CZ30530U1 - Obráběcí nástroj s vyměnitelnými řeznými korunkami - Google Patents

Description

Obráběcí nástroj s vyměnitelnými řeznými korunkami

Oblast techniky

Technické řešení se týká obráběcího nástroje s vyměnitelnými řeznými korunkami, zejména pro obrábění kovů

Dosavadní stav techniky

Pro výkonnostní obrábění kovů se běžně používají nástroje z monolitního tvrdokovu (slinutý karbid). To znamená, že celý obráběcí nástroj, včetně upínací stopky (držáku), se vyrábí z jednoho kusu slinutého karbidu. Takové nástroje jsou vysoce kvalitní, ale díky použití exkluzivního materiálu, tvrdokovu, drahé. Je tomu tak proto, že slinuté karbidy obsahují extrémně vysoké procento vzácných kovů, zejména karbidu wolframu (cca 90 %) a kobaltu (cca 10 %). Tyto kovy jsou v materiálu nenahraditelné, protože právě tyto složky činí materiál tak odolným.

Monolitické nástroje jsou proto nahrazovány „skládanými nástroji“, kdy z karbidu se vyrobí pouze řezná část ve formě výměnných břitových destiček či korunek (hlaviček) a zbytek nástroje je vyroben z levnějšího materiálu, třeba oceli nebo slitiny hliníku. Vysoce namáhané jsou pouze funkční řezné plochy nástroje. Zbytek, celé tělo nástroje již tolik namáháno není a je možné ho proto vyrobit z méně jakostního materiálu. Má to i další výhodu: po otupení se SK korunka může . demontovat a nahradit novou, držák zůstává k dispozici na více použití. Držák lze zkonstruovat i pro použití pro více typů řezných korunek.

Mezi známé konstrukční řešení upínání břitových destiček do těla nástroje (držáku) patří upínaní na principu „šroubovací korunky“, kdy na stopce břitové korunky je vytvořen závit, kterým se zašroubuje do držáku nástroje, který je také opatřen přesným závitem. Výroba takové korunky je velmi náročná. Polotovar karbidové korunky včetně hotového závitu je nutné předlisovat a ještě „za měkká“ před závěrečným spékáním obrobit na míru u výrobce karbidových polotovarů. To se u malých sérií vůbec nevyplatí, protože samotná taková korunka je dražší než kompletní nástroj z monolitu stejné velikosti. Nákup karbidových polotovarů korunek s předem zhotovenými přesnými závity se vyplatí až od velmi vysokého počtu v řádu stovek objednaných kusů. Nákup velkých sérií potřebných polotovarů s přesnými závity si však malý či středně velký výrobce nemůže dovolit, protože by takové množství nikdy neprodal. Kvůli tomu jsou velcí výrobci účinně chráněni před konkurencí menších výrobců, kteří nemohou vyrábět výměnné korunky pro jejich nástroje za konkurenceschopné ceny.

Další známé konstrukční řešení je založeno také na šroubovém spoji, kdy přes tělo držáku je veden pomocný šroubový prvek, který je zakončen závitem, na který se našroubuje řezná korunka. Nevýhodou tohoto řešení je také složitost a nemožnost vnitřního chlazení nástroje chladicí kapalinou vedenou přes tělo držáku.

Další známé řešení je založeno na principu vložení břitové hlavičky do těla držáku. U tohoto . řešení je v těle držáku nástroje vytvořena vnitřní vložka se závitem, tato vložka je zakončena osazením, do kterého se nasune břitová hlavička s konickou stopkou a osazením, které zapadá do osazení v těle držáku. Následně,se břitová hlavička šroubováním zafixuje do těla držáku. Nevýhodou tohoto řešení je předevšíťn horší přesnost upnutí, složitost systému a také nelze břitovou hlavičku chladit chladicí kapalinou vedenou přes tělo držáku.

