Сменная многогранная режущая пластина
Изобретение относится к области обработки резанием пластичных материалов. Задача полезной модели - расширение технологических возможностей режущей пластины и повышение надежности стружкодробления в процессе обработки пластичных материалов. Для достижения технического результата на режущей многогранной пластине с упрочняющими фасками выполнены криволинейные стружкозавивающие поверхности с изменяющейся вдоль режущих кромок геометрией. По мере удаления от вершин режущей пластины форма примыкающей к фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента, величина переднего угла уменьшается, а высота и угол наклона стружкозавивающих уступов увеличиваются. Поперечные сечения примыкающих к фаске участков стружкозавивающих поверхностей могут иметь форму дуг окружностей, причем по мере удаления от вершин пластины кривизна стружкозавивающей поверхности на ее выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается. Кроме того высота боковых граней рабочих участков пластины уменьшается при удалении от вершин. Режущая пластина может иметь прямоугольную, треугольную, ромбическую и другие формы, может быть выполнена с нулевым и положительным задним углом, со стружкодеформирующими элементами, расположенными вдоль кромок на выпукло-вогнутой передней поверхности, и без них. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к области обработки резанием пластичных металлов и сплавов.
Известны многогранные сменные режущие пластины с расположенными вдоль режущих кромок упрочняющими фасками и стружкозавивающими поверхностями переменного профиля [Котани Судами. Режущая пластина со стружкодеформирующей поверхностью MF // Кикай то когу, 1989, 73, 
9, с.66-69.]. Геометрические параметры пластины задаются таким образом, чтобы интенсифицировать завивание стружки одновременно в двух плоскостях - передней поверхности и нормальной к режущей кромке секущей плоскости. При сложении этих вращательных движений образуется спиралеобразная стружка, ось которой лежит в плоскости, параллельной плоскости резания.
Недостатком пластин является ограниченные возможности управления сходом стружки, так как при использовании таких пластин направление оси стружки можно регулировать лишь в одной плоскости.
В качестве прототипа принята многогранная сменная режущая пластина с расположенными вдоль режущих кромок стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, формы поперечных сечений которых изменяются вдоль режущих кромок пластины при удалении от ее вершины от вогнутой дуги окружности с центром, расположенным выше передней поверхности инструмента, до выпуклой дуги с центром, расположенным ниже передней поверхности инструмента [Патент 2237549 С1 Российская Федерация, МПК 7 В23В 27/00. Сменная режущая пластина [Текст] / С.В.Михайлов, Д.С.Скворцов. - 2003105381/02; заявл. 25.02.2003; опубл. 10.10.2004, Бюл. 28. - 24 с.]. Пластина позволяет улучшить отвод стружки из зоны резания за счет интенсификации завивания в плоскости поперечного сечения стружки.
Недостатками прототипа являются ограниченные технологические возможности, связанные с относительно узким диапазоном возможного изменения режимов резания и низкой эффективностью стружкодробления. Область использования пластины ограничивается размерами стружкозавивающей канавки в районе вершины инструмента (толщина a1 срезаемого слоя материала не должна превышать пятикратного значения радиуса канавки). Низкая надежность стружкодробления связана с тем, что при резании пластиной направление движения спирали стружки совпадает с вращением заготовки. В результате деформация изгиба стружки от взаимодействия с обрабатываемой деталью и инструментом недостаточна для ее дробления.
Задача полезной модели - расширение технологических возможностей режущей пластины и повышение надежности стружкодробления при обработке пластичных материалов.
Технический результат достигается тем, что на пластине с расположенной вдоль режущих кромок упрочняющими фасками и стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, по мере удаления от вершин рабочих частей пластины форма примыкающей к фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой поверхности с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента, величина переднего угла уменьшается, а высота и угол наклона стружкозавивающих уступов увеличиваются.
С целью повышения технологичности 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 работоспособности пластины и надежности стружкодробления высота боковых граней рабочих участков пластины уменьшается при удалении от вершин, а на выпукловогнутой поверхности канавки выполняют стружкодеформирующие элементы в виде куполообразных выступов, расположенных вдоль режущих кромок и отстоящих от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски.
Режущая пластина может иметь прямоугольную, треугольную, ромбическую и другие формы, может быть выполнена с нулевым и положительным задним углом, с округленными режущими кромками и двухгранной упрочняющей фаской.
Повышение эффективности пластины происходит за счет изменения формы образующейся при резании стружки, направления ее движения и схемы взаимодействия с обрабатываемой заготовкой. Создание переменного переднего угла, синхронно изменяющегося совместно с радиусом кривизны стружкозавивающей поверхности, высотой и углом наклона стружкозавивающих уступов, интенсифицирует дополнительное завивание стружки в плоскости ее поперечного сечения, в результате чего изменяются условия взаимодействия стружки с заготовкой, вызывающие увеличение ее деформации и, как следствие, надежности стружкодробления. Увеличение жесткости стружки и надежности ее дробления происходит при создании на пластине криволинейной режущей кромки с переменным углом 
. Переменный угол улучшает условия врезания инструмента в заготовку, что благоприятно сказывается на его работоспособности.
Расширение технологических возможностей предложенных конструкций режущих пластин и повышение надежности стружкодробления при их эксплуатации связано с улучшением процесса стружкообразования и обеспечением рационального управления направлением схода стружки с инструмента за счет создания специальной формы передней поверхности инструмента с изменяющейся вдоль режущей кромки кривизной. Пластина изготовлена таким образом, что задние стенки стружкозавивающей поверхности удалены от вершины пластины. Тем самым пластина может быть использована при обработке материалов с различными значениями подачи. При эксплуатации пластины создаются благоприятные условия для дополнительного поворота поперечного сечения стружки и изменения траектории ее начального движения. В отличие от прототипа, стружка начинает перемещаться не вниз под резец, а вверх, упираясь в поверхность заготовки. Силами трения о вращающуюся заготовку стружка дополнительно деформируется и ломается. Управляя градиентом изменения геометрических параметров инструмента вдоль его режущей кромки, удается регулировать форму и длину отрезков стружки. Эффективность стружкодробления может быть повышена за счет создания на передней поверхности куполообразных выступов, дополнительно деформирующих контактные слои.
