Фреза концевая составная с пояском и крестовым шлицем

 

Решение относится к области машиностроения, в частности, к твердосплавному металлорежущему инструменту, предназначенному для обработки пазов. Техническим результатом заявляемого решения является снижение стоимости фрезы, повышение прочности места сочленения хвостовика с режущей частью для обеспечения возможности передать фрезе больший крутящий момент без разрушения места сочленения стыкуемых частей фрезы, обеспечение прогнозируемого прогиба инструмента в месте стыка его частей. Технический результат достигается тем, что хвостовик, выполненный из конструкционной стали, и режущая часть, выполненная из твердого сплава, выполнены с дополнительными ответными поверхностями сочленения. Эти поверхности являются симметричными сопрягаемыми между собой цилиндрами. На торцах сопрягаемых частей также расположены элементы крестового шлицевого соединения, например, на сопрягаемом торце режущей части фрезы выполнены четыре шлица, а на ответном сопрягаемом торце хвостовика выполнены четыре паза для этих шлицев. По всем указанным поверхностям тоже осуществляется пайка.

Предлагаемое решение относится к области машиностроения, в частности, к твердосплавному металлорежущему инструменту, предназначенному для обработки пазов, карманов, углублений в заготовках деталей, выполненных из труднообрабатываемых материалов, а именно для тех концевых фрез (и осевых инструментов), где механическое крепление или крепление режущих пластин пайкой не предусматривается.

Уровень развития техники известен их решения [ГОСТ 302415 - 2013 Фрезы концевые цельные твердосплавные. Технические условия], где фреза выполнена цельной из твердого сплава. Такое решение позволяет обрабатывать глубокие пазы на высоких режимах резания. При этом отклонение стенки обработанного паза от вертикали будет предопределяться величиной прогиба стержня фрезы, которая в свою очередь зависит (при прочих равных условиях) от величины действующей силы резания и соотношения длины фрезы к ее диаметру. Для минимизации этого отклонения фреза выполнена цельной из твердого сплава. Недостаток такой конструкции состоит в высокой стоимости фрезы. Причем, чем более глубоко в заготовке расположена подлежащая обработке поверхность, тем более значим этот недостаток в силу того, что доля стоимости цилиндрической (не режущей) части (хвостовика) фрезы становится большей в общей стоимости фрезы. Более того, та часть хвостовика фрезы, которая предназначена для закрепления фрезы в зажимном устройстве (патроне, цанге и т.д.), тоже выполнена из твердого сплава, хотя эта часть фрезы менее всего подвержена нагрузкам в процессе резания. Зачастую производственная ситуация вынуждает применять такую дорогую фрезу и для обработки заготовок, выполненных из материалов, более легко обрабатываемых. В этом случае инструментальные затраты еще более высоки. Необходимы меры по снижению доли инструментальных затрат.

Наиболее близким к заявляемому объекту, по мнению заявителя, является решение [Барсов А.И. Технология инструментального производства. Учебник для машиностроительных техникумов. Издание 4 исправленное и дополненное, М.; Машиностроение, 1975 г. - 272 с.], в котором фреза выполнена составной, а именно режущая часть выполнена из твердого сплава, а хвостовик выполнен из конструкционной стали, обе части между собой соединены по торцу сваркой трением (допустимо пайкой). Стоимость такой фрезы ниже, чем цельной твердосплавной. Недостатками такой конструкции фрезы являются: ограничение режимов резания из-за опасности разрушения конструкции по месту пайки (площадь торцов хвостовика и режущей части, по которым производится пайка, тем меньше, чем меньше диаметр инструмента) из-за малой площади спаиваемых мест и из-за низкой сопротивляемости припоя циклическому нагружению, которое свойственно процессу фрезерования; трудно прогнозируемая величина отклонения от вертикали обработанной стенки паза из-за того, что она является совокупным результатом прогиба хвостовика, выполненного из конструкционной стали, и режущей части, выполненной из твердого сплава. Место стыка их между собой (фактически - это материал припоя) при разных величинах нагрузок, действующих в процессе резания, ведет себя по разному, чем предопределяет не управляемую (не прогнозируемую) величину отклонения от вертикали обработанной стенки паза. А возможность выполнить пробные проходы имеется не всегда. Возможен брак. Необходимо обеспечить месту стыка прогнозируемый уровень деформаций для всего диапазона действующих нагрузок.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение прочности места сочленения хвостовика с режущей частью для обеспечения возможности передать фрезе больший крутящий момент без разрушения места сочленения стыкуемых частей фрезы, обеспечение прогнозируемого прогиба инструмента в месте стыка его частей, снижение стоимости фрезы.

