PL220295B1

PL220295B1 - Vibration damper for use in the body of cutting tool

Info

Publication number: PL220295B1
Application number: PL400973A
Authority: PL
Inventors: Paweł Biłous
Original assignee: Ferrpol Bracia Matuszewscy Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2015-10-30
Also published as: PL400973A1

Abstract

Tłumik drgań do korpusu narzędzia skrawającego, mający postać co najmniej jednego wgłębienia, utworzonego w korpusie narzędzia skrawającego, które jest wypełnione materiałem tłumiącym, charakteryzuje się tym, że wgłębienie posiada co najmniej jedno przewężenie, którego geometria jest opisywana parametrami, takimi jak kąt α, który stanowi kąt zawarty pomiędzy osią symetrii otworu, a ścianą przewężenia, oraz promień R wierzchołka przewężenia, przy czym kąt α jest zawarty w zakresie od 25 do 40°, promień R wynosi od 0,5 do 6 mm, a materiałem tłumiącym jest metal nieżelazny lub stop metali nieżelaznych.A vibration damper for the cutting tool body, having the form of at least one recess formed in the cutting tool body, which is filled with a damping material, is characterized in that the recess has at least one narrowing, the geometry of which is described by parameters such as the angle α, which is the angle between the axis of symmetry of the opening and the wall of the narrowing, and the radius R of the top of the narrowing, where the angle α is in the range from 25 to 40°, the radius R is from 0.5 to 6 mm, and the damping material is a non-ferrous metal or non-ferrous metal alloy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest tłumik drgań znajdujący zastosowanie w korpusach narzędzi skrawających.The subject of the invention is a vibration damper for use in the bodies of cutting tools.

Zadaniem tłumika jest zmniejszenie drgań przenoszonych z płytek skrawających na korpus narzędzia podczas obróbki skrawaniem, co znacznie poprawia jakość obróbki skrawaniem, a także wydłuża czas „życia” stosowanych narzędzi.The task of the damper is to reduce vibrations transmitted from the cutting inserts to the tool body during machining, which significantly improves the quality of machining, and also extends the "life" of the tools used.

W dziedzinie stosowanych jest wiele rozwiązań mających na celu zmniejszenie drgań podczas obróbki. I tak, firma Mitsubishi stosuje rozwiązanie polegające na wykorzystaniu trzonka narzędzia wykonanego z węglika, do którego dołączona jest końcówka z nożem. Trzonek z węglika jest o wiele bardziej sztywny niż stal lub stopy stali, natomiast końcówka ma małą masę, co w połączeniu powoduje zmniejszenie drgań na pewnej długości w stosunku do tradycyjnego narzędzia. Inny sposób ujawniono w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nr WO 2000/047408 A1, a także w europejskim opisie patentowym nr EP 1 339 516 B1, w których opisano urządzenia skrawające wykorzystujące elementy piezoelektryczne do tłumienia drgań.There are many solutions in the field to reduce vibrations during machining. For example, Mitsubishi uses a carbide shank with a cutter tip attached to it. The carbide shank is much stiffer than steel or steel alloys, while the tip has a low weight, which in combination reduces vibration over a certain length compared to a traditional tool. Another method is disclosed in International Patent Application No. WO 2000/047408 A1 as well as European Patent No. EP 1 339 516 B1, which describes cutting devices using piezoelectric elements to damp vibrations.

Firma Sandvik stosuje w korpusach narzędzi tłumik olejowy z dodatkową masą, która przesuwając się wzdłuż narzędzia działa analogicznie jak amortyzator w samochodzie. Takie rozwiązanie tłumi drgania, powodując opóźnienie ich wystąpienia.Sandvik uses an oil damper in the tool bodies with an additional mass that, as it moves along the tool, acts like a damper on a car. This solution dampens vibrations, delaying their occurrence.

