боковых поверхностей пластины происходит ступенчато, на коротком участке l_k (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/R₁>1/R₂>1/R₃ , 1/R₄<1/R₅<1/R₆.

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 . Для повышения прочности пластины ее режущая кромка округляется.

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 _k и параметров сечения срезаемого слоя обрабатываемого материала b_k, a_k. При неизменном припуске обработки и постоянной подаче резца с уменьшением кинематического угла в плане _к увеличивается ширина срезаемого слоя b _k и уменьшается его толщина a_k (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 _k 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 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.

1. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина с расположенными вдоль криволинейных главных режущих кромок упрочняющими фасками и стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, отличающаяся тем, что при удалении от вершины пластины высота боковых поверхностей пластины и величина переднего угла уменьшаются, а угол в плане пластины, высота стружкозавивающих выступов и ширина стружкозавивающей поверхности увеличиваются.

2. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что уменьшение высоты боковых поверхностей пластины происходит ступенчато на коротком участке, прилегающем к радиусной режущей кромке, синхронно с увеличением ширины стружкозавивающей поверхности.

3. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что при удалении от вершины пластины вдоль главной режущей кромки форма примыкающей к упрочняющей фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой.

4. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.3, отличающаяся тем, что поперечные сечения примыкающих к фаске участков стружкозавивающих поверхностей имеют форму дуг окружностей, причем по мере удаления от вершин пластины кривизна стружкозавивающей поверхности на ее выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается.

5. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.3, отличающаяся тем, что на вогнутой части передней поверхности пластины выполнены стружкодеформирующие выступы, расположенные вдоль режущих кромок и отстоящие от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски.

6. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что пластина выполнена с округленными режущими кромками.

7. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что упрочняющая фаска имеет переменную ширину, причем при удалении от вершины пластины ширина фаски на радиусном участке увеличивается, а на прямолинейном уменьшается.

8. Сменная тангенциальная многогранная режущая пластина по п.1 или 7, отличающаяся тем, что упрочняющая фаска выполнена двухгранной.