CZ21931U1 - Nástroj pro třískové obrábění - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká nástroje pro třískové obrábění, opatřeného alespoň jedním kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média. Technické řešení se týká zlepšení chlazení a/nebo mazání vyměnitelné břitové destičky, případně monolitního nástroje, zejména při frézování, ale i soustružení.

Dosavadní stav techniky

Při obrábění materiálu obrobku dochází ke koncentraci tepla v místě řezu. Tento jev nabývá kritického významu zejména při obrábění těžkoobrobitelných materiálů, jako jsou titanové, niklové, kobaltové slitiny a korozivzdomé oceli. Tyto materiály se totiž vyznačují malou tepelnou vodivostí, která způsobuje koncentraci tepla v místě řezu a jeho nedostatečný odvod konvekcf. Zvyšující se teplota řezání způsobuje snižování tvrdosti a modulu pružnosti v tahu řezného materiálu, urychluje mechanismy opotřebení břitu řezného nástroje závislé na teplotě řezání, jako je například chemický a diťuzní otěr, a snižuje tak jeho trvanlivost. Dalším možným jevem souvi15 sejícím s vyššími teplotami řezání je křehký lom břitu. Vysoká teplota řezání rovněž zhoršuje integritu obrobeného povrchu.

Tyto nepříznivé podmínky obrábění jsou Částečně eliminovány chlazením a/nebo mazáním oblasti řezu. Používaná média mají dvě funkce. Mazací, která snižuje tření na rozhraní nástrojobrobek-tříska a omezuje tak samotný vznik tepla, chladící spočívá v odstraňování již vzniklého tepla médiem.

Při provedené rešerši bylo mezi výrobci nástrojů a v experimentálních pracích nalezeno několik různých variant chlazení/mazání.

Chlazení pomocí stlačeného vzduchu přivedeného k břitu externími přívody-trubicemi neposkytuje v případě těžkoobrobitelných materiálů akceptovatelné výsledky. Tatáž varianta s uvažová25 ním expanze zkapalněného dusíku je ekonomicky nákladná. Další možností je užití chladicích/mazacích kapalin tj. emulzí a olejů. Ty mohou být opět přiváděny pomocí externích přívodů-trubic k oblasti řezu. Tento způsob chlazení, při standardním tlaku okolo 0,7 MPa, jev současnosti výrobci nástrojů vnímán jako nepříliš účinný. Jednou z možných modifikací tohoto způsobu chlazení je povodňové chlazení oblasti řezu při vyšších tlacích nebo objemech kapaliny, m ' e použít externí i interní přívody chladicích a/nebo mazacích kapalin. Je však zapotřebí zvýšeio průtokového množství a tlaku kapaliny, což je energeticky náročnější. Metoda je sice _r němě efektivní, nelze ji však aplikovat na všech obráběcích strojích. Relativně novou metodou je také tzv. mazání minimálním množstvím maziva (MQL - minimum quantity lubrication). Médiem je v tomto případě aerosol vzduchu a řezného oleje. Metoda může být ekonomicky výhodná - spotřeba oleje se pohybuje řádově v ml/hod. Ulpíváním aerosolu na nástroji vzniká nký kluzný film, který snižuje tření na rozhraní nástroj-tříska a tím i množství generovaného jpla. Samotný odvod již vzniklého tepla není příliš efektivní, proto tato metoda mazání břitu není vhodná pro obrábění materiálů s malou tepelnou vodivostí a v případech potřeby intenzivního odvodu třísek z místa řezu. V současné době je výrobci nástrojů spíše preferován přívod chla40 dicího/mazacího média otvorem vytvořeným podél osy tělesa nástroje, které je dále menšími otvory/kanálky rozvedeno na jednotlivé břity/břitové destičky, kde proud média přechází přes čelo břitu a tříští se o odcházející třísku, případně i obrobek. Tato tříska však bezprostředně překrývá oblast nej intenzivnějším vývinem tepla při obrábění, a brání tak jejímu bezprostřednímu ochlazování. Navíc se oblast nej intenzivnějšího opotřebení břitu nástroje při obrábění nachází na jeho hřbetu. U soustružnických nástrojů lze z důvodů eliminace tohoto opotřebení nalézt řešení s externím přívodem média právě na hřbet břitu. U frézovacích nástrojů žádné podobné řešení nebylo nalezeno. Použití podobného konstrukčního řešení totiž znemožňuje rotace frézovacího nástroje.

