CZ2021426A3 - Fréza na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků - Google Patents

Abstract

Fréza na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků obsahuje upínací stopku (5), tělo a čelo (1), kde tělo je opatřeno alespoň jednou dvojicí řad celistvých břitů, u kterých jedna řada (2) má břity s levým sklonem šroubovice a druhá řada (4) má břity s pravým sklonem šroubovice. Konce břitů se prolínají v levo-pravém přechodovém pásmu (3).

Description

Fréza na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků

Oblast techniky

Vynález se týká frézy na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků obsahující upínací stopku, tělo a čelo. Jedná se o frézovací nástroj pro ořezávání finálních výrobků po výrobě v různých tvarových formách nebo i v podobě rovinných desek, kde je možné také zhotovovat rozličné vnitřní výřezy pro montážní účely. Tloušťka těchto výrobků je daná technologií laminování a snahou o dosažení minimální váhy při zaručené pevnosti tenkostěnných výrobků či polotovarů, výhradně vyrobených z kompozitních materiálů.

Dosavadní stav techniky

Hlavními představiteli zmíněných materiálů jsou kompozity z vláken uhlíkových, aramidových a skelných, ze kterých se vyrábějí extrémně pevné a lehké díly pro konstrukce letadel a raket. Užití mají i v automobilovém průmyslu a v ozbrojených složkách, například pro neprůstřelné vesty. Obvykle jedna ze součástí kompozitu dodává výrobku pevnost a druhá slouží jako pojivo. Přednosti kompozitních materiálů tkví zpravidla především v jejich hmotnosti a antikorozních vlastnostech. Kompozitní materiály se výrazněji pružně nedeformují, tj. jejich mez elasticity odpovídá mezi pevnosti. Vyrábí se i vícesložkové kompozity pro masivnější výrobky, které tvoří nosná složka v podobě vláken, střiže, nebo tkaniny, plnivo v podobě slídy, křemene, skla apod., pro zajištění většího objemu a konečně reaktoplastové pryskyřice převážně na bázi epoxidů, zajišťující homogenitu produktů.

Zásadní problém při jejich konstrukčním uplatnění je to, že uvedené vlastnosti lze využít pouze ve stavu, kdy nedojde při zpracování a zde především při obrábění, k narušení soudržnosti vláknové struktury s pojivém neboli pokud nedojde k tzv. delaminaci.

Předcházení jevu delaminace lze nejlépe zajistit, pokud se ořezávání a vyřezávání provádí frézovacím nástrojem s ostrým břitem s vhodnou mikro i makro geometrií. Tím se rozumí respektovat orientaci vláken, která se mají odřezávat od takto vzniklého nového povrchu, aniž by docházelo ke zmíněné delaminaci nebo otřepenému povrchu.

Klasické technologie ořezávání různými modelů fréz se dnes v podstatě sjednotily na známém principu tzv. technických fréz na základě přerušovaného ostří, při vzniku pilového břitu s různým sklonem čela břitu k ose rotace. Známé jsou i řešení se střídavým břitem hrubovacím a hladícím, jejichž sekce jsou odděleny podélnými drážkami pro odvod třísek. Všechny tyto známé frézy se vyznačují společnou negativní vlastností, že každé přerušení břitu znamená znemožnění jeho využití v místě přerušení, což se musí projevit na životnosti celého nástroje horšími ekonomickými důsledky. Ponechané břity se totiž rychleji otupí a vytvářejí podmínky pro nepřijatelnou kvalitu povrchu. Oprava znamená většinou ruční vícepráci na obrobené ploše, často i vyřazení výrobku dle kvalitativních kritérií výrobkových skupin.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny frézou na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků obsahující upínací stopku, tělo a čelo, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že tělo je opatřeno alespoň jednou dvojicí řad celistvých břitů, u kterých jedna řada má břity s levým sklonem šroubovice a druhá řada má břity s pravým sklonem šroubovice, přičemž konce břitů se prolínají v levo-pravém přechodovém pásmu, jehož osa je v rovnoběžném směru s osou frézy.

- 1 CZ 2021 - 426 A3

Čelo může mít různý tvar, zejména se jedná o zavrtávací špičku, kulové čelo, rovinné čelo apod.

Sklon ostří břitů je v jednom výhodném provedení 43 až 47° ave druhém výhodném provedení 18 až 22°.

