PL163541B1 - Wkladka tnaca, zwlaszcza freza walcowo czolowego PL PL - Google Patents

Abstract

uchwycie jako co najmniej jedna wymienna umie- szczona obwodowo posiada boczna krawedz tnaca utworzona pomiedzy powierzchnia g ó r na wkladki i jej boczna podcieta powierzchnia przylozenia oraz boczna krawedz podstawy, utworzona pomiedzy boczna powierzchnia przylozenia i powierzchnia podstawy, znamienna tym, ze boczna podcieta powierzchnia przylozenia (26) wkladki (21) zawiera dwie powierzchnie skladowe (31', 31") przecinajace sie wzdluz linii (32) przebiegajacej wzdluz powierz- chni (26) pomiedzy punktem (33') lezacym w polo- zeniu posrednim pomiedzy dolna (22) i górna (23) powierzchnia wkladki (21) w poblizu jej prowadza- cej czesci i punktem (33") okreslonym przez punkt przeciecia sie linii (32) z krawedzia tnaca (27) wkladki (21) w poblizu jej tylnego konca, przy czym powierzchnie skladowe (31', 31") ma plaskie i roz- mieszczone wzgledem siebie pod katem, zachowu- jacym kat natarcia ( y A) w przedniej prowadzacej czesci wkladki (21) okreslony w stosunku do cylindrycznego uchwytu (24) w zakresie identy- cznym do kata natarcia (yB) w poblizu tylnego konca wkladki (21). F ig . 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wkładka tnąca freza, zwłaszcza walcowo czołowego, zawierającego cylindryczny uchwyt, na którego obrzeżu usytuowane jest jedno lub więcej wgłębień służących do jej montażu w odpowiadającej im ilości wymiennych wkładek tnących, natomiast każde z tych wgłębień dodatkowo przeznaczone jest do odprowadzania wiórów.

Znane są wkładki tnące stosowane we frezach obrotowych zazwyczaj posiadają kształt graniastosłupa o płaskiej podstawie, z której wychodzą powierzchnie boczne z bocznie podciętymi powierzchniami przyłożenia określone przecinającymi się z powierzchniami górnymi wkładki. Wkładka tnąca zawiera co najmniej jedną krawędź tnącą określona za pośrednictwem przecięcia powierzchni górnej wkładki i jej bocznej powierzchni przyłożenia. Wkładka tnąca jest umocowana korzystnie w głowicy freza, a jej krawędź tnąca usytuowana jest w obrębie drogi skrawania głowicy oraz jest nachylona w stosunku do osi obrotu freza o osiowy kąt natarcia. Wielkość osiowego kąta natarcia ma bezpośredni wpływ na stabilność pracy narzędzia oraz na trwałość ostrza tnącego

Korzystnie wkładka tnąca jest usytuowana z zachowaniem maksymalnego kąta natarcia nie wpływającego na strukturalne osłabienie narzędzia.

Kąty natarcia stosowane dla wkładek tnących we frezarkach walcowo czołowych są relatywnie duże w porównaniu z kątem natarcia frezarek stacjonarnych, stąd średnica frezowania jest niewielka. Obróbka materiałów o dużej plastyczności, np. takich jak aluminium wymaga stosowania jeszcze większego kąta natarcia w porównaniu ze wskazanymi np. do obóróki elementów stalowych. Wzrost kąta natarcia może jednakże prowadzić do osłabienia krawędzi tnącej, w konsekwencji czego wielkość kąta natarcia jest ograniczona. Z drugiej strony zmniejszenie wielkości kąta natarcia prowadzi do wzrostu zużycia powierzchni wkładki w kontakcie z detalem obrabianym, narzucając w ten sposób dolny zakres graniczny kąta natarcia, który jest zdeterminowany rodzajem materiału obrabianego, rodzajem materiału krawędzi tnącej i średnicą obszaru ścieżki frezowania.

163 541

Frezowanie materiałów twardych wymaga stosowania kąta natarcia zawartego w granicach od 12°-20° dla frezów ze stali szybko tnącej i 8°-12° z węglików spiekanych. Przy materiałach takich jak stal miękka lub żeliwo itp. możliwe jest stosowanie kąta natarcia równego 20°.

