CZ38521U1

CZ38521U1 - Nástroj pro vystružování velmi přesných děr, zejména v šedých a tvárných litinách

Info

Publication number: CZ38521U1
Application number: CZ2025-42527U
Authority: CZ
Inventors: Stanislav Fiala
Original assignee: FINAL Tools a.s.
Priority date: 2024-10-17
Filing date: 2024-10-17
Publication date: 2025-04-15

Description

Nástroj pro vystružování velmi přesných děr, zejména v šedých a tvárných litinách

Oblast techniky

Technické řešení se týká vystružovacího nástroje pro vystružování velmi přesných děr od stupně přesnosti IT5 s vysokým požadavkem na tvarovou přesnost a kvalitu vystružovaného povrchu, zejména při výrobě komponentů ze šedé nebo tvárné litiny. Vystružovací nástroje jsou především určené pro velkosériovou výrobu na moderních, plně automatizovaných obráběcích strojích s interním přívodem chladicího a mazacího média s minimálním tlakem 40 bar.

Dosavadní stav techniky

Vystružování děr je zejména finální výrobní operací. Proto je velmi důležité, aby se ve vystružovacím procesu dosahovalo vysoké reprodukovatelnosti geometrické a rozměrové přesnosti vystružených děr a reprodukovatelnosti trvanlivosti břitů výstružníků. Tyto požadavky jsou důležité zejména v plně automatizovaných výrobách, kde výrobní stroje pracují bez dohledu lidského faktoru. Při nedosahování uvedených faktorů vznikají velké prostoje ve velmi nákladných výrobních zařízení, což výrazně zvyšuje výrobní náklady.

V současné době je mnoho známých konstrukcí vystružovacích nástrojů. Liší se v geometrii řezných břitů, různými řeznými materiály a různým konstrukčním uspořádáním. Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují jejich technické a ekonomické výsledky.

Z nejbližšího stavu techniky je znám vystružovací nástroj ze spisu EP 1657014 B1, jehož řezná část je tvořena kompaktním kotoučkem ze slinutého karbidu s upínací válcovou stopkou.

Na obvodu kotoučku jsou v jedné polovině jeho obvodu vytvořeny řezné zuby s podélnými a příčnými řeznými břity a na protější polovině obvodu tvarového kotoučku jsou vytvořeny válcové podélné opěrné plošky. Válcová upínací stopka je uložena v díře ocelového držáku s přesahem, čímž je umožněno tepelné upínání a odepínání řezné části vystružovacího nástroje.

Hlavní nevýhodou tohoto řešení je, že konstrukce vystružovacích nástrojů je koncipována pouze s řeznými břity ze slinutého karbidu nebo cermetu, čímž výhodné uplatnění těchto nástrojů je jen pro vystružování děr v ocelích s pevností do 1200 MPa při maximální řezné rychlosti 160 m/min.

Při vyšších řezných rychlostech, které jsou potřebné např. při obrábění šedých a tvárných litin, u těchto nástrojů podle dokumentu EP 1657014 B1 dochází k vibracím a to způsobuje zhoršení kvality obráběných ploch a zhoršení tvarové nepřesnosti vystružených děr.

Další nevýhodou tohoto technického řešení je, že vystružovací nástroje jsou koncipovány tak, že řezná část vystružovacích nástrojů je nerozebíratelně spojena s upínací válcovou stopkou ze slinutého karbidu, uložena v díře ocelového držáku s přesahem. Takové nástroje lze ekonomicky vyrábět do maximálního průměru řezné části 32 mm a ve větších průměrech je výroba vystružovacích nástrojů velmi nákladná a v praxi z ekonomických důvodů nerealizovatelná.

Cílem technického řešení je představit konstrukci vystružovacích nástrojů s výhodnou ekonomickou vyrobitelností až do průměru řezné části 100 mm, které nebudou vykazovat uvedené nevýhody a budou mít hlavní uplatnění při vystružování velmi přesných děr od stupně přesnosti IT5 do řezné rychlosti až 500 m/min na plně automatizovaných CNC strojích, zejména při výrobě komponentů z tvárných a šedých litin.

