CZ2022102A3 - Frézovací nástroj - Google Patents

Abstract

Frézovací nástroj obsahuje jádro (6) s upínací částí (7). Jádro (6) je opatřené nejméně jedním břitem tvořeným vnitřním břitem (1), čelním břitem (3) a obvodovým břitem (2). Vnitřní břit (1) je vůči podélné ose (O) nástroje orientován v úhlu α = 58° až 60°. Průsečík (4) mezi vnitřním břitem (1) a čelním břitem (3) může být ve vzdálenosti (X) od podélné osy (O) nástroje, která je větší než 30 % průměru nástroje nebo menší než 20 % průměru nástroje. Nástroj může být opatřený osovým chladicím kanálkem (5). Vyústění osového chladicího kanálku (5) je v místě průniku vnitřního břitu (1) s podélnou osou (O) nástroje. Přechodová oblast mezi vnitřním břitem (1) a čelním břitem (3) může být ostrá hrana nebo může mít tvar rádiusu o velikosti R1 = max. 100 % průměru nástroje.

Description

Frézovací nástroj

Oblast techniky

Navrhovaný vynález spadá do oblasti obráběcích nástrojů pro obrábění pevných materiálů. Frézovací nástroj je s výhodou využitelný pro odebírání obráběného materiálu zanořováním ve šroubovici nebo po rampě.

Dosavadní stav techniky

Při obrábění pevných materiálů se při výrobě konkávních útvarů (tzv. uzavřené kapsy) na povrchu obrobku používají monolitní frézy malého průměru s nejméně jedním břitem na čele. Konkávní útvary se s výhodou zhotoví zanořováním frézy do obráběného materiálu ve šroubovici nebo po rampě. To znamená, že společně s vertikálním posunem frézy (do hloubky materiálu) je prováděn i boční posun frézy, a to v přímce (zanořování po rampě) nebo v kružnici (zanořování ve šroubovici). Čím větší je úhel zanořování (tedy poměr rychlostí vertikálního posunu a bočního posunu frézy), tím rychlejší je možný úběr obráběného materiálu, a tedy vyšší produktivita obrábění.

V dokumentu CZ 306051 je popsána stopková, monolitní, čelní, válcová fréza s osovým chladicím kanálkem. Fréza je opatřena alespoň jedním břitem, který během rotace na čele frézy tvoří kuželovou dutinu s vrcholovým úhlem 65° až 115° a s osou totožnou s osou frézy. Ve dnu kuželové dutiny ústí osový chladicí kanálek pro přívod chladicího média. Průměr kuželové dutiny na čele frézy je roven velikosti poloviny průměru frézy s tolerancí ±20 %. Popsaná fréza umožňuje úhel zanořování po rampě i šroubovici kolem 10°.

V dokumentu JP 2002292515 je popsán frézovací nástroj, který je určen pro tzv. vysokorychlostní obrábění (opakovaný rychlý úběr tenké povrchové vrstvy obrobku). Má tak relativně krátký obvodový břit, protože tento slouží pouze k odvodu třísky z mělké prohlubně. Vysokorychlostní obrábění je využíváno pro tzv. semi-dokončování povrchu se sklonem stěn vůči dnu 3° až 5°. Popsaný nástroj o průměru 6 mm se při ubírání materiálu zanoří o 0,2 mm, tedy přibližně o 3 % průměru nástroje. Nástroj je tvořen jádrem s břity. Každý břit je na čele nástroje tvořen spodním břitem, který pod tupým úhlem navazuje na břit s obráceným sklonem, který navazuje na vnější obvodový břit. Uhel orientace spodního ostří vůči kolmici k podélné ose nástroje má velikost a = 5° až 20°, což je 70° až 85° od podélné osy nástroje. Tímto úhlem je dosaženo snížení vibrací nástroje při vysokorychlostním obrábění, čímž je prodloužena životnost nástroje. Dokument uvádí, že při překročení hraničního úhlu na hodnoty větší než 20° vůči kolmici k podélné ose nástroje dochází ke snížení pevnosti, což znamená snížení životnosti nástroje.