-1 CZ 21931 Ul

Cílem řešení je zvýšení efektivity chlazení a mazání břitu nástroje, především u frézovacích nástrojů, přívodem chladicího/mazacího média i na hřbet břitu a snížení intenzity opotřebení nástroje na hřbetu břitu, které je nejčastějším kritériem určování jeho trvanlivosti. Modifikované chlazení/mazání by rovněž mělo umožnit použití intenzivnějších řezných podmínek.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny nástrojem pro třískové obrábění, opatřeným alespoň jedním kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že alespoň jeden kanálek pro přívod chladicího a/nebo mazacího média je umístěn u hlavního nebo vedlejšího hřbetu břitu.

Nástroj může být u svého čela břitu opatřen alespoň jedním dalším kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média.

Pokud je nástroj opatřen alespoň jednou vyměnitelnou břitovou destičkou, pak výusť alespoň jednoho kanálku pro přívod chladicího a/nebo mazacího média na hřbet břitu je umístěna u lůžka vyměnitelné břitové destičky. Na kanálek navazují drážky na hlavním a/nebo vedlejším hřbetu vyměnitelné břitové destičky.

Lůžko vyměnitelné břitové destičky může být vyjímatelné a je opatřené vlastním kanálkem navazujícím na další kanálek.

Chladicí a/nebo mazací médium je přivedeno mezi hřbet břitu a obráběný materiál, kde dochází k efektivnějšímu mazání a chlazení hřbetu břitu, tj. ke snížení teploty nástroje i teploty kontaktu nástroje a obrobené plochy.

Úpravu držáku destiček nebo monolitního nástroje lze provést například pomocí vrtání klasického nebo elektroerozivního, případně frézováním. Chladicí drážku do vyměnitelné břitové destičky lze při sériové výrobě vytvořit malou úpravou její lisovací matrice, elektroerozivně nebo laserem, do monolitního nástroje opět elektroerozivně, případně laserem. Obě opatření tedy nepřed25 stavují podstatné zvýšení ceny držáku nebo VBD.

Uvedeným řešením bylo dosaženo snížení teploty řezání, což bylo nepřímo prokázáno vyššími hodnotami řezných sil při obrábění za identických podmínek tj. stejný materiál nástroje, obrobku a shodné řezné podmínky. Nižší teploty řezání znamenají sníženou intenzitu opotřebovávání vyměnitelné břitové destičky, které se tak zvýší trvanlivost břitu při shodném kritériu výměny.

Při nižší spotřebě VBD za shodných pracovních podmínek tak dochází ke snížení nákladů na obrábění. Z ekologického hlediska lze vyzdvihnout nižší spotřebu kovů na výrobu VBD (wolfram, kobalt, titan).

Objasnění obrázků na výkresech

Nástroj pro třískové obrábění podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsán na kon35 krétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. laje znázorněn nástroj v axonometrickém pohledu, na obr. lb detail axonometrického pohledu s vyměnitelnou břitovou destičkou. Na obr. lc je nástroj znázorněn v bokorysu a na obr. Id je znázorněn v pohledu zepředu. Obrázek le znázorňuje řez bokorysu, obr. lf lomený řez a obr. lg řez osou nástroje. Na obr. 2a je znázorněno další možné technické provedení nástroje v axonometrickém pohledu, na obr. 2b je znázorněn detail axonometrického pohledu. Na obr. 2c je znázorněn nástroj v bokorysu, na obr. 2d při pohledu zepředu. Obrázek 2e znázorňuje řez bokorysu, obr. 2f lomený řez a obr. 2g řez osou nástroje. Na obr. 3 je uveden graf závislosti velikosti řezné síly na způsobu chlazení břitu a na obr. 4 je tabulka Tab. 1 řezných sil. Na Obr. 5 je znázorněna velikost průměrného opotřebení nástroje na hřbetu břitu. Na Obr. 6 je znázorněna velikost maximálního opotře45 bení nástroje na hřbetu břitu.