Технический результат достигается тем, что хвостовик, выполненный из конструкционной стали, и режущая часть, выполненная из твердого сплава, выполнены с дополнительными ответными поверхностями сочленения. Эти поверхности являются симметричными сопрягаемыми между собой цилиндрами, на торцах которых расположены элементы шлицевого соединения, например, на сопрягаемом торце режущей части фрезы выполнен шлиц, а на ответном сопрягаемом торце хвостовика выполнен паз для этого шлица. По всем указанным поверхностям тоже осуществляется пайка. Размеры этих поверхностей и плотность их сопряжения между собой выбираются конструктивно под действующие условия эксплуатации. Различие в этих конструктивных параметрах сопрягаемых поверхностей может быть отмечено в маркировке инструмента.

Таким образом, в заявляемом техническом решении, как в аналоге и прототипе, фреза является составной, т.е. состоит из твердосплавной режущей части и сопрягаемого с ней хвостовика, выполненного из конструкционной стали. Эти обе части соединены между собой пайкой. Однако для достижения указанного технического результата обе части снабжены дополнительными ответными поверхностями сочленения. Эти поверхности являются симметричными сопрягаемыми между собой цилиндрами (у одной части это наружный цилиндр в виде выступа или пояска, у другой - внутренний цилиндр в виде отверстия), на торцах которых размещены элементы сопрягаемого шлицевого соединения (на торце одной части фрезы, например, на твердосплавной режущей части выполнен шлиц, а на торце хвостовика выполнен паз под этот шлиц). По указанным поверхностям тоже осуществляется пайка.

На фиг. 1 показано принципиальное устройство фрезы. На фиг. 2 показана схема взаимодействия фрезы с обрабатываемой поверхностью заготовки.

Фреза состоит из двух частей. Сочленение их между собой для достижения указанного технического результата выполнено следующим образом. Режущая часть 1 фрезы, выполненная из твердого сплава, имеет ограниченную длину L, необходимую для обработки стенки паза в заготовке детали. На торце режущей части 1 выполнена дополнительная поверхность 2 сочленения в виде цилиндра, например, в виде цилиндрического пояска (выступа) 2. На торце поверхности 2 выполнен элемент 3 шлицевого соединения, например, прямоугольный шлиц 3. На ответной стыкуемой части фрезы, т.е. на хвостовике 4, соответственно выполнены ответные дополнительные поверхности сочленения, а именно, для сочленения с цилиндрическим пояском 2 выполнено отверстие 5 в теле хвостовика, а не дне отверстия 5 выполнен паз 6 под указанный шлиц 3. Глубина паза 6 больше высоты шлица 3 настолько, чтобы разместить в пазе припой до начала сборки фрезы. Размеры сопрягаемых поверхностей (например, диаметр пояска 2, его длина L1, ширина a и высота h шлица 3 выбираются исходя из конструктивных соображений под конкретные условия эксплуатации. Типоразмер этих сопрягаемых поверхностей может быть указан в маркировке фрезы.