Další obráběcí nástroje jsou známé z dokumentů JPH 09309020, WO 2007113812, EP 3744452, DE 112014005873 nebo EP 26767563.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je konstrukce frézovacího nástroje. Frézovací nástroj může mít podobu čelníválcové frézy s rohovým sražením, čelní-válcové frézy s rohovým rádiusem, čelní-válcové frézy ostrorohé nebo kuželové frézy. Frézovací nástroj obsahuje jádro s upínací částí pro upnutí do obráběcího stroje. Konkrétní tvar upínací části je dán typem obráběcího stroje a je známý ze stavu techniky. Jádro je opatřené nejméně jedním břitem. Brit je tvořený (bráno na čele nástroje směrem od podélné osy nástroje) vnitřním břitem, který přechodovou oblastí navazuje pod tupým úhlem na čelní břit, přičemž čelní břit dále navazuje na obvodový břit. Zjednodušeně lze říci, že vnitřní břit a čelní břit jsou uspořádány v podstatě na čele nástroje, zatímco obvodový břit je uspořádán

- 1 CZ 2022 - 102 A3 v podstatě na obvodové (boční) části nástroje. Hlavní funkcí vnitřního a čelního břitu je zejména řezání třísky obráběného materiálu a její odvod k obvodovému břitu. Hlavní funkcí obvodového břitu je zejména odvod třísky z obvodu nástroje a také z čela nástroje, tedy z místa řezu.

V rovině řezu proložené podélnou osou nástroje a čelním břitem je vnitřní břit uspořádán mezi čelním břitem a podélnou osou nástroje tak, že vzdálenost mezi prvním koncem vnitřního břitu (přiléhajícím k podélné ose nástroje) a upínací částí je kratší, než vzdálenost mezi druhým koncem vnitřního břitu (přiléhajícím k čelnímu břitu) a upínací částí. Díky této orientaci tento nejméně jeden řečený břit tvoří při rotaci nástroje na čele nástroje středovou kuželovou dutinu. Jestliže jsou proti sobě na čele nástroje postaveny dva řečené břity, kuželová dutina je patrná i v rovině řezu proložené podélnou osou nástroje a čelními břity těchto dvou břitů u stojícího (nerotujícího) nástroje. Teoretický vrchol kuželové dutiny je vnořen do čela nástroje a její osa je totožná s osou nástroje.

Vnitřní břit je vůči podélné ose nástroje orientován v úhlu a = 58° až 60°. To znamená, že vrcholový úhel kuželové dutiny je v rozsahu mezi 116° a 120°. Díky tomuto úhlu, který je větší než v řešení podle patentu CZ 306051, je možné volit větší úhel zanotování nástroje do obráběného materiálu. Uvedená orientace vnitřního břitu má znatelný pozitivní dopad na rychlost úběru materiálu a tím i produktivitu obrábění. To znamená, že oproti řešení podle patentu CZ 306051 dochází k ztenčení třísky a díky tomu je možné zvýšení posuvu minimálně o 30 %. Dále má tříska příznivější tvar a polohu pro evakuaci ze zubové mezery. Orientace vnitřního břitu zajistí tvorbu třísky o vhodném tvaru a postavení, které umožní evakuaci třísky ze zubové mezery bez nutnosti vyplavování chladicím médiem. Oproti řešení podle patentu CZ 306051 tak osový chladicí kanálek není podmínkou funkčnosti nástroje. Absence osového chladicího kanálku znamená výrobně jednodušší a tím levnější nástroj. Navíc bylo testy zjištěno, že při totožných podmínkách obrábění (rychlost obrábění a úhel zanotování nástroje 10°) je životnost navrhovaného nástroje v porovnání s frézou s geometrií podle patentu CZ 306051 o přibližně 10 % vyšší (v závislosti na konkrétním provedení).

Dále je popsaný úhel vnitřního břitu výhodný z pohledu pevnosti břitu. Pro rozdílně pevné materiály lze použít rozdílnou vzdálenost průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje. Vzdálenost průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje definuje průměr kuželové dutiny. Tuto vzdálenost lze volit různou pro různé aplikace (materiály, volba poměru mezi životností nástroje a produktivitou obrábění apod.), aniž by byl negativně ovlivněn technický přínos výše uvedeného úhlu vnitřního břitu. Vzdálenost průsečíku společně s úhlem vnitřního břitu společně definují hloubku kuželové dutiny.

Jestliže je vzdálenost průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje menší než 20 % průměru nástroje, je díky úhlu vnitřního břitu možné volit úhel zanořování nástroje do obráběného materiálu kolem 15°, což je navýšení je o 50 % oproti řešení podle patentu CZ 306051. Při variantě bez osového chladicího kanálku lze úhel zanořování nástroje volit až kolem 20°. Díky vzdálenosti průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje menší než 20 % průměru nástroje je na čele nástroje dosaženo relativně delšího čelního břitu na úkor průměru kuželové dutiny. Při dané hloubce kuželové dutiny to zároveň zajistí větší úhel vnitřního břitu vůči podélné ose nástroje. Toto provedení vykazuje delší životnost nástroje a je s výhodou využitelné pro tvrdé materiály, v podmínkách nestabilního řezu, při delším vyložení nástroje apod.

