Державка режущего инструмента

Полезная модель относится к области металлообработки и может применяться на металлорежущих станках в операциях расточки отверстий.

Задачей полезной модели является повышение стойкости инструмента для расточки отверстий за счет уменьшения вибраций державки.

Указанная задача решается за счет того, что энергия возникающих в процессе резания колебаний инструмента, гасится вязкоупорным слоем клея и рассеивается внутри пластин, составляющих державку, вследствие анизотропии механических и физических свойств прокатанных (текстурованных) материалов, в том числе анизотропии частот и логарифмических декрементов собственных колебаний.

Технико-экономический эффект предлагаемой полезной модели заключается в возможности обеспечить в процессе обработки заготовок более эффективное динамическое гашение колебаний, повысить коэффициент поглощения и демпфирования колебаний за счет большой диссипативной силы сопротивления материала державки с ориентированной в разных направлениях текстурой деформации металла.

Новое техническое решение позволяет повысить виброустойчивые свойства режущего инструмента, увеличить износостойкость режущего инструмента, улучшить качество обрабатываемой поверхности и повысить геометрическую точность детали.

Полезная модель относится к области металлообработки и может применяться на металлорежущих станках в операциях расточки отверстий.

Известен способ изготовления державок режущих инструментов [1], позволяющий для внешней обработки повысить стойкость инструмента за счет уменьшения вибраций державки. Изобретение [1] конструктивно состоит из режущей пластины и составной державки, выполненной из набора пластин.

Пластины склеены между собой по плоскостям, параллельным опорной поверхности державки. Нижняя пластина служит опорной пластиной державки. Недостатком известного решения [1], выбранного в качестве прототипа, является неэффективность его применения для изготовления державок, предназначенных для расточки отверстий. Так как при этих видах обработки данное положение пластин, а соответственно и текстур деформации металла, полученных при прокатке, не будет обеспечивать оптимальных условий сдерживания растягивающих и сжимающих напряжений.

Задачей полезной модели является уменьшение вибраций державки, за счет чего удается значительно повысить стойкость инструмента для расточки отверстий, в котором используется предлагаемая державка.

Для решения поставленной задачи предлагается державку режущего инструмента изготавливать из склеенных между собой пластин, которые вырезают из листового проката и собирают в пакет по плоскостям вертикально относительно опорной плоскости державки, причем крайние пластины имеют продольную относительно направления прокатки ориентировку текстуры, а центральная пластина - поперечную относительно направления прокатки ориентировку текстуры.

Таким образом, обеспечивается разориентировка текстуры деформации в двух крайних пластинах державки по отношению вектора равнодействующей сил резания R в диапазоне 90±10° (_р<100° и _р>80°). В центральной пластине текстуру располагают в поперечном направлении относительно направления прокатки ориентировки текстуры, обеспечивая разориентировку по сравнению с крайними пластинами державки.

Работа державки режущего инструмента для расточки отверстий поясняется следующими чертежами:

фиг.1, на которой представлена схема сил резания при расточке отверстий;

фиг.2, на которой представлена схема вырезки пластин для державки из листового проката;

фиг.3, на которой представлено расположение сил резания при расточке отверстий и их взаимосвязь с текстурой пластин державки;

фиг.4, на которой представлена схема взаимосвязи сил резания с напряжением растяжением-сжатием в пластинах державки при расточке отверстий.

Пластины 1, 3 вырезаны так, что их плоскости ориентированы вертикально, а сечения поперек направления прокатки имеют продольную ориентировку текстуры относительно направления прокатки. Плоскость пластины 2 ориентирована вертикально, поперек направления прокатки, а плоскость ее поперечного сечения имеет продольную ориентировку. Таким образом, пластины 1, 3 и пластина 2 имеют различную текстуру деформации в своей плоскости и в своем сечении, обладают различными физико-механическими, в том числе демпфирующими свойствами, относительно действия нагружающих державку сил (составляющих силы резания).

Вырезанные пластины собирают в пакет. Для достижения наибольшего демпфирующего эффекта, разориентация текстуры деформации в двух соседних пластинах должна быть максимальна. Тогда колебательная волна при переходе границы раздела меняет свое направление, в результате чего происходит рассеивание энергии колебаний. При малой величине разориентации текстуры деформации диссипация энергии незначительна. Поэтому, в предлагаемом техническом решении пластины державки ориентируют таким образом, чтобы при переходе от одной пластины к другой текстура деформации изменялась на 90±10° относительно действия на державку основной - тангенциальной составляющей силы резания.