W przypadku znanego freza walcowo czołowego usytuowanie wkładki tnącej i osiowy kąt jej pochylenia w stosunku do osi obrotu freza oraz kąt natarcia krawędzi tnącej w jej prowadzącej części są znacznie większe niż w obszarze przeciwległej końcowej części krawędzi tnącej.

Relatywnie mniejszy kąt natarcia w końcowej części stanowi faktycznie minimalny kąt natarcia krawędzi tnącej, który powinien być chowany w części prowadzącej w zakresie optymalnym nie prowadzącym do zwiększenia niebezpieczeństwa osłabienia krawędzi w tym obszarze a tym samym do zmniejszenia okresu trwałości narzędzia.

W opisie German Gebrauchsmuster No 6 89 15 088.0 (MINA) przedstawiona jest wkładka tnąca frezu obrotowego o bocznej ścianie przyłożenia podzielonej na wiele powierzchni składowych, położonych względem siebie pod pewnym kątem. Zgodnie z projektem Mina przyczyną podziału bocznej ściany przyłożenia w ten sposób było zastosowanie głowic frezów obrotowych o wkładkach umożliwiających relatywne zwiększenie osiowego i promieniowego kąta natarcia (uważa się, że zwiększenie tych kątów powoduje wzrost efektywności frezowania).

Wraz ze wzrostem osiowego kąta natarcia, końcowe partie wkładki tnącej zbliżają się do ścieżki skrawania głowicy na skutek czego wzrasta niebezpieczeństwo zetknięcia się krawędzi podstawy wkładki z detalem obrabianym co w konsekwencji zakłóciłoby proces obróbki. Projekt Mina pozwala na uniknięcie tego zagrożenia, zadowalające się jednocześnie korzyściami płynącymi ze wzrostu osiowego kąta natarcia, dzięki ukształtowaniu bocznej powierzchni przyłożenia z powierzchni składowych w ten sposób, że dolna powierzchnia sąsiadująca z krawędzią podstawy leży w stosunku do górnej powierzchni sąsiadującej z krawędzią tnącą pod kątem zapewniającym cofnięcie krawędzi podstawy wkładki w stosunku do ścieżki skrawania głowicy.

W przypadku wkładki tnącej przedstawionej w obecnym opisie, powierzchnia składowa bocznej powierzchni przyłożenia sąsiadująca z krawędzią tnącą, dobrana jest w ten sposób, że boczny kąt natarcia (określony względem cylindrycznego uchwytu) jest jednakowy na całej długości krawędzi tnącej wkładki zapewniając korzyści wymienione w specyfikacji.

Celem rozwiązania według wynalazku jest wyeliminowanie niedogodności występujących w znanych rozwiązaniach tego typu frezów.

Wkładka tnąca, zwłaszcza freza walcowo czołowego, umieszczona w jego cylindrycznym uchwycie jako co najmniej jedna wymienna umieszczona obwodowo posiada boczną krawędź tnącą utworzoną pomiędzy powierzchnią górną tej wkładki i jej boczną podciętą powierzchnią przyłożenia oraz boczną krawędź podstawy, utworzoną pomiędzy boczną powierzchnią przyłożenia i powierzchnią podstawy. W rozwiązaniu według wynalazku boczna podcięta powierzchnia przyłożenia wkładki zawiera dwie powierzchnie składowe przecinające się wzdłuż linii przebiegającej wzdłuż powierzchni pomiędzy punktem leżącym w położeniu pośrednim pomiędzy dolną i górną powierzchnią wkładki w pobliżu jej prowadzącej części oraz punktem określonym przez punkt przecięcia się linii z krawędzią tnącą wkładki w pobliżu jej tylnego końca. Powierzchnie składowe ma płaskie i rozmieszczone względem siebie pod kątem, zachowującym kąt natarcia w przedniej prowadzącej części wkładki określony w stosunku do cylindrycznego uchwytu w zakresie identycznym do kąta natarcia w pobliżu tylnego końca wkładki.

Wkładka według wynalazku na przeciwległych jej stronach, zawiera dwie krawędzie tnące utworzone pomiędzy odpowiednimi, bocznymi podciętymi krawędziami przyłożenia i powierzchnią górną tej wkładki składające się każda z dwóch powierzchni składowych, które przecinają się wzdłuż linii o przeciwnym spadku.