Vzdálenost průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje může s výhodou být větší než 30 % průměru nástroje. To v kombinaci s výše uvedeným vrcholovým úhlem kuželové dutiny přináší další zproduktivnění procesu. Je možné volit úhel zanořování nástroje do obráběného materiálu kolem 20°. Při variantě bez osového chladicího kanálku lze úhel volit kolem 25°. Díky vzdálenosti průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje větší než 30 % průměru nástroje je na čele nástroje dosaženo relativně většího průměru kuželové dutiny na úkor délky čelního břitu. Při dané hloubce kuželové dutiny to zároveň zajistí

-2CZ 2022 - 102 A3 menší úhel vnitřního břitu vůči podélné ose nástroje. Toto provedení umožňuje zvýšit produktivitu obrábění, je možné dosáhnout většího posuvu a úhlu zanotování nástroje do obráběného materiálu.

Pro některé aplikace může být výhodné, pokud je frézovací nástroj opatřený osovým chladicím kanálkem, jehož podélná osa je totožná s podélnou osou nástroje. Chladicí kanálek přivádí chladicí kapalinu, čímž omezuje tepelné namáhání čela nástroje v místě řezu. Dále chladicí kapalina napomáhá vyplavit vzniklou třísku z místa řezu. Jestliže je nástroj opatřen osovým chladicím kanálkem, je dosaženo menšího úhlu zanořování oproti nástroji bez osového chladicího kanálku (porovnání nástrojů majících stejnou vzdálenost průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem od podélné osy nástroje a stejný úhel vnitřního břitu). Míra zmenšení úhlu zanořování záleží na průměru osového chladicího kanálu.

Pro různé materiály a úhly zanořování je možné volit konkrétní tvar přechodové oblasti mezi vnitřním břitem a čelním břitem. Přechodová oblast může být ostrá hrana. Díky tomu je dosaženo ostrého přechodu mezi břity, což má za následek jasné dělení třísky mezi čelní břit a vnitřní břit. Ostrá hrana vznikající třísku lokálně oslabí a usnadní její rozdělení na dvě třísky. Dvě třísky díky svojí menší velikosti usnadní svoji evakuaci ze zubové mezery. Navíc nástroj s ostrou hranou je výrobně jednodušší a tím levnější. Tato ostrá hrana je však bodově namáhána a může být náchylná k defektům (zejména v závislosti na rychlosti obrábění, tvrdosti obráběného materiálu a míře chlazení obráběné oblasti). Jestliže je přechodová oblast ve formě ostré hrany, je totožná se skutečným průsečíkem mezi vnitřním břitem a čelním břitem.

V j iném případě může mít přechodová oblast tvar rádiusu o velikosti max. 100 % průměru nástroj e. Díky tomu je eliminována náchylnost k tvorbě defektů na čele nástroje. Této výhody je dosaženo rozložením bodového namáhání na plošné. Tím dojde k zatížení celého rádiusu podstatně menší silou než v případě ostré hrany. Toto rozprostření namáhání může mít příznivý vliv na trvanlivost břitu. Dále zde bude tvořena jen jedna tříska, u které bude snadnější evakuace ze zubové mezery oproti dvěma třískám v předchozím řešení. Dvě třísky se mohou v některých případech (materiál, rychlost obrábění, různé vyplavování chladicí kapalinou) vzájemně zaklesnout a dočasně blokovat zubovou mezeru. V takovém případě je výhodnější evakuace menšího počtu delších třísek. Nástroj s přechodovou oblastí ve tvaru rádiusu je však výrobně náročnější a tím dražší. Jestliže je přechodová oblast ve tvaru rádiusu, je odlišná od průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem. Průsečík mezi vnitřním břitem a čelním břitem je pak pouze teoretický, situovaný v prostoru, vně nástroje.

Popsaný obráběcí nástroj je vyrobený z běžných materiálů, které jsou podle stavu techniky pro nástroje tohoto typu používané (např. slinuté karbidy). Díky inovativní geometrii břitu však oproti stavu techniky poskytuje znatelnou přidanou hodnotu díky vyšší životnosti a vyšší produktivitě obrábění zajištěné větším úhlem zanořování a vyšším posuvem.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení navrhovaného vynálezu je popsáno s odkazem na výkresy, kde je na obr. 1 - řez v rovině proložené podélnou osou nástroje a čelním břitem s uvedením základních prvků nástroje, v provedení bez chladicího kanálku;

obr. 2 - řez podle obr. 1 se znázorněním prostorové orientace vnitřního břitu vzdálenostmi mezi jeho konci a upínací částí nástroje;

obr. 3 - čelní strana nástroje v detailu řezu podle obr. 1 se znázorněním úhlu a a průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem;

