CZ355787A3 - Rotary cutting tool and process for producing thereof - Google Patents

Description

Rotační řezný nástroj a způsob jeho výroby

Oblast technikv

Vynález se týká rotačního řezného nástroje, zejména vrtacího nebo frézovacího nástroje, popřípadě výstružníku, s ve směru osy otáčení podlouhlým základním tělesem, které je opatřeno na své vnější obvodové ploše nejméně jednou šroubovicovou drážkou a nejméně jedním průběžným šroubovicovým zubem s břítem, probíhajícím po šroubovici souběžně s nejméně jednou drážkou, přičemž uvnitř tělesa řezného nástroje je vytvořen nejméně jeden kanálek, probíhající v podélném směru tělesa řezného nástroje, pro vedení chladicí tekutiny.

Dosavadní stav technikv

V průběhu racionalizace a automatizace třískového obrábění kovů, zaměřené na hledání takových obráběcích nástrojů, které jsou schopny plnit stále obtížnější úkoly při obrábění a které mají delší životnost pracovními rychlostmi, jsou vrtací a frézovací nástroje a jsou schopny pracovat vyššími ve stále větší míře používány a výstružníky, jejichž alespoň pracovní části jsou vytvořeny ze slinutých tvrdokovů, zejména slinutých karbidů a jiných tvrdých materiálů. Tyto nástroje se používají zejména pro vyvrtávání nebo obrábění hlubokých děr v obrobcích ze slitin s vysokou tvrdostí. Při provozu působí na tyto nástroje vysoké teploty, které často vysoko překračují 600°C. Pro dosažení rychlého posuvu při vrtání a zejména zajištění dobrého odvodu odebírané třísky z hlubokých děr jsou vrtací nástroje opatřovány jedním středním kanálkem, kterým se do vrtu přivádí výplachová kapalina a ze kterého odbočují v blízkosti předního pracovního konce vrtáku radiální kanálky, vyvedené ze středního kanálku k obvodové ploše vrtáku do oblasti mezi jeho středem a obvodem, kterými se přivádí výplachová kapalina do bezprostřední blízkosti pracovního místa. Výroba takových vrtáků se může v podstatě provádět tak, že se nejprve mechanickým nebo izostatickým lisováním granulátu slinutého karbidu vytvoří předlisek s příslušnými vnějšími rozměry, načež se po předběžném slinování tento nástroj opracuje diamantovými brusnými kotouči, při kterém se na obvodové ploše nástroje vytvoří požadované šroubovité drážky a uvnitř nástroje se vytvoří vrtacími nástroji podélný kanálek pro vedení výplachové kapaliny, načež se provede konečná slinovací operace, na kterou nakonec navazuje závěrečné opracování, při kterém se vytvářejí zejména šroubovité řezné břity pracovního nástroje.

Vytváření těchto přívodních kanálků pro výplachovou kapalinu vrtáním je však nákladné a se zvětšující se hloubkou těchto vývrtů a se stává stále obtížnějším a méně přesným. Je známa také možnost vytvářet podélné kanálky v tělese hotoveného pracovního nástroje vrtáním z obou čelních stran, ovšem u tohoto výrobního postupu je prakticky nedosažitelná dokonalá souosost obou vrtaných částí. Nepřesné místo styku obou kanálkových částí ztěžuje průtok kapaliny a zvyšuje hydraulické ztráty a pokles tlaku.

Úkolem vynálezu je vyřešit vhodnější rotační řezný nástroj s tělesem z tvrdokovu a s nejméně jedním vnitřním kanálkem, u kterého by se nevyskytla omezení vyplývající z nadměrné délky kanálku, přičemž hotovení řezného nástroje by mělo být méně nákladné.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen rotačním řezným nástrojem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že základní těleso řezného nástroje, sestávající z vnitřního dílu s podélnou osou a z vnějšího dílu, spojeného do jednoho celku s vnitřním dílem slinutým spojem a opatřeného na své vnější ploše nejméně jedním radiálně vystupujícífíi podélným průběžným zubem s břitem, je opatřeno v oblasti slinutého spoje, vnitřního dílu základního tělesa nástroje s jeho vnějším dílem nejméně jedním kanálkem, probíhajícím souběžně uvnitř podélného průběžného zubu, jehož stěny jsou tvořeny jednak stěnami vnitřní šroubovité drážky a jednak překrývajícími válcovými úseky vnitřní plochy vnějšího dílu základního tělesa nástroje.