Z užitného vzoru CZ 9336 je znám obráběcí nástroj s vyměnitelnými břitovými destičkami opatřený lůžkem pro vyměnitelnou břitovou destičku. Nevýhodou tohoto řešení je složitost výroby a vysoké náklady v případě výroby menších sérií na míru lisovaných břitových destiček.

Podstata technického řešení

Nevýhody známých skládaných nástrojů odstraňuje do znhčné míry skládaný obráběcí nástroj obsahující vyměnitelnou řeznou korunku upevněnou do držáku.

CZ 30530 UI

Podstata technického řešení spočívá v tom, že spojení mezi řeznou korunkou a držákem je založeno na krátké kuželové styčné ploše, jejímž úkolem je také přesné vystředění řezné korunky do osy držáku. Pro toto spojení je pod funkční částí řezné korunky vytvořena vnější kuželová část, která zapadá do shodně orientované vnitřní kuželové části vytvořené v držáku. I když toto kuželové spojení přenáší podstatnou část kroutícího momentu mezi řeznou korunkou a držákem, upnutí musí být dále doplněno o prvky zajišťující fixaci řezné korunky v držáku. Proto je pod vnější kuželovou částí řezné korunky vytvořena vnější válcová část, na které jsou proti sobě vytvořeny dvě pojistné plošky. Také pod vnitřní kuželovou částí držáku je vytvořena vnitřní válcová část, do které ve volném uložení zapadá vnější válcová část řezné korunky. Do vnitřní válcové části držáku jsou z jeho vnější strany vedeny závitové otvory, kterými jsou přivedeny utahovací prvky (stavěči šrouby). Po vložení řezné korunky do držáku směřují stavěči šrouby do pojistných plošek vytvořených na vnější válcové části řezné korunky a tím je zajištěna fixace řezné korunky v držáku. Tyto šrouby také přenáší zbytek kroutícího momentu, který nemůže být přenesen přes kuželové části. Z hlediska přenosu dostatečného kroutícího momentu přes kuželové styčné plochy je výhodné, aby úhel kuželových částí byl v rozmezí 10° až 20° (nejlépe 16° ± 0,1^o), tj. částečně samosvomý úhel, který přenese velkou část kroutícího momentu z držáku na řeznou korunku. Pozvolnější kužel by sice přinesl ještě větší samosvomý efekt (větší přenos kroutícího momentu), avšak vznikaly by tím současně potíže s následnou demontáží složeného nástroje. To by vedlo k potřebě doplnit konstrukční řešení o další prvky pro bezpečnou demontáž, což by výsledný nástroj prodražilo. Je také výhodné, aby pojistné plošky byly vůči axiální ose řezné korunky vytvořeny pod úhlem 2° až 10° (nejlépe 5°), přičemž toto zkosení pojistných plošek je vedeno od konce první válcové části směrem kprvní kuželové části, tj. má opačný směr, než je zkosení kuželových částí. Je také výhodné vytvořit závitové otvory, kterými jsou vedeny stavěči šrouby pod úhlem 80° až 90° od osy držáku, čímž tyto šrouby působí směrem do držáku, aby se řezná korunka nemohla během obrábění uvolnit resp. povysunout z držáku. Podle dalšího výhodného provedení je přes držák a řeznou korunku vytvořen otvor 5 pro chladicí médium směřující do oblasti řezných zubů.