- 1 CZ 38521 U1

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vystružovací nástroj s řeznou částí podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že u prvního řezného zubu je vzdálenost průsečíku, tedy podélného řezného břitu a čelního řezného břitu, od čelní roviny nejmenší a u posledního řezného zubu je vzdálenost průsečíku od čelní roviny největší a mezi řeznými zuby je vytvořen nejméně jeden řezný zub se vzdáleností průsečíku od čelní roviny, přičemž u jednotlivých řezných zubů se vzdálenosti průsečíků od čelní roviny ve směru pracovní rotace zmenšují a vzdálenosti mezi čelní rovinou a průsečíky válcových opěrných plošek a náběhových ploch a jsou větší nejméně o 0,2 mm než vzdálenost mezi čelní rovinou a průsečíkem posledního řezného břitu.

Ve výhodném provedení se u jednotlivých řezných zubů se vzdálenosti průsečíků od čelní roviny ve směru pracovní rotace zmenšují od vzdálenosti nelineárně.

V jiném výhodném provedení se u jednotlivých řeznýc zubů vzdálenosti průsečíků od čelní roviny ve směru pracovní rotace zmenšují od vzdálenosti lineárně.

V dalším výhodném provedení jsou podélné řezné břity tvořeny čelní rovinnou plochou a vnější podélnou válcovou ploškou výhodně širokou 0,05 až 0,2 mm.

V jiném výhodném provedení mají obě válcové podélné opěrné plošky stejnou poloměrovou vzdálenost od podélné osy, přičemž poloměrová vzdálenost podélných řezných břitů je větší oproti poloměrové vzdálenosti výhodně o 0,005 až 0,010 mm.

V jiném výhodném provedení jsou válcové podélné opěrné plošky vytvořeny z materiálu, jehož třecí koeficient je optimálně 0,05 až 0,2 v kombinaci s obráběným materiálem.

V dalším výhodném provedení jsou válcové podélné opěrné plošky vytvořeny ze skupiny materiálů jako je polykrystalický diamant, cermet, keramika a řezné zuby s podélnými řeznými břity a čelními břity jsou vytvořeny ze skupiny materiálů jako je kubický nitrid boru, polykrystalický diamant, cermet.

V jiném výhodném provedení je řezná část vystružovacího nástroje kompletně vyrobena z monolitu slinutého karbidu, přičemž válcové podélné opěrné plošky jsou opatřeny karbonovým povlakem a řezné zuby s podélnými řeznými břity a čelními řeznými břity jsou opatřeny jiným typem povlaku.

V dalším výhodném provedení jsou břitové destičky s podélnými řeznými břity a čelními řeznými břity upevněny na zubových výstupcích řezné části lepidlem.

V jiném výhodném provedení je v upínací části vystružovacího nástroje vytvořen středový kanál pro vedení chladicího a mazacího media, který vstupuje do bočních kanálů, které jsou vyústěny do zubových mezer a podélných drážek vytvořených před válcovými podélnými opěrnými ploškami ve směru pracovní rotace.

V dalším výhodném provedení je řezná část vystružovacího nástroje rozebíratelně spojená s držákem upínací části, která je upravena pro upnutí v upínacích prostředcích obráběcích strojů.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž:

obr. 1 je čelní pohled na řeznou část podle technického řešení z příkladného vystružovacího nástroje podle obr. 4, obr. 2 je detail řezného zubu,