Ve výhodném provedení vynálezu je nejméně jeden kanálek umístěn podél válcové plochy, která je styčnou plochou mezi vnitřním dílem a vnějším dílem základního tělesa nástroje a ve které je vytvořen slinutý spoj. Vnější válcové úseky vnitřní plochy vnějšího dílu základního tělesa nástroje jsou válcovými prodlouženími slinutého spoje mezi vnitřním dílem a vnějším dílem základního tělesa nástroje. Podle jiného výhodného provedení vynálezu je vnitřní díl vytvořen ze slinutého tvrdokovu, zejména slinutého karbidu, s materiálovým složením odlišným od materiálového složení slinutého karbidu vnějšího dílu.

Podstata způsobu výroby rotačního řezného nástroje podle vynálezu spočívá v tom, že z granulátu pro výrobu předmětů ze slinutých karbidů se zejména izostatickým lisováním a následujícím předběžným slinováním vytvoří rotačně souměrný polotovar vnitřního dílu základního tělesa nástroje a rotačně souměrný dutý polotovar vnějšího dílu základního tělesa nástroje, opatřený dutinou odpovídající svými dimenzemi vnějšímu plášti vnitřního dílu, načež se v obvodové ploše vnitřního dílu vytvoří nejméně jedna šroubovitá podélná drážka, jejíž stěna je částí stěny šroubovitých kanálků pro chladicí tekutinu, načež se polotovar vnitřního dílu umístí do polotovaru vnějšího dílu a na sebe dosedající styčné plochy obou dílů se potom spojí slinutým spojem, načež se provede opracování řezného nástroje do konečného tvaru. Vnitřní díl se před svým předběžným slinováním lisuje tlakém o nejméně 20%, zejména 30% až 100% větším než je lisovací tlak při zpracování polotovaru vnějšího dílu.

U tohoto provedení rotačního řezného nástroje podle vynálezu, vytvořeného z vnitřního dílu a z vnějšího dílu, které jsou spolu pevně spojeny do jednoho celku slinutým spojem, není délka nástroje ničím omezena a kromě toho je výroba kanálků pro přívod chladicí kapaliny velmi usnadněni a je možno volit libovolný počet těchto kanálků, v závislosti na počtu použitých břitů. V zásadě je každý chladicí kanálek umístěn pod každým břitem a probíhá s ním souběžné, to znamená zpravidla podél šroubovice. Větší počet drážek vytváří větší celkový průřez pro přívod výplachové a chladicí kapaliny, která tak může účinněji chladit pracovní místo a účinněji odvádět odebírané třísky, takže vrtání nebo jiné opracovávání může probíhat vyšší rychlostí. Kanálky mohou být vyústěny přímo na pracovní místo, to znamená například u vrtáku do oblasti mezi jeho špičkou a obvodem, takže kapalina se přivádí přímo do místa své největší potřeby. Chlazení pracovních břitů je tak možno přesně nastavit a dosáhnout tak rychlejšího posuvu řezného nástroje. Vytvořením řezného nástroje podle vynálezu se v podstatě vytváří sendvičová konstrukce, která má u dlouhých nástrojů podstatně omezený sklon ke vzniku vibrací i při vysokých pracovních otáčkách, takže je možno dosáhnout větších délek vrtání nebo opracování při dosažení větší přesnosti obráběných ploch. Při vytvoření nástroje ze dvou dílů je možno volit libovolné stoupání kanálků, přizpůsobené stoupání břitů.

3e také výhodné, že část stěny kanálků pro vedení chladicí kapaliny je tvořena částí vnitřní válcové plochy vnějšího dílu základního tělesa, která je v dalším svém úseku součástí slinutého spoje, takže odpadá potřeba opracování téměř poloviny obvodové plochy kanálků. Při tomto vytvoření také nedochází v místech kanálků k žádnému oslabování materiálu vnějšího dílu s prstencovým průřezem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladu provedení, zobrazeného na výkresu, na kterém je znázorněn axonometrický pohled na část rotačního řezného nástroje.