Wkładka zawiera dodatkowo przednią i tylną krawędź tnącą utworzoną pomiędzy, odpowiednio przednią i tylną powierzchnią boczną oraz powierzchnią górną wkładki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typową głowicę frezową w widoku z boku, fig. 2 - uproszczony schemat fragmentu głowicy frezarskiej przedstawiający położenie typowej wkładki tnącej w stosunku do cylindrycznego uchwytu frezowanego w widoku z boku, fig. 3 - wkładka tnąca z nałożonym śladem ścieżki skrawania w przekroju wzdłuż linii III-III z fig. 2, fig. 4- wkładka tnąca w przekroju wzdłuż linii IV-IV z fig. 2, fig. 5 - uproszczony schemat fragmentu głowicy frezowej z zamontowaną wkładką tnącą w widoku z boku, fig.6 - wkładka tnąca w widoku z dołu, fig.7 - wkładka tnąca w

163 541 widoku z góry, fig. 8 - wkładka tnąca w widoku z boku, fig. 9 i 10 - odpowiednio przedstawiają wkładkę tnącą z fig. 8 w przekrojach, wzdłuż linii IX-IX i X-X, fig. 11, 12 i 13 odpowiednio, przedstawiają wkładkę tnącą z fig. 5 w przekroju, odpowiednio wzdłuż linii XI-XI, XII-XII i XII-XII oraz ślad ścieżki skrawania w danych przekrojach.

Na rysunku figurze 1 uwidoczniona jest w przykładzie wykonania głowica frezerska, do której odnosi się przedstawione rozwiązanie według wynalazku. Frez zawiera cylindryczny uchwyt 1, w którym wykonane są równomiernie rozmieszczone wokół obwodu wgłębienia 2 zaopatrzone w podstawy 3, na których montowana jest rozłącznie wymienna, wykonana z twardego metalu wkładka tnąca 4. Pozostała część wgłębienia 2 tworzy przestrzeń 5 służącą do odprowadzania wiórów. Uchwyt mocowany jest w obrabiarce (nie przedstawionej) tak aby oś obrotu obrabiarki pokrywała się z osią obrotu freza 6.

Na figurze 2 uwidoczniona jest w przykładzie wykonania wkładka tnąca 11 zamontowana jest w odpowiednim wgłębieniu 2 cylindrycznego uchwytu 1 i usytuowana wydłużoną krawędzią tnącą 12 równoległą do krawędzi 13 wkładki 11. Kierunek położenia krawędzi tnącej 12 i osi obrotu 6 określają kąt a.

Na figurze 3 i 4 przedstawione są w przekroju wkładki tnące 11 (wzdłuż linii III-III i IV-IV leżących odpowiednio w prowadzącej i tylnej części wkładki tnącej) oraz nałożone ścieżki skarawania odpowiadające punktom krawędzi tnącej 12 leżącym na wymienionych przekrojach. Wkładka tnąca 11 uformowana jest z powierzchni bocznej 14 i nachylonej powierzchni 15 stanowiącej część wydłużonego rowka wiórowego 16. Krawędź tnąca 12 utworzona jest na skutek przecięcia powierzchni 14,15, a przekroje III-III i IV-IV przecinają krawędź 12 odpowiednio w punktach 12', 12 przedstawionych na fig. 3 i fig. 4.

Podczas obrotu freza, punkt 12' leżący na krawędzi tnącej 12 przemieszcza się po okręgu 17' z fig. 3 a punkt 12 po okręgu 17 z fig.4 kąt natarcia y' jest określany pomiędzy powierzchnią 14 i styczną 19' do okręgu 17' w punkcie 12' z fig. 3. Kąt natarcia y' z fig. 4 określany jest pomiędzy powierzchnią 14 i styczną 19.

Kąt y fig. 3 i 4, reprezentuje kąt natarcia w tylnej części wkładki, jest kątem o optymalnym, minimalnym zakresie a odpowiadający mu kąt y' (z fig. 3, stanowi o dużym zakresie wartości rozmieszczonym w sterfie wkładki narażonej na działanie sił tnących o największych wartościach. Duży kąt natarcia może powodować osłabienie krawędzi tnącej i zwiększać tym samym możliwość jej pęknięcia.