Znane są także rozwiązania, w których stosowane są korpusy narzędzia wypełnione materiałem tłumiącym. I tak, firma Maier jako materiał tłumiący stosuje włókna szklane. Rozwiązanie to polega na utworzeniu otworu walcowego wzdłuż osi narzędzia i wypełnieniu go włóknem szklanym. Opisano także urządzenia wykorzystujące do tłumienia drgań masę elastyczną (US 6,357,731 B1), tłumiące elementy gumowe (EP 1 303 710 B1), nieściśliwy płyn oraz sterowany elektromagnetycznie element regulujący ciśnienie płynu w komorze (US 6,588,737 B2), materiał kompozytowy składający się z gumy butylowej i cząstek węgla (US 7,306,082 B2) czy gumę lub tworzywo sztuczne (EP 1 568 913 B1).There are also known solutions in which tool bodies filled with damping material are used. And so, Maier uses glass fibers as the damping material. This solution consists in creating a cylindrical bore along the axis of the tool and filling it with glass fiber. Also described are devices using an elastic mass for damping vibrations (US 6,357,731 B1), damping rubber elements (EP 1 303 710 B1), an incompressible fluid and an electromagnetically controlled element regulating the pressure of the fluid in the chamber (US 6,588,737 B2), a composite material consisting of butyl rubber and carbon particles (US 7,306,082 B2) or rubber or plastic (EP 1 568 913 B1).

Dodatkowo, w chińskich opisach wzorów użytkowych nr CN 201528153 U, CN 201817930 U i CN 201851574 U ujawniono urządzenia tłumiące drgania/absorbery drgań wykorzystujące rdzeń z ołowiu jako element tłumiący drgania.Additionally, Chinese utility model descriptions No. CN 201528153 U, CN 201817930 U and CN 201851574 U disclose vibration damping devices / vibration absorbers using a lead core as a vibration damping element.

Ze względu na ciągły rozwój techniki i związaną z nim nieustającą potrzebę konstruowania korpusów narzędzi skrawających, zwłaszcza niestandardowych typów do wytwarzania różnych detali o rozmaitych kształtach i gabarytach, w dziedzinie istnieje zapotrzebowanie na opracowanie uniwersalnego mechanizmu tłumienia drgań w korpusach narzędzi skrawających, który będzie można wykorzystywać w różnych typach korpusów o rozmaitych rozmiarach, bez znaczącego zwiększania objętości korpusu narzędzia i jednocześnie przy zminimalizowaniu ilości stosowanych narzędzi.Due to the continuous development of technology and the related need to construct bodies of cutting tools, especially non-standard types for the production of various details of various shapes and sizes, there is a need in the art to develop a universal vibration damping mechanism in the bodies of cutting tools that can be used in different types of bodies of various sizes, without significantly increasing the volume of the tool body and at the same time minimizing the number of tools used.

Dlatego też, celem niniejszego wynalazku było opracowanie konstrukcji tłumika drgań do zastosowania w korpusie narzędzia skrawającego, zwłaszcza niestandardowego, o dowolnym kształcie i wymiarach, bez znaczącego zwiększania jego objętości, który będzie z nim zintegrowany, będzie miał stosunkowo prostą i kompaktową budowę, będzie łatwy w wytwarzaniu przy użyciu niedrogich materiałów, a także będzie charakteryzował się wysoką skutecznością w tłumieniu drgań.Therefore, the object of the present invention was to develop a vibration damper structure for use in the body of a cutting tool, especially a non-standard one, of any shape and dimensions, without significantly increasing its volume, which will be integrated with it, will have a relatively simple and compact structure, will be easy to handle. manufactured using inexpensive materials, and will also be highly effective in damping vibrations.

Cel ten osiągnięto poprzez skonstruowanie tłumika drgań wbudowanego w korpus narzędzia skrawającego, mającego postać, co najmniej jednego wgłębienia utworzonego w korpusie narzędzia skrawającego, które jest wypełnione materiałem tłumiącym, charakteryzującego się tym, że wymienione wgłębienie posiada, co najmniej jedno przewężenie, którego geometria jest opisywana następującymi parametrami:This object has been achieved by constructing a vibration damper built into the body of the cutting tool, having the form of at least one recess formed in the body of the cutting tool, which is filled with damping material, characterized in that said recess has at least one restriction, the geometry of which is described. with the following parameters:

kąt a, który stanowi kąt zawarty pomiędzy osią symetrii otworu a ścianą przewężenia;angle α, which is the angle between the symmetry axis of the opening and the throat wall;

- promień R wierzchołka przewężenia;- radius R of the constriction apex;

przy czym:wherein:

- kąt a jest zawarty w zakresie od 25 do 40°;- angle? is in the range from 25 to 40 °;

- promień R wynosi od 0,5 do 6 mm; a- the radius R is from 0.5 to 6 mm; and

- materiałem tłumiącym jest metal nieżelazny lub stop metali nieżelaznych.- the damping material is a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy.