Přiklad provedeni vynálezu

Na výkresu je čárkovanými čarami zobrazena ve schematickém axonometrickém pohledu část základního tělesa 1 nástroje, zejména vrtáku, výstružníku nebo frézy, před vytvořením vnějších šroubovitých drážek 7, v jeho válcové obvodové ploše. Základní těleso 1 sestává v tomto příkladném provedení podle vynálezu z válcového vnitřního dílu 2 s podélnou osou a a z pouzdrovítého vnějšího dílu 3, který obklopuje válcový vnitřní díl 2 po jeho celém obvodu a který je vyroben ze slinutého karbidu. Vnitřní díl 2 je svou vnější plochou 30 spojen pomocí slinutého spoje 23 s vnitřní plochou 30 dutiny vnějšího dílu 3. do jednoho pevně spojeného celku. Zejména z čelní strany zpbrazeného příkladného provedení základního je paérnť tělesa 1 nástrojeV, ze na obvodu vnější plochy 30 válcového vnitřního dílu 2 jsou ve stejných obvodových rozestupech od sebe vytvořeny tři vnitřní šroubovité drážky 72, které mají půlkruhový průřez a jsou z vnější strany překryty válcovými úseky 73 vnitřní plochy 20 vnějšího dílu 3, majícími stejné zakřivení jako zbývající části této vnitřní plochy 20, takže v základním tělese 1 vrtáku jsou tak vytvořeny tři podélné šrouboviáte kanálky 71. Na vnějším obvodu základního tělesa 1 nástroje jsou tři vnější šroubovité drážky 35, vybíhající z čela řezného nástroje, vytvořené po konečném slinování ve vnějším dílu 3, přičemž tyto vnější šroubovité drážky zasahují v zobrazeném příkladném provedení svými základnami až do vnitřního dílu 2. základního tělesa 1 nástroje. Mezi těmito vnějšími šroubovitými drážkami 35 jsou tak vytvořeny průběžné šroubovité zuby 5 s břity 50, které mají stejný průběh jako podélné šroubova&é kanálky 71 uvnitř řezného nástroje ze slinutého karbidu.

Při výrobě řezného nastrojte podle vynálezu se nejprve z práškové směsi pro výrobu slinutých karbidů, obsahující v hmotnostních množstvích 6,3% kobaltu Co, zbytek tvoří karbid wolframu WC + 2,5% směsi karbidů titanu, tantalu a niobu (TiTaNb)C,s průměrnou velikostí zrn kolem 1 μ, izostatickým lisováním, při kterém se působí tlakem 180 MPa, vytvoří polotovar ve formě předběžně tvarovaného tělesa, které se předběžně slinuje po dobu jedné hodiny, když bylo předtím podrobeno jedenáctihodinovému zahřívání na teplotu kolem 750°C. z tohoto polotovaru se vytvoří 180 mm dlouhý a přibližně válcový předlisek vnitřního dílu 2, který má vnější průměr 11,0 mm. Jeho obvodová vnější plocha 30 se opatří ve třech místech, stejně od sebe vzdálených v obvodovém směru, tře^vnitřní^šroubovico^/clrážkamÍTj!. s úhlem stoupání 30°, které mají v podstatě půlkruhový průřez s poloměrem zakřivení 1,1 mm.

Z granulátu majícího v podstatě stejné složení jako materiál pro výrobu válcového vnitřního dílu 2 a obsahujícího zrna s průměrnou velikostí 0,7 μπι se izostatickým lisováním tlakem 100 MPa a následným předběžným slinováním za podobných podmínek a pomocí obdobných výrobních postupů vytvořilo duté válcovité těleso s délkou 180 mm, s vnitřním průměrem jeho průchozí dutiny 11,1 nun a s vnějším průměrem 22,2 mm, které tvořilo vnější díl 3 základního tělesa i nástroje. Jak již bylo popsáno, válcový vnitřní díl 2/ opatřený na svém obvodu třemi šroubovitými drážkami 72, tvořícími jednu stranu vytváeo řených podélných šroubovitých kanálků 71, se potom vpravil do podélné průběžné dutiny pouzdrového vnějšího dílu 3, načež je takto sestavené základní těleso 1 nástroje po desetihodinovém zahřívání na teplotu 1450°C spékáno při tlaku 1 Pa. Takto získané základní těleso 1 nástroje má délku 14,4 mm a průměr 17,5 mm a v jeho obvodové ploše se vytvoří vždy mezi dvojicemi sousedních šroubovitých drážek 72 ve válcovém vnitřním dílu 2, které jsou základními tvořícími plochami podélných šroubovitých kanálků 71 vnější ‘šroubovité drážky 35 a na okraji jejich bočních stěn se vybrousí břity 50 a nakonec se upraví délka nástroje. Takto vyrobený řezný nástroj při zkouškách prokázal, v porovnání s obdobnými vrtáky vyrobenými z granulátu pro výrobu výrobků ze slinutého karbidu a opatřenými dvěma odbočnými chladicími kanálky navazujícími na špičce nástroje na podélný přívodní kanálek o průměru 2 mmTpři vrtání šedé litiny za stejných podmínek/v průměru 1,4 násobnou rychlost posuvu.

