Режущий инструмент

 

Изобретение относится к металлообработке, в частности к конструкции режущего инструмента с механическим креплением круглых пластин при фрезеровании деталей. Режущий инструмент состоит из корпуса, в выточке которого закреплены режущие круглые пластинки из твердого сплава ТК или ВК. В выточке корпуса выполнены канавка и фаска. При этом длина дуги L охвата поверхностей соприкосновения цилиндрической твердосплавной пластинки с поверхностью выточки корпуса-упора выбрана из зависимости: L=2πr:3,6-1/3·2πr:3,6 , где r - радиус твердосплавной круглой пластины. 9 ил.

Изобретение относится к металлообработке, в частности к конструкциям режущего инструмента с механическим креплением круглых пластин при фрезеровании деталей.

Известны режущие инструменты (авт. св. N 1593794, кл. В 23 С 5/06, 1990), содержащие державку, в гнезде которой установлена сменная многогранная пластинка с центральным отверстием, поверхность которого предназначена для взаимодействия с головкой пальца, закрепленного в резьбовом отверстии державки, имеющего между упомянутой головкой и резьбой на конце коническую поверхность, предназначенную для взаимодействия с поверхностью выемки на державке. Между стенкой выемки в державке и конической поверхностью пальца, выемка выполнена в виде цилиндрического отверстия, ось которого параллельна образующей конической поверхности пальца.

Данное техническое решение предназначено для повышения жесткости узла крепления твердосплавной пластинки с упором-корпусом, что приводит к уменьшению стойкости пластинки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является режущий инструмент, содержащий корпус, в выточке которого круглые режущие пластинки из твердого сплава закреплены при помощи державки, связанной с подпружиненным винтом, установленным в кольце [1] .

Недостатком режущего инструмента является низкая стойкость и прочность твердосплавной пластинки вследствие больших внутренних напряжений и прогибов, возникающих в пластинке при действии сил резания из-за большой жесткости ее крепления в корпусе инструмента. При этом угол охвата твердосплавной круглой пластинки упором-корпусом составляет α -135^оС.

Целью изобретения является повышение прочности и стойкости режущей пластинки из твердого сплава за счет снижения внутренних усилий, прогибов и напряжений в материале твердосплавной пластинки от действующих сил резания.

Это достигается тем, что в режущем инструменте, содержащем корпус, в выточке которого закреплена режущая пластинка из твердого сплава, уменьшен угол обхвата пластинки выточкой корпуса.

В выточке выполнена канавка, при этом длина дуги L обхвата поверхностей соприкосновения круглой твердосплавной пластинки с поверхностью выточки корпуса выбрана из зависимости L = l-l₁= - , где l = - длина дуги охвата между крайними точками корпуса-упора с цилиндрической поверхностью твердосплавной пластинки; l₁= длина дуги охвата между крайними точками канавки с цилиндрической поверхностью твердосплавной пластинки; r - радиус твердосплавной пластинки.

На фиг. 1 изображен режущий инструмент, в частности торцовая фреза в сборе в двух видах; на фиг. 2 - корпус торцовой фрезы в двух видах с изображением канавки для крепления пластинки; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4-6 - эпюры прогибов W от силы резания Р; на фиг. 7 - график значений прогибов в пластинке в зависимости от угла ее охвата в корпусе инструмента; на фиг. 8-9 - картины распределения сумм главных напряжений (σ₁ + σ₂), полученные методом лазерной интерферометрии.

Режущий инструмент, в частности торцовая фреза, содержит корпус 1, в выточке 2 закреплены режущие круглые пластинки 3 из твердого сплава ТК или ВК. Твердосплавные пластинки 3 закрепляются при помощи державки 4 с запрессованным в ней штифтом 5, связанным с винтом 6, поджатым пружиной 7. Винт 6 проходит через кольцо 8.