Под действием силы резания в верхних слоях державки возникают преимущественно максимальные растягивающие напряжения р, а в нижних, опорных, сжимающие напряжения сж.

Поэтому, для стабилизации прочности различных зон и увеличения прочности и надежности всей державки необходимы дополнительные условия по ориентации текстуры деформации в пластинах сборной державки относительно сил резания. Известно, что максимальное сопротивление растягивающим напряжениям прокатанный металл оказывает в продольном направлении, а минимальное - в вертикальном направлении относительно направления прокатки. Максимальным сопротивлением сжимающим напряжениям, наоборот, прокатанный металл обладает в вертикальном направлении, а минимальным - в продольном. Сопротивление металла в поперечном направлении и растягивающим и сжимающим напряжениям имеет промежуточные значения.

Составная державка выполнена из набора трех пластин 1-3, с различной ориентировкой текстуры деформации относительно действия сил резания. Пластины 1-3 склеены между собой, вертикально относительно опорной поверхности державки. Пластины 1, 3 имеют направление прокатки, ориентированное перпендикулярно тангенциальной составляющей силы резания Pz. Направление прокатки в пластине 2 ориентировано параллельно радиальной составляющей силы резания Pz. Плоскость прокатки в пластине 2 ориентирована перпендикулярно тангенциальной составляющей силы резания Pz.

В этом случае, направление прокатки в пластинах 1 и 3 ориентируется параллельно действию осевой составляющей силы резания Рх. Поперечное направление прокатки в средней пластине 2 ориентируется параллельно действию тангенциальной составляющей силы резания Pz. Таким образом, между пластинами 1, 3 и 2 выдерживается прямой угол в текстуре деформации. Это позволяет при силе Ру обеспечить в крайне левой части слоя державки сдерживание растягивающих напряжений, а в крайне правой части слоя державки обеспечить сдерживание сжимающих напряжений. Расположение текстуры в крайних слоях державки вдоль силы Р_х, а так же ее конструктивное расположение позволяет сдерживать растяжение-сжатие и в направлении силы P_z. Текстура центральной части слоя державки должна стремиться с приближением к силе Р_х близкой 90°.

Энергия возникающих в процессе резания колебаний инструмента гасится не только вязкоупорным слоем клея, но и рассеивается внутри пластин, составляющих державку, вследствие анизотропии механических и физических свойств прокатанных (текстурованных) материалов, в том числе анизотропии частот и логарифмических декрементов собственных колебаний. При разориентировке текстуры деформации в двух соседних пластинах, отличной от 90±10° (_p<100° и _р>80°)., степень диссипации энергии уменьшается, а технологические сложности при изготовлении пластин увеличиваются (увеличивается число операций и становится больше отходов металла).

Применение предлагаемой авторами державки режущего инструмента для расточки отверстий позволяет в процессе обработки заготовок обеспечить более эффективное динамическое гашение колебаний, чем известные, так как повышается коэффициент поглощения и демпфирования колебаний за счет большой диссипативной силы сопротивления материала державки с ориентированной в разных направлениях текстурой деформации металла.

Использование виброустойчивых свойств державок, изготовленных по предлагаемому способу, наиболее приемлемо при чистовой и тонкой обработке на высоких скоростных режимах резания при малой жесткости заготовок, переменной, непрерывной или разрывной поверхности обработки, когда предъявляются повышенные требования по геометрической точности обрабатываемого профиля детали и шероховатости поверхности.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР 931299 «Способ изготовления державок режущих инструментов».

2. Вейц В.Л., Максаров В.В. Динамика и управление процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке. - СПб.: СЗПИ, 2000. - 160 с.

3. Вейц В.Л., Максаров В.В., Лонцих П.А. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке. - Иркутск: РИО ИГИУВа, 2000. - 180 с.

4. Панин В.Е. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. - Новосибирск: Наука, 1990. - 251 с.

Державка режущего инструмента, состоящая из пластин, склеенных между собой по плоскостям, отличающаяся тем, что пластины вырезаны из листов, полученных методом прокатки, собраны в пакет и установлены вертикально относительно опорной плоскости державки, причем крайние пластины имеют продольную относительно направления прокатки ориентировку текстуры, а центральная пластина - поперечную относительно направления прокатки ориентировку текстуры.