-2CZ 21931 Ul

Příklady uskutečnění technického řeSení

V prvním příkladu provedení, zahrnuje sestava držák i s upnutou vyměnitelnou břitovou destičkou 2. Centrálním vnitřním otvorem 3 pro přívod média je chladicí/mazací médium přivedeno k řezné části nástroje. Zde se potom dělí na soustavu „n“ dalších kanálků 4 kde „n“ odpovídá počtu vyměnitelných břitových destiček 2, případně násobku počtu břitů/vyměnitelných břitových destiček 2. Proud chladicího/mazacího média tryská z těchto dalších kanálků 4, zaplavuje prostor mezi odcházející třískou a čelem břitu v místě kontaktu břitu nástroje a vznikající třísky. Z centrálního otvoru 3 se větví další soustava „n“ rozváděčích kanálků 5 a na ně navazující kanálky 6, které přivádí chladicí/mazací médium ke dnu vyměnitelné břitové destičky 2 - lůžku io vyměnitelné břitové destičky 2 v držáku i. Na otvory jednotlivých navazujících kanálků 6 v držáku 1 navazují drážky 2 vytvořené v hlavním hřbetu vyměnitelné břitové destičky 2. V soustavě se dále nachází uzávěr 8, který uzavírá radiální výstup vzniklý při výrobě rozváděčích kanálků!

Druhá varianta počítá se shodným řešením prvků jako v předchozím příkladu. Jediným rozdílem je umístění vyměnitelné břitové destičky 2 do vyjímatelného lůžka 9. Rozváděči kanálek 5 pro přívod média je tak vrtán do držáku I i lůžka 9. V lůžku 9 je rovněž vyvrtán navazující kanálek

V případě monolitního nástroje se jedná o kompaktní nerozebíratelný celek, všechny ostatní prvky jsou shodné s řešením v prvním příkladu. Ústí ,41“ navazujících kanálků $ lze umístit až do těsné blízkosti ostří břitu a nemusí proto být přítomna drážka 7.

Na konstrukci uchycení vyměnitelných břitových destiček 2 nejsou kladeny žádné zvláštní nároky.

Ve všech třech řešeních je tak chladicí/mazací médium přivedeno mezi hřbet břitu a obráběný materiál, kde dochází k zaplavení oblasti velmi blízké oblasti primární plastické deformace a efektivnějšímu snížení teploty řezání, následně i teploty kontaktu nástroje a obrobené plochy. Úpravu držáku destiček nebo monolitního nástroje lze provést pomocí vrtání - klasického nebo elektroerozi vního.

Rozváděči kanálky 5 a navazující kanálky 6 mohou mít libovolný - kruhový i nekruhový průřez, drážka 7 ve vyměnitelné břitové destičce 2 libovolný tvar, např. čtvercový, obdélníkový, licho30 běžníkový půdorys, půlkruhový, obdélníkový, Čtvercový i lichoběžníkový průřez.

Uvedená modifikace chlazení řezného procesu byla experimentálně ověřena podle technického řešení uvedeného v prvním příkladu provedení. Nejdříve měřením řezných sil, které nepřímo ukazuje na velikost teploty v místě kontaktu nástroje, obrobku a třísky. Vyšší hodnoty řezných sil, při obrábění shodného materiálu, zde TÍ6A14V, za identických podmínek, odpovídají jeho vyšší pevnosti a tedy i nižší teplotě řezání. Z grafu na obr. 3 a tab. 1 je patrná vzestupná tendence velikosti složek řezné síly, kde Fc-řezná síla, FcN-řezná síla normálová, běžně používaného chlazení čela břitu středem nástroje, inovovaného chlazení hřbetu břitu a kombinace těchto dvou způsobů chlazení, jak průměrných, tak i maximálních hodnot a z nich vyplývající vyšší účinnost varianty chlazení na hřbetu břitu. Chlazení hřbetu břitu vykazuje přibližný nárůst maxim Fc aFcN o 100N, respektive 130 N, oproti variantě chlazení Čela břitu. Jedná se tedy o navýšení maximálních hodnot řezných sil o 12 % (19 %). U průměrných hodnot řezných sil došlo ke zvýšení o 7 % (18 %). Při variantě chlazení čela i hřbetu břitu bylo další zvýšení složek řezných sil o 2-5 %, pouze v případě průměrné řezné síly normálové došlo k výraznějšímu nárůstu hodnoty síly (9 %). Je tedy vidět, že samotný příspěvek chlazení čela břitu nástroje je podstatně menší, než chlazení hřbetu břitu.