- 2 CZ 38521 U1 obr. 3 znázorňuje řeznou část nástroje dle řezu A - A z obr. 1, obr. 4 je příkladný vystružovací nástroj s řeznou částí podle technického řešení znázorněný v částečném podélném řezu, obr. 5 je sestava skládaného vystružovacího nástroje s výměnným řezným kroužkem s řeznou částí podle technického řešení, kdy tento nástroj umožňuje vyměňovat pouze řezný kroužek a držák zůstává, obr. 6 je čelní pohled na vystružovací nástroj z obr. 5, obr. 7 je čelní pohled na výměnný řezný kroužek s řeznou částí podle technického řešení vyrobený z monobloku ze slinutého karbidu nebo cermetu, obr. 8 schematicky znázorňuje rozvinutý obvod řezné části nástroje ve směru pracovní rotace se třemi řeznými zuby s nelineárním zmenšováním vzdálenosti průsečíků podélných a šikmých řezných břitů od čelní roviny π, obr. 9 schematicky znázorňuje rozvinutý obvod řezné části nástroje ve směru pracovní rotace s pěti řeznými zuby s nelineárním zmenšováním vzdálenosti průsečíků podélných a šikmých řezných břitů od čelní roviny π, obr. 10 schematicky znázorňuje rozvinutý obvod řezné části nástroje ve směru pracovní rotace se třemi řeznými zuby s lineárním zmenšováním vzdálenosti průsečíků podélných a šikmých řezných břitů od čelní roviny π, obr. 11 schematicky znázorňuje rozvinutý obvod řezné části nástroje ve směru pracovní rotace s pěti řeznými zuby s lineárním zmenšováním vzdálenosti průsečíků podélných a šikmých řezných břitů od čelní roviny π.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je řezná část vystružovacího nástroje 1 z obr. 4, který je v tomto základním provedení vytvořen z monobloku slinutého karbidu. Na jednom konci je vytvořena upínací část 2 upravena pro upnutí v upínacích prostředcích obráběcích strojů a na druhém konci je vytvořena řezná část 3.

Na tomto obr. 1 v čelním pohledu na vystružovací nástroj 1 je nejlépe vidět, že na obvodové části 7 řezné části 3 jsou vytvořeny dvě válcové opěrné plošky 6, 6‘, mezi nimiž je úhlová rozteč 100°, a na zbývajícím obvodu řezné části 3 jsou vytvořeny tři řezné zuby 4, 4‘ a 4‘‘ s podélnými řeznými břity 9, 9‘, 9‘‘ a šikmými řeznými břity 10, 10‘, 10‘‘.

V detailu na obr. 2 je zřejmé, že podélné řezné břity 9, 9‘, 9‘‘ jsou tvořeny plochami 12 odvodu třísky a hřbety 13. Šířka hřbetů 13 je 0,1mm.

Jak je vidět na obr. 1, první řezný zub 4 je vytvořen před první válcovou ploškou 6 ve směru pracovní rotace a má nejmenší vzdálenost L průsečíku P1 (podélného řezného břitu 9 a šikmého řezného břitu 10) od čelní roviny π a poslední řezný zub 4‘‘ je vytvořen za druhou válcovou podélnou opěrnou ploškou 6‘ ve směru pracovní rotace a má největší vzdálenost L1‘‘ průsečíku P1‘‘ podélného řezného břitu 9‘‘ a šikmého řezného břitu 10‘‘ od čelní roviny π. Mezi řeznými zuby 4‘, 4 je vytvořen jeden střední řezný zub 4‘ se vzdáleností L1‘ průsečíku P1‘ podélného řezného břitu 9‘ a šikmého řezného břitu 10‘ od čelní roviny π, přičemž u jednotlivých řezných zubů 4‘, 4 ve směru pracovní rotace se vzdálenosti průsečíků P1‘, P1 podélných řezných břitů 9‘, 9 a šikmých břitů 10‘, 10 od čelní roviny π výhodně zmenšují od 0,05 do 0,2 mm od vzdálenosti L1‘‘ a vzdálenosti L2 a L2‘ mezi čelní rovinou π a průsečíky P2, P2‘ válcových opěrných plošek 6, 6‘ a náběhových ploch 5, 5‘, jsou větší o 0,5 mm než vzdálenost L1“ mezi čelní rovinou π a průsečíkem P1“.