Z przykładu wykonania przedstawionego na fig. 5,6,7 wynika, że wkładka tnąca 21 zamontowana jest na podstawie 21a ukształtowanej wewnątrz wgłębienia 21b usytuowanego zewnątrz uchwytu 21c. Wkładka 21 jest zamontowana pod kątem α względem wzdłużnej osi uchwytu freza i jak to przedstawiono na fig.6 i 7 składa się z powierzchni górnej 22, powierzchni podstawy 23 przedniej i tylnej powierzchni bocznej 24, 25 oraz bocznych powierzchni przyłożenia 26a, 26b. Boczne krawędzie tnące 27a, 27b utworzone są odpowiednio na przecięciu bocznych powierzchni przyłożenia 26a, 26b i powierzchni górnej 22 wkładki tnącej 21. Powierzchnie boczne 26a, 26b tworzą również krawędzie podstawy 23a, 23b na przecięciu z powierzchnią podstawy 23. Przednia i tylna krawędź tnąca 28,29 utworzone są na przecięciu przedniej i tylnej powierzchni bocznej 24,25 z powierzchnią górną 22. Otwór centralny 30 służy mocowaniu przy pomocy śruby wkładki 21 do uchwytu 21c. Boczna ściana 26a zawiera dwie składowe boczne powierzchni przyłożenia 31'a i 31a przecinające się wzdłuż linii 32a łączącej punkt 33' położony w pobliżu prowadzącego końca wkładki i punkt 33 położony na krawędzi tnącej 27a w pobliżu tylnego końca wkładki 21.

Obie boczne powierzchnie 31'a, 31a są płaskie i nachylone względem siebie o pewien kąt. W podobny sposób, boczna powierzchnia 26b składa się z dwóch bocznych powierzchni przyłożenia 31'b, 31b przecinających się wzdłuż lini 32b z tym, że kierunek spadku linii 32bjest przeciwny do kierunku spadku linii 32a. Na fig. 9 przedstawiono w przykładzie wykonania wkładkę 21 w przekroju wzdłuż linii IX-IX, na której uwidocznione są wyraźnie powierzchnie składowe bocznej powierzchni przyłożenia podczas gdy na fig. 10 uwidoczniona jest wkładka w przekroju wzdłuż linii X-X przechodzącej przez punkt 33 leżący na przecięciu linii 32a i krawędzi tnącej 27a z zaznaczoną jednolitą boczną powierzchnią przyłożenia, której nachylenie w tym punkcie jest równe nachyleniu bocznej powierzchni składowej.

Kąt natarcia yA z fig. 11 określany jest pomiędzy boczną powierzchnią składową 31'a i styczną 35a do toru przemieszczania 36a punktu 37a w tym obszarze, w którym wysokość ha bocznej powierzchni składowej 31'a jest maksymalna. Podobnie kąt Yb (fig. 12) określany jest pomiędzy powierzchnią składową 31'a i styczną 35b w punkcie 37b.

163 541

Wysokość hb powierzchni 31'a jest w tym punkcie mniejsza niż ha. W punkcie 37c w pobliżu tylnego końca wkładki 21 kąt natarcia yc jest określony pomiędzy jednolitą powierzchnią składową 31a i styczną 35c, a powierzchnią 31'a nie występuje już w tym obszarze. Kąt natarcia /a bocznej powierzchni składowej dobrany jest w prowadzącej części wkładki 21 w ten sposób, aby był równy kątowi yC w końcowej części wkładki, dzięki czemu krawędź tnąca w prowadzącej części wkładki jest odpowiednio wzmocniona, co umożliwia przenoszenie przez nią znacznych sił tnących oddziaływujących na jej prowadzącą część. Gdy /a równy jest w przybliżeniu /b w pośrednich punktach krawędzi tnącej jest mniejszy niż /a i yc. Pomimo tego wybór kąta natarcia, w prowadzącej części krawędzi tnącej narażonej na działanie największych sił tnących, o wartości równej wartości kąta natarcia w końcowej części wkładki ma znaczący wpływ na wzmocnienie najbardziej wrażliwych na zniszczenie części krawędzi tnącej w konsekwencji na przedłużenie trwałości narzędzia.

Figury 11,12,13 pokazują, że za pomocą górnej bocznej powierzchni składowej 31'a, można zapewnić stosunkowo duży promieniowy kąt natarcia wkładki bez jednoczesnego osłabienia prowadzącej części wkładki narażonej na działanie największych sił i naprężeń.