Обе части (1 и 4) фрезы соединены между собой. Технологически наиболее просто их соединение осуществить методом пайки. Для этого припой заблаговременно может быть размещен в пазу 6 хвостовика. При нагреве припой расплавится, в отверстие 5 и паз 6 хвостовика 4 можно будет ввести цилиндр 2 и шлиц 3 твердосплавной режущей части 1. При достижении требуемой температуры припой распределится по цилиндрическим и торцевым сопрягаемым поверхностям. При остывании произойдет соединение. Остатки припоя могут быть удалены самостоятельно либо при чистовой отделочной обработке наружного диаметра фрезы. При необходимости выполняют балансировку фрезы.

Работает фреза следующим образом. Фрезу вставляют в зажимное устройство 7 (цанга, патрон и т.д.). Рабочие поверхности (цилиндрическую и торцевую) режущей части фрезы подводят к поверхности заготовки, подлежащей обработке. Фрезе и заготовке задают необходимые наладочные и рабочие перемещения. При выбранных режимах резания на фрезу действует некоторая составляющая P1 силы резания, приводящая к изгибу фрезы, т.е. к отклонению B стенки 8 паза заготовки 9 от вертикального положения. Величина этого отклонения B равна сумме прогиба хвостовика, прогиба режущей части, прогиба места их соединения. Эти величины являются расчетными в зависимости от величины действующей силы P1 и физико-механических характеристик соединяемых материалов. При выбранных размерах фрезы и стыкуемых поверхностей они постоянны и прогнозируемы. В случае, если величина отклонения стенки паза от вертикали выходит за поле допуска, то необходимо (снижение режимов резания для уменьшения силы резания и, соответственно, величины прогиба фрезы не желательно из-за снижения производительности обработки) целенаправленно изменить размеры сопрягаемых поверхностей.

Возникающая в процессе фрезерования окружная составляющая сила резания стремится разрушить соединение частей 1 и 4 фрезы. Помимо припоя этому препятствует шлицевое соединение, а именно крутящий момент со стороны шпинделя станка через зажимное устройство передается на хвостовик фрезы, с хвостовика через стенки паза 6 и шлица 3 - на режущую часть 1 фрезы. Рассчитать площадь сопрягаемых поверхностей шлицевого соединения для обеспечения возможности передачи необходимого крутящего момента фрезе не сложно.

Оценочные расчеты показывают, что:

а) только за счет экономии твердосплавного материала (при изготовлении хвостовика из конструкционной стали) стоимость фрезы снижается на (30-60)%, причем чем больше необходима длина хвостовика, тем больше снижение стоимости;

б) при исходной длине фрезы 150 мм и диаметре 15 мм необходимая производительность и точность обработки для изделий общего машиностроения обеспечиваются при выполнении дополнительных сопрягаемых (по переходной посадке) цилиндрических поверхностей длиной до 10 мм при диаметре 6-8 мм;

в) передача крутящего момента без разрушения паяного соединения происходит при незначительных размерах шлицевого соединения, а именно при высоте и ширине шлица более 3 мм.

Этим подтверждается достижение заявленного технического результата.

Фреза концевая составная с пояском и крестовым шлицем, содержащая соединённые между собой посредством пайки твердосплавную режущую часть и сопрягаемый с ней хвостовик из конструкционной стали, отличающаяся тем, что твердосплавная режущая часть и хвостовик выполнены с дополнительными ответными цилиндрическими поверхностями сочленения в виде наружного цилиндра в форме выступа или пояска на твердосплавной режущей части фрезы и в виде внутреннего цилиндра в форме отверстия на хвостовике, при этом упомянутые части фрезы имеют на своих торцах элементы сопрягаемого крестового шлицевого соединения в виде шлицев, выполненных на торце твердосплавной режущей части, и пазов под эти шлицы, выполненных на торце хвостовика.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Технический результат повышение износостойкости покрытия за счет исключения или существенного уменьшения процесса отслаивания слоя алмазоподобного углерода в процессе работы
Наверх