Efektivita chlazení hřbetu břitu byla rovněž zkoumána při testech trvanlivosti břitu. Na obr. 5 a 6 jsou zobrazeny výsledky závislostí průměrného a maximálního opotřebení hřbetu břitu na čase. Z výsledků je patrná vyšší účinnost chlazení hřbetu+čela břitu oproti variantě chlazení pouze čela břitu. S touto variantou chlazení řezného procesu bylo vždy dosaženo nižších (maximálních

-3CZ 21931 Ul i průměrných) hodnot opotřebení na hřbetu břitu VB. Je nutné dodat, že v tomto experimentu byly záměrně, pro oblast obrábění titanových slitin, voleny extrémní řezné podmínky. Zejména úhel opásání frézy určený průměrem frézy a radiální hloubkou řezu je pro obrábění titanových slitin značný a podstatně zvyšuje teplo přenesené do nástroje, které silně ovlivňuje trvanlivost břitu. Zvýšením trvanlivosti břitu dochází, při shodném kritériu výměny VBD, k úspoře nákladů na obrábění.

Na obr. 3 jsou znázorněny řezné síly při frézování TÍ6A14V při řezné rychlosti vc = 75 m/min, posunové rychlosti vf = 160 m/min. Chlazení na čelo břitu, hřbetu břitu a chlazení hřbetu i čela břitu zároveň. Fc - řezná síla, FcN - řezná síla normálová.

io Obr. 5: Velikost průměrného opotřebení na hřbetu břitu VB [gm], řezné rychlosti vc = 110 m/min, axiální hloubka řezu ap = 3,5 mm, radiální hloubka řezu ae = 5 mm. Výsledky pro měření suchého obrábění, obrábění s chlazeným čelem břitu a chlazeným hřbetem i Čelem břitu.

Obr. 6: Velikost maximálního opotřebení na hřbetu břitu VBmax [gm], řezné rychlosti vc 110 m/min, ap = 3,5 mm, ae = 5 mm. Výsledky pro měření suchého obrábění, obrábění s chlaze15 ným čelem břitu a chlazeným hřbetem i čelem břitu.

Průmyslová využitelnost

Nástroj pro třískové obrábění podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění především při třískovém obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Především se uplatní při frézování, ale i soustružení.

Claims (6)

1. 20 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Nástroj pro třískové obrábění, opatřený alespoň jedním centrálním vnitřním otvorem (3) chladicího a/nebo mazacího média, vyznačující se tím, žeu ostří břitu je umístěn alespoň jeden navazující kanálek (6) pro přívod chladicího a/nebo mazacího média propojený s rozváděcím kanálkem (5).

   25
2. 2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že na navazující kanálek (6) na vedlejším a/nebo hlavním hřbetu navazuje drážka (7).
3. 3. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, žeu svého čela břitu je opatřen alespoň jedním dalším kanálkem (4) pro přívod chladicího a/nebo mazacího média.
4. 4. Nástroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je opatřen alespoň jed30 nou vyměnitelnou břitovou destičkou (2) a výusť alespoň jednoho navazujícího kanálku (6) je umístěna u lůžka (9) vyměnitelné břitové destičky (2).
5. 5. Nástroj podle nároku 4, vyznačující se tím, že lůžko (9) vyměnitelné břitové destičky (2) je vyjímatelné.
6. 6. Nástroj podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že rozvá35 děcí kanálek (5) je na výstupu odvráceném od centrálního vnitřního otvoru (3) opatřen uzávěrem (S).