Obě válcové podélné opěrné plošky 6, 6‘ mají stejnou kolmou vzdálenost R2 od podélné osy Q1 vystružovacího nástroje 1 a obě válcové podélné opěrné plošky 6 a 6‘ jsou opatřeny otěruvzdorným povlakem. Kolmá vzdálenost R1 podélných řezných břitů 9, 9‘, 9‘‘ je větší od kolmé vzdálenosti R2 válcových podélných opěrných plošek 6, 6‘ o 0,007 mm a délka podélných řezných břitů 9, 9‘, 9‘‘ je 6 mm. Všechny řezné zuby 4, 4‘, 4‘‘ jsou opatřeny otěruvzdorným povlakem.

- 3 CZ 38521 U1

Jak je vidět na obr. 3 a 4, v podélné ose Qi vystružovacího nástroje 1 je vytvořen slepý středový kanál 11 pro vedení chladicího a mazacího média, které vstupuje do bočních kanálů 15 a které ústí do zubových mezer 14 a do podélných drážek 21, zavlažujících podélné opěrné válcové plošky 6, 61

Na obr. 5 je vyobrazená sestava vystružovacího nástroje 1 v podélném řezu, kde je vidět držák 16, který umožňuje vyměňovat pouze řezný kroužek 19 a držák 16 zůstává.

Na obr. 6 je čelní pohled z obr. 5.

Vystružovací nástroj 1 z obr. 5 a 6 sestává z válcového držáku 16 opatřeného na jednom konci upínací částí 2 pro připojení k příslušné části upínacího prostředku a na protilehlém konci válcového držáku 16 je vytvořeno spojovací rozhraní 17 pro rozebíratelné upevnění výměnného řezného kroužku 19. Technické řešení spojovacího systému řezného kroužku 19 s držákem 16 není předmětem tohoto technického řešení, proto zde nebude blíže popsáno.

Na obr. 5, 6 a 7 jsou vidět dvě varianty řezných kroužků 19 na jejichž povrchu je vytvořeno pět řezných zubů 4, 4‘, 4‘, 4‘, 4‘‘ s podélnými a šikmými řeznými břity a s dvěma válcovými podélnými opěrnými ploškami 6, 6‘ jejichž uspořádání je schematicky znázorněné na obr. 9.

Vystružovací kroužek 19 na obr. 5 a 6 sestává z tělesa 22 vytvořeného ze slinutého karbidu, na jehož povrchu je vytvořeno pět zubových výstupků 18 a dvě podélné drážky 21, v nichž jsou připájeny vodící lišty 23 z polykrystalického diamantu, na nichž jsou vytvořeny válcové podélné opěrné plošky 6 a 6! K zubovým výstupkům 18 jsou připájeny břitové destičky 20 z kubického nitridu boru na nichž jsou vytvořeny podélné řezné břity a šikmé řezné břity.

Na obr. 7 je vyobrazený samotný výměnný řezný kroužek 19 vytvořený z monobloku slinutého karbidu s řeznou částí 3, na jejíž obvodové části 7 jsou vytvořeny dvě válcové podélné opěrné plošky 6, 6‘ a pět řezných zubů 4, 4‘,4‘, 4‘, 4‘‘ s podélnými řeznými břity a šikmými řeznými břity.

Obě varianty výměnných řezných kroužků 19 z obr. 5, 6 a 7 mají unášecí drážku 8 vytvořenou v úhlovém prostoru mezi podélnými válcovými ploškami 6, 6‘, která spolupůsobí s unášecím výstupkem 24 vytvořeným na čele držáku 16 vystružovacího nástroje 1 .

Hlavní technickou výhodou nové konstrukce, zejména monolitních řezných kroužků 19 vystružovacího nástroje 1 je ekonomicky velmi výhodná vyrobitelnost řezného kroužku 19, který lze vyrobit z polotovaru zhotoveného z práškových kovů a pojícího kovu lisováním ve formovacích lisech a dále, který lze dokončovat broušením na CNC strojích.

Další významnou technologickou výhodou je, že tvarové a rozměrové provedení řezných kroužků 19 podle nového technického řešení umožňuje ve vakuových komorách velmi výhodně nanášet otěruvzdorné povlaky oproti současně známým konstrukcím vystružovacích nástrojů, čímž se sníží výrobní náklady na povlakování min. o 50 %.