Korzystnie, ściana przewężenia jest załamana w miejscu znajdującym się na odcinku od około połowy jej długości do wierzchołka przewężenia pod kątem odpowiadającym różnicy kątów a i β, przy czym kąt β zawiera się w przedziale od 15 do 17°.Preferably, the throat wall is broken at a position from about half its length to the apex of the throat at an angle corresponding to the difference of angles a and β, the angle β being in the range of 15 to 17 °.

Korzystnie, wymienione wgłębienie jest równoległe do osi podłużnej korpusu narzędzia skrawającego i może rozciągać się na całej długości korpusu albo na jej części.Preferably, said recess is parallel to the longitudinal axis of the cutting tool body and may extend over the entire length of the body or over parts thereof.

PL 220 295 B1PL 220 295 B1

Korzystnie, wymienione wgłębienie ma postać pierścienia otaczającego oś podłużną korpusu narzędzia skrawającego, rozciągającego się na całej długości korpusu albo na jej części.Preferably, said recess is in the form of a ring surrounding the longitudinal axis of the cutting tool body, extending over the entire length of the body or over a part thereof.

Korzystnie, kąt a jest zawarty w zakresie od 30 do 34°.Preferably, the angle [alpha] is in the range 30 to 34 [deg.].

Korzystnie, promień R wynosi od 1 do 5 mm.Preferably, the radius R is from 1 to 5 mm.

Korzystnie, jako metal nieżelazny stosuje się cynę, cynk, ołów oraz ich stopy.Preferably, tin, zinc, lead and their alloys are used as the non-ferrous metal.

Według wynalazku, częścią integralną korpusu narzędzia jest tłumik drgań, który jest wbudowany na stałe w korpus narzędzia. Specjalna konstrukcja tłumika powoduje zmniejszenie drgań narzędzia podczas obróbki skrawaniem, tym samym wpływając na poprawę parametrów skrawania oraz zwiększenie żywotności płytek w porównaniu do standardowych narzędzi skrawających. Tłumik stanowi z korpusem jedną całość. Umieszczony jest on wzdłuż narzędzia w pewnej odległości od zewnętrznego obrysu korpusu narzędzia. Tłumik może być zorientowany na pewnym jego odcinku lub całości długości wewnątrz korpusu narzędzia. Cechą szczególną tłumika jest jego geometria, która posiada charakterystyczne kątowe przewężenie. Przewężenie w zależności od typu narzędzia może występować również w postaci wielokrotnej. Materiałem przeznaczonym na tłumik mogą być metale nieżelazne, które charakteryzują się właściwościami tłumiącymi drgania. Materiały te można stosować w konstrukcjach tego typu ze względu na ich odpowiednią sprężystość i plastyczność. Głównym czynnikiem odpowiedzialnym za tłumienie drgań jest specjalnie wyprofilowana geometria tłumika oraz jego umiejscowienie w korpusie narzędzia. Geometria tłumika posiada szczelinowe przewężenie, które w zależności od typu narzędzia może występować również w postaci wielokrotnej. Cechą charakterystyczną tego przewężenia są powierzchnie uformowane kątowo i zaokrąglone na grzbiecie przewężenia.According to the invention, an integral part of the tool body is a vibration damper which is permanently built into the tool body. The special design of the damper reduces vibrations of the tool during machining, thus improving the cutting parameters and increasing the service life of the inserts compared to standard cutting tools. The silencer is one piece with the body. It is located along the tool at a certain distance from the outer contour of the tool body. The damper may be oriented along some or all of its length inside the tool body. A special feature of the silencer is its geometry, which has a characteristic angular restriction. Depending on the type of tool, the contraction can also appear multiple times. The material intended for the damper may be non-ferrous metals, which are characterized by vibration damping properties. These materials can be used in structures of this type due to their appropriate elasticity and plasticity. The main factor responsible for damping vibrations is the specially profiled geometry of the damper and its location in the tool body. The damper geometry has a slotted constriction, which, depending on the type of tool, may also appear multiple times. A characteristic feature of this narrowing are the angular and rounded surfaces on the crest of the narrowing.