CZ 2022 - 102 A3 obr. 4 - řez v rovině proložené podélnou osou nástroje a čelním břitem - detail čelní strany nástroje v provedení s osovým chladicím kanálkem;

obr. 5 - detail čela nástroje v provedení s přechodovou oblastí mezi vnitřním břitem a čelním břitem ve formě ostré hrany, kde je přechodová oblast totožná se skutečným průsečíkem mezi vnitřním břitem a čelním břitem;

obr. 6 - detail čela nástroje v provedení s přechodovou oblastí mezi vnitřním břitem a čelním břitem ve tvaru rádiusu Rl, kde je přechodová oblast odlišná od teoretického průsečíku mezi vnitřním břitem a čelním břitem.

Příklad uskutečnění vynálezu

Frézovací nástroj obsahuje jádro 6 s upínací částí 7 pro upnutí do obráběcího stroje. Jádro 6 je opatřené čtyřmi břity. Každý břit je tvořený ve směru od podélné osy O nástroje vnitřním břitem 1, který přechodovou oblastí navazuje pod tupým úhlem na čelní břit 3, přičemž čelní břit 3 navazuje na obvodový břit 2.

V rovině řezu proložené podélnou osou O nástroje a čelním břitem 3 je vnitřní břit 1 uspořádán mezi čelním břitem 3 a podélnou osou O nástroje. Orientace vnitřního břitu 1 v prostoru je definována tak, že vzdálenost LI mezi prvním koncem vnitřního břitu 1 (přiléhajícím k podélné ose O nástroje) a upínací částí 7 je kratší, než vzdálenost L2 mezi druhým koncem vnitřního břitu 1 (přiléhajícím k čelnímu břitu 3) a upínací částí 7. Vnitřní břit 1 je vůči podélné ose O nástroje v tomto případě orientován v úhlu a = 60°.

Průsečík 4 mezi vnitřním břitem 1 a čelním břitem 3 je ve vzdálenosti X od podélné osy O nástroje, která je v tomto případě 32 % průměru nástroje. Přechodová oblast mezi vnitřním břitem 1 a čelním břitem 3 má tvar rádiusu o velikosti Rl =20 % průměru nástroje. Přechodováoblastje tedy odlišná od průsečíku 4 mezi vnitřním břitem j_ a čelním břitem 3. Průsečík 4 mezi vnitřním břitem 1 a čelním břitem 3 je pouze teoretický, situovaný v prostoru, vně nástroje

Příkladné provedení je patrné na obr. 1 až obr. 3 a na obr. 6.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Frézovací nástroj obsahující jádro (6) s upínací částí (7) pro upnutí do obráběcího stroje, kteréžto jádro (6) je opatřené nejméně jedním břitem tvořeným od podélné osy (O) nástroje vnitřním břitem (1), který přechodovou oblastí navazuje pod tupým úhlem na čelní břit (3), kde čelní břit (3) navazuje na obvodový břit (2), přičemž v rovině řezu proložené podélnou osou (O) nástroje a čelním břitem (3) je vnitřní břit (1) uspořádán mezi čelním břitem (3) a podélnou osou (O) nástroje tak, že vzdálenost (LI) mezi prvním koncem vnitřního břitu (1) přiléhajícím k podélné ose (O) nástroje a upínací částí (7) je kratší, než vzdálenost (L2) mezi druhým koncem vnitřního břitu (1) přiléhajícím k čelnímu břitu (3) a upínací částí (7), vyznačující se tím, že vnitřní břit (1) je vůči podélné ose (O) nástroje orientován v úhlu a = 58° až 60°.
2. 2. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že průsečík (4) mezi vnitřním břitem (1) a čelním břitem (3) je ve vzdálenosti (X) od podélné osy (O) nástroje, která je větší než 30 % průměru nástroje.
3. 3. Frézovací nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že průsečík (4) mezi vnitřním břitem (1) a čelním břitem (3) je ve vzdálenosti (X) od podélné osy (O) nástroje, která je menší než 20 % průměru nástroje.
4. 4. Frézovací nástroj podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že je opatřený osovým chladicím kanálkem (5), jehož podélná osaje totožná s podélnou osou (O) nástroje, přičemž vyústění osového chladicího kanálku (5) je v místě průniku vnitřního břitu (1) s podélnou osou (O) nástroje.
5. 5. Frézovací nástroj podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že přechodová oblast mezi vnitřním břitem (1) a čelním břitem (3) je ostrá hrana nebo má tvar rádiusu o velikosti R1 = max. 100 % průměru nástroje.