Výhodou technického řešení je jednoduchý, přesný a nákladově levný systém upnutí řezné korunky do držáku. Výroba tohoto systému upnutí řezné korunky je ekonomicky výhodná i u malých výrobních dávek v řádu jednotek či desítek kusů. Řezná korunka je přes kuželový spoj vycentrována do osy držáku. Řeznou korunku lze vyrobit z běžně dostupných karbidových tyčí pro výrobu monolitních nástrojů, proto vstupní polotovar má zlomkovou cenu ve srovnání s předlisovanými karbidovými polotovary. Technické řešení může být použito pro širokou škálu nástrojů třískového obrábění, např.: navrtáváky, srážeče hran, kulové a toroidní kopírovací frézy, rychloposuvové frézy apod. Nejde jen o nástroje s větším průměrem, ale i o dlouhé nástroje a nástroje s velkým vyložením, které se používají při obráběni, kde je nutné se dostat s nástrojem dále podél obrobku do místa řezu. Ve všech těchto případech je na tělo nástroje potřeba hodně materiálu. Další významnou výhodou navržené konstrukce složeného nástroje je možnost vnitřního chlazení vedeného středem držáku k řezné korunce, protože držák nemá blokován středový otvor žádným upínacím prvkem. Vnitřní chlazení zvyšuje užitné vlastnosti nástroje jako je výkon a životnost. Další výhoda navrženého řešení spočívá v dostupnosti náhradních dílů. Složený nástroj je záměrně koncipován tak, že kromě samotné řezné korunky a držáku nejsou zapotřebí žádné další zakázkově vyráběné komponenty. Jsou využity běžně dostupné stavěči šrouby dle DIN 913 a běžné montážní klíče.

Objasnění výkresů

Technické řešení je blíže objasněno na připojených výkresech, které znázorňují:

OBR. 1 - perspektivní pohled na složený obráběcí nástroj

OBR. 2 - perspektivní pohled na rozložený obráběcí nástroj - držák a řezná korunka

OBR. 3 - pohled na rozložený obráběcí nástroj z obr. 2

OBR. 4 - pohled na rozložený obráběcí nástroj z obr. 2

OBR. 5 - perspektivní pohled na držák s kuželovou částí

CZ 30530 Ul

OBR. 6 - perspektivní pohled na držák s kuželovou částí

Příklady uskutečnění technického řešeni

Složený obráběcí nástroj 10 znázorněný na obr. 1 až 4 sestává z řezné korunky 1, která je vyměnitelně uložena v držáku 2. Řezná korunka 1 obsahuje řeznou část 1,1, pod kterou je vytvořena vnější kuželová část 12. Pod vnější kuželovou částí 1.2 je vytvořena vnější válcová část 13. Na této vnější válcové části 1.3 jsou proti sobě vytvořeny dvě pojistné plošky 1.4 ve tvaru trojúhelníku. Tyto pojistné plošky 1.4 jsou od axiální osy 1.5 řezné korunky 1 vytvořeny pod úhlem 2° až 10°, s výhodou 5°, přičemž tento úhel je veden od koncové části 1.6 vnější válcové části 1.3 směrem k vnější kuželové části 1.2, tj. má opačný směr, než je zkosení vnější kuželové části 1.2. Do těchto pojistných plošek 1.4 jsou vedeny utahovací prvky 3 (stavěči šrouby), které přenáší část kroutícího momentu mezi řeznou korunkou 1 a držákem 2, jak bude dále popsáno. Na řezné korunce 1 jsou vytvořeny proti sobě dvě montážní plošky 4, kterými se dotahuje nebo uvolňuje řezná korunka 1 z držáku 2.

Držák 2 je vytvořen ve tvaru válce s dvěma průměrově odlišnými válcovými částmi (obr. 1 až 4) nebo s jednou kuželovou částí 2.6, na kterou navazuje válcová část (obr. 5 a 6). V průměrově menší válcové části 2.5 nebo v kuželové části 2.6 je vytvořena vnitřní kuželová část 2.1, se stejným úhlem, jako je úhel na vnější kuželové části 1.2 řezné korunky 1. Pod vnitřní kuželovou částí 2.1 je vytvořena vnitřní válcová část 22, do které jsou z vnější strany válcové části 2.5 nebo kuželové části 2.6 zavedeny závitové otvory 2.3. Tyto závitové otvory závitové otvory 2.3 jsou od osy 2.4 držáku 2 vytvořeny pod úhlem 80° až 90°. Obráběcí nástroje vyžadují v mnoha případech chlazení, proto je středem držáku 2 a středem řezné korunky 1 je vytvořen otvor 5, kterým může proudit chladicí médium k řezné části 1.1 řezné korunky 1, přičemž v oblasti řezné části 1.1 se tento otvor může rozdělit do několika směrů, které jsou vedeny k jednotlivým břitům řezné korunky 1,1 (obr. 4).