В выточке 2 корпуса 1 выполнена канавка 9 и фаска 10. При этом длина дуги L охвата поверхностей соприкосновения цилиндрической твердосплавной пластинки с поверхностью выточки 2 корпуса выбрана из зависимости: L = l-l₁= - , где l = - длина дуги охвата между крайними точками корпуса-упора с цилиндрической поверхностью твердосплавной пластинки; l₁= - длина дуги охвата между крайними точками канавки и цилиндрической поверхностью твердосплавной пластинки; r - радиус твердосплавной пластинки; 3,6 - коэффициент оптимального угла охвата, выбранный из зависимости: = 3.6, где 100^о - оптимальный угол α охвата; Данная зависимость для выбора длины дуги охвата L поверхности соприкосновения круглой твердосплавной пластинки 3 с упором корпусом 1, получена в результате экспериментальных исследований при нагружении пластинки 3 силой, эквивалентной силе резания Р и расчета возникающих при этом в пластинке прогибов и напряжений.

При исследовании прогибов, возникающих в пластинках, длину дуги l охвата между крайними точками упора-корпуса 1 с цилиндрической поверхностью пластинки брали l', l'', l''' . При этом длину дуги охвата приравняли к углу α соответственно: l'= α= = 80^о; l''= α= 100^о, l '''= α= 135^оС; (см. фиг. 4, 5, 6).

При нагружении твердосплавной круглой пластинки с длиной дуги l охвата корпуса-упора с канавкой 9 силой Р пластинка прогибается и значения прогибов под силой Р принимают либо положительные, либо отрицательные значения в зависимости от угла охвата пластинки корпусом-упором. Величины прогибов резко возрастают при углах охвата близких к 135^о (см. фиг. 4).

Максимальная величина прогиба пластинки составляет при l' = 11 мкм (микрометры) (см. график на фиг. 7).

Аналогично проводилось нагружение твердосплавных круглых пластин с длиной дуги l'' и l''' охвата упора-корпуса 1 с выполненной канавкой 9 (см. фиг. 5, 6).

Из эпюр прогибов (фиг. 5) следует, что при l ''= α= 100^о величина прогибов под нагрузкой принимает минимальное значение, близкое к нулю. А отсюда следует, что длина дуги l''= α= 100^о является оптимальной величиной охвата пластинки, а прогиб составляет при l'' = α = 100^о, 0,8 мкм (см. график на фиг. 7).

Из эпюр прогибов (фиг. 6) следует, что при l'''= α= 135^о величина прогибов под нагрузкой принимает максимальное отрицательное значение. Величина прогиба при l''' составляет - 5 мкм (см. график на фиг. 7).

В результате аналитических расчетов прогибов, внутренних усилий, моментов и напряжений в круглых твердосплавных пластинах установлено, что оптимальным углом охвата является угол α = 100^о, при котором прогибы принимают минимальные значения.

При помощи метода лазерной интерферометрии получены картины распределения напряжений, а по результатам расчетов на ЭВМ численные значения сумм главных напряжений (σ₁ + σ₂) (см. фиг. 8 и 9).

При нагружении твердосплавной пластинки 3 силой резания "Р" с длиной дуги l охвата упора-корпуса 1 без канавки в пластинке возникают напряжения более высокого уровня.

При нагружении твердосплавной пластинки 3 силой резания "Р" с длиной дуги l охвата упора-корпуса 1 с канавкой 9 уровень напряжений, возникающих в ней, значительно меньше, чем при упоре-корпусе без канавки вследствие разгружающего эффекта канавки.

В этом случае напряжения в опасных точках равны соответственно - 165 МПа - 80 МПа; - 97 МПа - 57 МПа; 59 МПа 53 МПа; и т. д.

Таким образом, канавка 9 способствует перераспределению напряжений в твердосплавной пластине, снижает уровень напряжений вследствие уменьшения жесткости крепления твердосплавной пластины при опоре ее на две разделенные канавкой поверхности корпуса.

Формула изобретения

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, содержащий корпус, в выточке которого закреплена сменная круглая режущая пластина из твердого сплава, отличающийся тем, что в выточке корпуса выполнена канавка, при этом длина L дуги охвата поверхностей соприкосновения круглой режущей пластины из твердого сплава с поверхностью выточки корпуса выбрана по формуле
L = - · , ,
где r - радиус твердосплавной круглой пластинки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9