Technická řešení podle uvedených příkladů byla testována při velkosériové výrobě na moderních plně automatizovaných obráběcích strojích kde bylo prokázáno, že na technické a ekonomické výsledky vystružovacího procesu, jako je rozměrová přesnost, tvarová přesnost, kvalita povrchu obrobené plochy, trvanlivost řezných břitů, velikost pracovního posuvu a řezné rychlosti, má velký vliv vzdálenost jednotlivých průsečíků podélných a čelních řezných břitů a zároveň vzdálenost průsečíků válcových opěrných plošek a náběhových ploch od čelní roviny řezné části vystružovacího nástroje. V průběhu dlouhodobého vývoje technického řešení řezné části vystružovacího nástroje bylo odzkoušeno mnoho kombinací vzdáleností průsečíků podélných řezných břitů a průsečíků válcových opěrných ploch a obvodových uspořádání řezných břitů, kde se prokázalo nejvýhodnější popsané technické řešení, se kterým se dosáhlo velmi významných

- 4 CZ 38521 U1 technických a ekonomických výsledků oproti současně známým technickým řešením vystružovacích nástrojů.

Průmyslová využitelnost

Nové vystružovací nástroje podle technického řešení jsou výhodně využitelné pro dokončovací obrábění velmi přesných děr vysokými řeznými rychlostmi na všech CNC obráběcích strojích s vnitřním tlakovým chlazením, především na strojích plně automatizovaných, které jsou např.