Spojem mezi řeznou korunkou 1 a držákem 2 je založeno na kuželových styčných plochách 12 a 2,1, které po zasunutí řezné korunky 1 do držáku 2 zajistí přesné vystředění řezné korunky 1 do osy 2.4 držáku 2. Vrcholový kužel obou spojovaných kuželových ploch 12 a 2.1 je v rozmezí 10° až 20°, přičemž velmi dobrých výsledků je dosaženo s úhlem 16°± -0,1°, přičemž tento úhel je navržen jako částečně samosvomý, čímž je umožněn přenos většiny kroutícího momentu třením na ploše kužele. I když kroutící moment bude z velké části přenášen vzájemně spojenými kuželovými plochami 12 a 2.1. je nutno ještě zajistit, aby spojení přeneslo zbytek kroutícího momentu mezi řeznou korunkou 1 a držákem 2, a bylo pevné, přesné a stabilní. Toto pevné spojení se zajistí stavěcími šrouby 3, které jsou vedeny přes závitové otvory 2.3 a směřují do pojistných plošek 1.4. Utahovací síla stavěčích šroubů 3 působí na plošky 1.4. které jsou skloněny pod úhlem 2° až 10°, přičemž jako výhodné řešení je použit úhel 5°, tj. utahovací síla působí směrem do vnější válcové části .13, tj· do stopky držáku. Tím se zajistí dokonalá fixace řezné korunky 1 v držáku 2 ze dvou bočních stran, aby se řezná korunka nemohla během obrábění uvolnit. Oboustranné jištění protilehlými utahovacími prvky (šrouby) je výhodné zejména proto, že u upnuté řezné korunky nedochází k jednostrannému bočnímu tlaku, který by způsoboval postupné asymetrické otlačení styčné plochy kuželové části držáku a tím zhoršení přesnosti (zvýšení házivosti) složeného nástroje. Řezná korunka je zhotovena slinutého karbidu, kuželové části a držák jsou zhotoveny např. z ušlechtilé oceli.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Obráběcí nástroj (10) obsahující vyměnitelnou řeznou korunku (1) upevněnou v držáku (2), vyznačující se tím, že pod funkční částí (1.1) řezné korunky (1) je vytvořena vnější kuželová část (1.2), na kterou navazuje vnější válcová část (1.3), na vnější válcové části .

   CZ 30530 UI (1.3) jsou proti sobě vytvořeny dvě pojistné plošky (1.4), v držáku (2) je vytvořena vnitřní kuželová část (2.1) se stejným úhlem jako je úhel na vnější kuželové části (1.2) řezné korunky (1), pod vnitřní kuželovou částí (2.1) držáku (2) je vytvořena vnitřní válcová část (2.2), do které z vnější strany držáku (2) směřují závitové otvory (2.3), kterými jsou vedeny utahovací prvky (3).
2. 2. Obráběcí nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel kuželových částí (1.2) a (2.1) je v rozsahu 10° až 20°.
3. 3. Obráběcí nástroj podle některého z nároků la2, vyznačující se tím, že pojistné plošky (1.4) jsou vůči axiální ose (1.5) řezné korunky (1) vytvořeny pod úhlem 2° až 10° vedeným od koncové části (1.6) vnější válcové části (1.3) směrem k vnější kuželové části (1.2).
4. 4. Obráběcí nástroj podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že závitové otvory (2.3) jsou od osy (2.4) držáku (2) vytvořeny pod úhlem 80° až 90°.
5. 5. Obráběcí nástroj podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že přes držák (2) a řeznou korunku (1) je vytvořen otvor (5) pro chladicí médium.