W celu określenia parametrów wymaganych do zaprojektowania bocznej powierzchni przyłożenia i jej powierzchni składowych oraz uzyskania efektów wymienionych powyżej należy uwzględnić następujące czynniki: (i) wstępną średnią średnicę frezowania Da; (ii) wstępny osiowy kąt natarcia ao; (iii) minimalny kąt natarcia yM (determinowany charakterystyką zużycia wkładki tnącej i materiału detalu obrabianego).

Optymalny kąt natarcia yo określany jest na podstawie tych czynników i jest to jednocześnie kąt natarcia w tylnej części wkładki tnącej (w obecnym przypadku yc) w konkretnym przykładzie

Da“ 40mm ao = 75° yM = 6°

Podczas gdy podstawa 23 przednia i tylna boczna powierzchnia 24 i 25 oraz boczne ściany składowe 31a, 31b zachowują kształt symetryczny to jak przedstawiono w przykładzie wykonania z fig. 6 powierzchnia górna 22 krawędzie tnące 27a, 27b i boczne powierzchnie składowe 31'a, 317) są skręcone w stosunku do podstawy 23 stąd na fig. 7 linia 41'a odpowiada oryginalnym zarysom podstawy 23 jest przesunięta w stosunku do zaznaczonej przerywanej linii 41a.

Podobnie, jak pokazano na fig. 9 linia przerywana 42 odpowiadająca pierwotnemu zarysowi powierzchni bocznej jest przesunięta w stosunku do równoległej bocznej powierzchni składowej 31a i nie równoległej bocznej powierzchni, składowej 31'a. Dzięki utrzymaniu standardowego kształtu podstawy i dolnej bocznej powierzchni podstawy zmodyfikowania wkładka tnąca może być stosowana w typowych uchwytach.

Co więcej pomimo, że opis wynalazku dotyczy wkładek tnących posiadających dwie boczne krawędzie tnące jak również przednią i tylną krawędź tnącą to może on być stosowany również w przypadku wkładek tnących o jednej krawędzi tnącej.

16:3541

Figu 13

Π—«J ¹ ϊ—J _ _

KĘS 9 tfig' 10

jfcjf®.’ S

Ł

Jiasb <

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wkładka tnąca, zwłaszcza freza walcowo czołowego, umieszczona w jego cylindrycznym uchwycie jako co najmniej jedna wymienna umieszczona obwodowo posiada boczną krawędź tnącą utworzoną pomiędzy powierzchnią gróną wkładki i jej boczną podciętą powierzchnią przyłożenia oraz boczną krawędź podstawy, utworzoną pomiędzy boczną powierzchnią przyłożenia i powierzchnią podstawy, znamienna tym, że boczna podcięta powierzchnia przyłożenia (26) wkładki (21) zawiera dwie powierzchnie składowe (31', 31) przecinające się wzdłuż linii (32) przebiegającej wzdłuż powierzchni (26) pomiędzy punktem (33') leżącym w położeniu pośrednim pomiędzy dolną (22) i górną (23) powierzchnią wkładki (21) w pobliżu jej prowadzącej części i punktem (33) określonym przez punkt przecięcia się linii (32) z krawędzią tnącą (27) wkładki (21) w pobliżu jej tylnego końca, przy czym powierzchnie składowe (31', 31) ma płaskie i rozmieszczone względem siebie pod kątem, zachowującym kąt natarcia (/a) w przedniej prowadzącej części wkładki (21) określony w stosunku do cylindrycznego uchwytu (24) w zakresie identycznym do kąta natarcia (/b) w pobliżu tylnego końca wkładki (21).
2. 2. Wkładka według zastrz. 1, znamienna tym, że na przeciwległych stronach wkładki (21), zawiera dwie krawędzie tnące (27a, 27b), utworzone pomiędzy odpowiednimi, bocznymi podciętymi krawędziami przyłożenia (31a, 31b) i powierzchnią górną (22) wkładki (21) składające się każda z dwóch powierzchni składowych (31'a, 31a, 31'b, 31b), które przecinają się wzdłuż linii (32a, 32b) o przeciwnym spadku.
3. 3. Wkładka według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera dodatkowo przednią i tylną krawędź tnącą (28, 29) utworzoną pomiędzy, odpowiednio przednią i tylną powierzchnią boczną (24, 25) oraz powierzchnią górną (22) wkładki (21).