На фиг.1 показана квадратная сменная режущая пластина со стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, аксонометрия; на фиг.2 - чертеж пластины с сечениями в главных секущих плоскостях.
Режущая пластина имеет боковые грани 1, упрочняющую фаску 2, стружкозавивающие поверхности 3, криволинейные режущие кромки 4, стружкозавивающие выступы 5, стружкодеформирующие элементы 6. Стружкозавивающая поверхность выполнена таким образом, что ее поперечные сечения при удалении от вершины пластины 7 изменяются от выпуклой формы до вогнутой с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента. Поверхности располагаются вдоль режущих кромок и примыкают к фаске. По мере удаления от вершин пластины кривизна стружкозавивающей поверхности 1/R к на ее выпуклом участке уменьшается, а на вогнутом увеличивается, величина переднего угла 
уменьшается, а высота h и угол наклона 
стружкозавивающих уступов увеличиваются (фиг.2):
Кроме того высота боковой поверхности пластины при удалении от ее вершины к середине режущей кромки уменьшается
Значения радиуса кривизны выпуклой части стружкозавивающей поверхности в вершине резца R0 выбирают в зависимости от назначения пластины. Величина минимального радиуса кривизны стружкозавивающей поверхности, расположенной в районе вершины пластины, зависит от толщины а1 срезаемого слоя материала. Ее значение принимают из диапазона R0
(5
10)а1. Для черновых операций величина R 0 больше, чем для чистовых.
В зависимости от условий резания фаска 2 может быть выполнена плоской или двухгранной, с постоянным или переменным вдоль режущей кромки передним углом. Для повышения прочности пластины ее режущая кромка округляется (см. сеч. G-G на рис.2). На стружкозавивающей поверхности 3 выполняют ряд стружкодеформирующих элементов 6. Профиль элемента показан в сечении В-В на фиг.2.
Длина la рабочего (активного) участка режущей кромки пластины зависит от ее формы. Для квадратной пластины и пластины ромбической формы с углом при вершине 80° lа=2l/3; для треугольной пластины и пластины ромбической формы с углом при вершине 55° l a=l/2, где l - длина режущей кромки пластины.
Интенсивность завивания стружки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях зависит от степени изменения кривизны стружкозавивающей поверхности вдоль главной режущей кромки инструмента, переднего угла, формы и положения стружкозавивающих уступов на пластине.
Режущая пластина работает следующим образом. Срезаемый слой металла попадает на примыкающую к фаске стружкозавивающую поверхность сложной формы.
В результате различных условий контакта стружки с инструментом возникает неоднородное по ширине срезаемого слоя напряженно-деформированное состояние зоны резания, вследствие чего на выходе из нее продольные слои стружки принимают различную форму. Слои стружки, формируемые у вершины пластины, завиваются в главной секущей плоскости инструмента менее интенсивно. Слои стружки, перемещающиеся по канавке с вогнутым профилем, завиваются в большей степени. Условие оптимального формирования стружки выполняется путем создания на пластине стружкозавивающей поверхности с переменной вдоль режущей кромки кривизной, уменьшающимся при удалении от вершин пластины передним углом, увеличивающимися высотой и углом наклона стружкозавивающих уступов.
Неоднородная деформация стружки приводит к тому, что кроме ее вращательных движений в плоскости передней поверхности и нормальной к режущей кромке плоскости, стружка получает дополнительное поперечное вращение, изменяющее ее вид и направление начального схода. Стружка приобретает форму винтовой спирали, перемещающейся в направлении, противоположном скорости вращения заготовки. За счет дополнительной деформации стружки при взаимодействии с ограничивающими ее естественную траекторию элементами системы СПИЗ повышается надежность дробления сливной стружки на части. Расширение технологических возможностей режущей пластины связано с изменением схемы деформации стружки, при которой стружкозавивающий уступ расположен на удалении от вершины пластины.
Применение пластины позволяет повысить эффективность механической обработки пластичных металлов и сплавов за счет расширения функциональных возможностей режущей пластины и уменьшения простоев автоматизированного оборудования, связанных с образованием неблагоприятной для нормального течения технологического процесса формы стружки.
1. Сменная многогранная режущая пластина с расположенными вдоль режущих кромок упрочняющими фасками и стружкозавивающими поверхностями переменного профиля, отличающаяся тем, что по мере удаления от вершин рабочих частей режущей пластины форма примыкающей к фаске участка передней поверхности изменяется от выпуклой до вогнутой с центрами кривизны, расположенными соответственно ниже и выше передней поверхности инструмента, величина переднего угла уменьшается, а высота и угол наклона стружкозавивающих уступов увеличиваются.
2. Сменная многогранная режущая пластина по п.1, 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.
3. Сменная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что высота боковых граней рабочих участков пластины уменьшается при удалении от вершин.
4. Сменная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что на передней поверхности пластины выполнены стружкодеформирующие элементы в виде куполообразных выступов, расположенных вдоль режущих кромок и отстоящих от них на расстоянии не более семикратной ширины фаски.
5. Сменная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что пластина выполнена с округленными режущими кромками.
6. Сменная многогранная режущая пластина по п.1, отличающаяся тем, что упрочняющая фаска выполнена двухгранной.