Claims (6)

1. Rotační řezný nástroj, zejména vrtac nástroj, popřípadě výstružník, se základním tělesem, podlouhlým ve směru osy otáčení a opatřeným na své vnější obvodové ploše nejméně jednou šroubovicovou drážkou a nejméně jedním průběžným šroubovicovým zubem s břitem, probíhajícím souběžně s drážkou, přičemž uvnitř tělesa řezného nástroje je v podélném směru základního tělesa vytvořen nejméně jeden kanálek pro vedení chladicí tekutiny, vyznačující se tím, že základní těleso (1), sestávající z vnitřního dílu (2) s podélnou osou (a) a z vnějšího dílu (3), spojeného do jednoho celku s vnitřním dílem (2) slinutým spojem (23) a opatřeného na své vnější ploše nejméně jedním radiálně vystupujícím podélným průběžným zubem (5) s břitem (50), je opatřeno, v oblasti slinutého spoje (23) vnitřního dílu (2) základního tělesa (1) s jeho vnějším dílem (3), nejméně jedním kanálkem (71), probíhajícím souběžně uvnitř podélného průběžného zubu (5), jehož stěny jsou tvořeny jednak stěnami vnitřní šroubovicovédrážky (72) a jednak překrývajícími válcovými úseky (73) vnitřní plochy (20) vnějšího dílu (3) základního tělesa (1).

frézovací.··—

2. Rotační řezný nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jeden kanálek (71) je umístěn podél válcové plochy, která je styčnou plochou mezi vnitřním dílem (2) a vnějším dílem (3) základního tělesa (1) nástroje a ve které je vytvořen slinutý spoj (23).

3. Rotační řezný nástroj podle nároku 1 nebo 2, v y značující se tím, že vnější válcové úseky (73) vnitřní plochy (20) vnějšího dílu (3) základního tělesa (1) nástroje jsou válcovými prodlouženími slinutého spoje (23) mezi vnitřním dílem (2) a vnějším dílem (3) základního tělesa * (1) nástroje.

4. Rotační řezný nástroj podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že vnitřní díl (2) je vytvořen ze slinutého tvrdokovu, zejména slinutého karbidu, s materiálovým složením odlišným od materiálového složení slinutého karbidu vnějšího dílu (3).

5. Způsob výroby rotačního řezného nástroje podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že z granulátu pro výrobu předmětů ze slinutých karbidů se zejména izostatickým lisováním a následujícím předběžným slinováním vytvoří rotačně souměrný polotovar vnitřního dílu (2) základního tělesa (1) nástroje a rotačně souměrný dutý polotovar vnějšího dílu (3) základního tělesa (1) nástroje, opatřený dutinou odpovídající svými rozměry vnějšímu plášti vnitřního dílu (2), načež se v obvodové ploše vnitřního dílu (2) vytvoří nejméně jedna šroubovicová podélná drážka (72), jejíž stěna je částí stěny šroubovicových kanálků (71) pro chladicí tekutinu, načež se polotovar vnitřního dílu (2) umístí do polotovaru vnějšího dílu (3) a na sebe dosedající styčné plochy obou dílů (2, 3) se potom spojí slinutým spojem (23), načež se provede konečné opracování řezného nástroje.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že vnitřní díl (2) se před předběžným slinováním lisuje tlakem o nejméně 20%, zejména 30% až 100% větším než je lisovací tlak při zpracování polotovaru vnějšího dílu (3).