uplatňovány při výrobě komponentů automobilů, letadel, zdravotnických zařízení, domácích spotřebičů, obráběcích strojů, zemědělských strojů a při mnoha dalších strojírenských výrobách, zejména při výrobě komponentů z tvárných a šedých litin lze v mnoha případech s výstružníky podle technického řešení až několikanásobně zvýšit produktivitu obrábění.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Vystružovací nástroj pro vystružování velmi přesných děr, zejména v šedých a tvárných litinách, obsahující upínací část (2) upravenou pro upnutí v upínacích prostředcích obráběcích strojů a řeznou část (3), na jejíž obvodové části jsou vytvořeny nejméně dvě válcové podélné opěrné plošky (6, 6‘) s úhlovou roztečí 60° až 160°, a na zbývajícím obvodu řezné části jsou vytvořeny nejméně tři řezné zuby (4, 4‘, 4“) s podélnými řeznými břity (9, 9‘, 9“) a se šikmými řeznými břity (10, 10‘, 10“), přičemž první válcová podélná opěrná ploška (6) je vytvořena za prvním řezným zubem (4) ve směru pracovní rotace a druhá válcová podélná opěrná ploška (6‘) je vytvořena před posledním řezným zubem (4“) ve směru pracovní rotace, vyznačující se tím, že u prvního řezného zubu (4) je vzdálenost (L1) průsečíku (Pí), tedy podélného řezného břitu (9) a šikmého řezného břitu (10), od čelní roviny (π) nejmenší a u posledního řezného zubu (4“) je vzdálenost (Li“) průsečíku (P1“) podélného řezného břitu (9“) a šikmého řezného břitu (10“) od čelní roviny (π) největší a mezi prvním řezným zubem (4) a posledním řezným zubem (4“) je vytvořen nejméně jeden střední řezný zub (4‘) se vzdáleností (L1‘) průsečíku (P1‘) podélného řezného břitu (9‘) a šikmého řezného břitu (10‘) od čelní roviny (π), přičemž u jednotlivých řezných zubů, středního řezného zubu (4‘) a prvního řezného zubu (4) se vzdálenosti (L1‘, Li) průsečíků (P1‘, Pí) podélných řezných břitů (9‘, 9) a šikmých řezných břitů (10‘, 10) od čelní roviny (π) ve směru pracovní rotace zmenšují od poslední vzdálenosti (L1‘‘) průsečíku (P1‘‘) podélného řezného břitu (9‘‘) a šikmého řezného břitu (10‘‘) od čelní roviny (π) a první vzdálenost (L2) a druhá vzdálenost (L2’) průsečíků (P2, P2’) vnějších hran válcových podélných opěrných plošek (6, 6‘) a náběhových ploch (5, 5‘) od čelní roviny (π) jsou větší nejméně o 0,2 mm než poslední vzdálenost (Li“) průsečíku (P1“) podélného řezného břitu (9‘‘) a šikmého řezného břitu (10‘‘) od čelní roviny (π).
2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že u středního a prvního řezného zubu (4‘, 4) se vzdálenosti (L1‘, L1) průsečíků (P1‘, P1) podélných řezných břitů (9‘, 9) a šikmých řezných břitů (10‘, 10) od čelní roviny (π) ve směru pracovní rotace zmenšují od vzdálenosti (Li“) průsečíku (P1‘‘) podélného řezného břitu (9‘‘) a šikmého řezného břitu (10‘‘) u posledního řezného zubu (4‘‘) nelineárně.
3. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že u středního a prvního řezného zubu (4‘, 4) se vzdálenosti (L1‘, L1) průsečíků (P1‘, P1) podélných řezných břitů (9‘, 9) a šikmých řezných břitů (10‘, 10) od čelní roviny (π) ve směru pracovní rotace zmenšují od vzdálenosti (Li“) průsečíku (P1‘‘) podélného řezného břitu (9‘‘) a šikmého řezného břitu (10‘‘) u posledního řezného zubu (4‘‘) lineárně.
4. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že podélné řezné břity (9, 9‘ a 9‘‘) jsou tvořeny hřbetem (12) a plochou odvodu třísky (13) výhodně širokou 0,05 až 0,2 mm.
5. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že obě válcové podélné opěrné plošky (6, 6‘) mají stejnou kolmou vzdálenost (R2) od podélné osy (Q1), přičemž kolmá vzdálenost (R1) podélných řezných břitů (9, 9‘ a 9‘‘) je větší oproti uvedené kolmé vzdálenosti (R2) výhodně o 0,005 až 0,010 mm.
6. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že válcové podélné opěrné plošky (6, 6‘) jsou vytvořeny z materiálu, jehož koeficient tření v kombinaci s obráběným materiálem je optimálně 0,05 až 0,2.
7. Nástroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že válcové podélné opěrné plošky (6, 6‘) jsou vytvořeny ze skupiny materiálů, kterým je polykrystalický diamant, cermet, keramika a řezné zuby (4, 4‘, 4‘‘) s podélnými řeznými břity (9, 9‘, 9‘‘) a šikmými břity (10,10‘, 10‘‘) jsou vytvořeny ze skupiny materiálů, kterým je kubický nitrid boru, polykrystalický diamant, cermet.
8. Nástroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že řezná část (3) vystružovacího nástroje (1) je kompletně vyrobena z monolitu slinutého karbidu, přičemž válcové podélné opěrné plošky (6, 6‘)

- 6 CZ 38521 U1 jsou opatřeny otěruvzdorným povlakem a řezné zuby (4, 4‘, 4‘‘) s podélnými řeznými břity (9, 9‘, 9‘‘) a šikmými řeznými břity (10, 10‘, 10‘‘) jsou opatřeny jiným typem povlaku.
9. Nástroj podle nároku 7, vyznačující se tím, že břitové destičky (20) s podélnými řeznými břity (9, 9‘, 9‘‘) a šikmými řeznými břity (10, 10‘, 10‘‘) jsou upevněny na zubových výstupcích (18) řezné 5 části (3) lepidlem.
10. Nástroj podle libovolného z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v upínací části (2) vystružovacího nástroje (1) je vytvořen středový kanál (11) pro vedení chladicího a mazacího media, který vstupuje do bočních kanálů (15), které jsou vyústěny do zubových mezer (14) a podélných drážek (21) vytvořených před válcovými podélnými opěrnými ploškami (6, 6‘) ve směru pracovní

10 rotace.
11. Nástroj podle libovolného z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že řezná část (3) vystružovacího nástroje (1) je rozebíratelně spojená s držákem (16) upínací části (2), která je upravena pro upnutí v upínacích prostředcích obráběcích strojů.