Podstata fréz dle vynálezu vychází z poznatku povahy a množství třísek vznikající při technologii ořezávání a vyřezávání tenkostěnných kompozitových obrobků na bázi epoxidových pryskyřic s vlákny skla, aramidu či uhlíku, jako jsou Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), Glas Fiber Reinforced Polymer (GFRP), para-aramidová vlákna (KEVLAR), vysokotlaký laminát HPL High-Pressure Laminate (UMAKART) apod. Tomu je přizpůsobena i hloubka břitových drážek pro třísky. Namísto počtu zubů takové frézy se zde definuje počet obvodových segmentů břitů, tedy řad stejných břitů. Břity jsou nepřerušované tzv. lamači třísky a jsou v maximální délce využity k řeznému procesu. Rady břitů, tedy obvodových segmentů se střídajícím se negativněpozitivním úhlem sklonu ostří jsou uspořádány vždy do sudých počtů, tedy 2, 4, 6, 8 až n. Odpadají zároveň standardní podélné drážky pro třísky mezi segmenty, a naopak je tento jejich prostor využit k prolínání negativně-pozitivních segmentů, kde namísto mezery, dochází k zahuštění břitů. Tím je možno zvýšit výpočtový parametr počtu břitů v záběru z na jednu otáčku, ve vzorci pro výpočet pracovního posuvu Vf, kde spolu v součinu s otáčkami n vřetene lineárně zvyšuje pracovní posuv ^{x n}- Tato veličina má rozhodující vliv na produktivitu práce, neboť umožňují bezpečné zvýšené posuvové rychlosti v mm/min úměrné délce celistvých břitů.

Pro dnešní produktivní více vřetenové ořezávací stroje je vhodné používat levořezné a pravořezné frézy - dle smyslu otáček vřeten R/L do párů, za účelem vyvážení radiálních obráběcích sil. Fréza pro levotočivé vřeteno se označuje zápichem za řeznou částí. Frézy dle tohoto vynálezu jsou vhodné jako prostředek proti delaminaci při zvýšeném výkonu rychlosti ořezu kompozitu, protože se využívá maximální délky břitů a zároveň jsou odstraněny tzv. lamače třísek a podélných drážek pro třísky.

Objasnění výkresů

Fréza na ořezávání a vyřezávání kompozitových výrobků podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsána na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněna fréza pro levé otáčky vřetena a na obr. 2 pro pravé otáčky vřetene. Na obr. 3 je znázorněna fréza v pootočené poloze.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladná fréza na ořezávání a vyřezávání kompozitových výrobků obsahuje upínací stopku 5, tělo a čelo 1. Tělo je opatřeno dvěma dvojicemi řad celistvých břitů, u kterých vždy jedna řada 2 má břity s levým sklonem šroubovice a sousední druhá řada 4 má břity s pravým sklonem šroubovice, přičemž konce břitů se prolínají v levo-pravém přechodovém pásmu 3.

Na čele 1 frézy je vhodné mít zavrtávací špičku nebo kulové čelo pro 3D frézování, případně rovinné čelo. Rozsah fimkčních rozměrů fréz není striktně omezen. Volí se podle tloušťky kompozitové vrstvy a možnosti výrobního zařízení. Při variantě se zavrtávací špičkou je možno pracovat postupem, kdy se nejprve provrtá materiál skrz a dále je možné frézovat například nekruhové tvary výřezů.

Jednotlivé velikosti fréz jsou pouze lineárně zmenšené či zvětšené.

Délka řezné části se často zvětšuje významně nad tloušťku odřezávané vrstvy, aby při mírném zborcení odřezávané desky nebylo nutné programovat ořez i v dalších osách z. Při dostatečné rezervě délky řezné části je tak možno posouvat do řezu v ose z dosud nepoužité břity.

-2CZ 2021 - 426 A3

V dalších provedeních jsou frézy s různým počtem řad břitů, tedy obvodových segmentů se střídajícím se negativně-pozitivním úhlem sklonu ostří, přičemž jsou uspořádány vždy do sudých počtů.

Velmi zajímavý je dynamický rozvoj kompozitu, který je možno nazvat materiálovou revolucí a který svým nasazením má šanci překonat i někdejší rozvoj používaní aluminia. Optimální je průměr frézy D2 až D8, přičemž nejčastěji D6, který se volí dle tloušťky laminované vrstvy 1 až 8 mm.

Pro obrobky s důrazem na minimální delaminace se osvědčuje sklon ostří břitů ±45° a pro obrobky s jinou, než vláknitou výztuží je možné zvolit i břity s menším sklonem např. ±20°, s ještě větším kladným vlivem na zmíněný parametr z.

Průmyslová využitelnost

Fréza podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména při dokončování finálního tvaru laminovaného výrobku, či zhotovování nutných montážních nebo odlehčovacích otvorů.

Claims (4)

1. Fréza na ořezávání a vyřezávání zejména kompozitových výrobků obsahující upínací stopku (5), tělo a čelo (1), vyznačující se tím, že tělo je opatřeno alespoň jednou dvojicí řad celistvých 5 břitů, u kterých jedna řada (2) má břity s levým sklonem šroubovice a druhá řada (4) má břity s pravým sklonem šroubovice, přičemž konce břitů se prolínají v levo-pravém přechodovém pásmu (3).

2. Fréza podle nároku 1, vyznačující se tím, že čelo (1) má tvar vybraný ze skupiny špička, kulové čelo, rovinné čelo.

to

3. Fréza podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že sklon ostří břitů je 43 až 47°.

4. Fréza podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že sklon ostří břitů je 18 až 22°.