Tłumik według niniejszego wynalazku wraz z korpusem narzędzia stanowi jednolitą część, do której dołączone mogą być różnego typu uchwyty mocujące i wkładki do frezowania lub toczenia powierzchni. Tak złożony korpus z dołączonymi wkładkami i uchwytem mocującym stanowi narzędzie specjalne. Narzędzia specjalne mogą się różnić od siebie kształtem i gabarytami. Ich kształt i gabaryty uzależnione są od charakteru obróbki (toczenie lub frezowanie), wielkości obrabianej powierzchni lub typu zastosowanych wkładek. Przykładami narzędzi specjalnych mogą być np. głowica do wytaczania otworów, nóż tokarski lub wielostopniowa głowica kształtowa.The damper according to the present invention, together with the tool body, forms a unitary part to which various types of clamping holders and inserts for milling or turning surfaces can be attached. Such a complex body with attached inserts and a mounting bracket is a special tool. Special tools may differ in shape and dimensions. Their shape and dimensions depend on the nature of the processing (turning or milling), the size of the treated surface or the type of inserts used. Examples of special tools are e.g. a boring head, a turning tool or a multi-stage form head.

Tłumik drgań według niniejszego wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym:The vibration damper according to the present invention is exemplary in the drawing, in which:

- na Fig. 1 zilustrowano schematycznie budowę korpusu narzędzia z tłumikiem:- Fig. 1 shows schematically the structure of the tool body with a damper:

a) widok tłumika z wieloma przewężeniami w korpusie narzędzia skrawającego:a) view of the damper with many constrictions in the body of the cutting tool:

b) szczegół A tłumika z charakterystycznymi cechami;b) detail A of the muffler with its characteristic features;

- na Fig. 2 zilustrowano schematycznie budowę narzędzi specjalnych z tłumikiem drgań według wynalazku, takich jak:- Fig. 2 shows schematically the structure of the special tools with a vibration damper according to the invention, such as:

a) głowica do wytaczania otworów,a) head for boring holes,

b) nóż tokarski,b) turning knife,

c) wielostopniowa głowica kształtowa.c) multi-stage form head.

Na Fig. 1 zilustrowano tłumik drgań o charakterystycznej geometrii. Tłumik stanowi z korpusem jedną całość. Umieszczony jest on wzdłuż narzędzia w niewielkiej odległości od zewnętrznego obrysu korpusu narzędzia. W tym przykładzie tłumik jest zorientowany na pewnym odcinku długości wewnątrz korpusu narzędzia. Cechą szczególną tłumika jest jego geometria, która posiada charakterystyczne kątowe przewężenie (w tym przypadku 4 przewężenia), którego geometria przedstawiona została na Fig. 1b.Fig. 1 shows a vibration damper with a characteristic geometry. The silencer is one piece with the body. It is located along the tool at a short distance from the outer contour of the tool body. In this example, the damper is oriented a certain length of the inside of the tool body. A special feature of the damper is its geometry, which has a characteristic angular constriction (in this case 4 constrictions), the geometry of which is shown in Fig. 1b.

Na Fig. 2 przedstawiono budowę różnych narzędzi specjalnych, w których zastosowano tłumik drgań. Części składowe narzędzi oznaczono cyframi od (1) do (4). Cyfrą (1) oznaczono korpus narzędzia, w którym znajduje się tłumik (4). Cyfrą (2) oznaczono wkładki obróbcze, a cyfrą (3) stożek mocujący.Fig. 2 shows the construction of various special tools that use a vibration damper. Tool components are marked with numbers from (1) to (4). The number (1) denotes the tool body in which the silencer (4) is located. The number (2) denotes the machining inserts, and the number (3) denotes the clamping cone.

Tak zaprojektowane narzędzia skrawające służą do zbierania naddatku warstwy materiału z obrabianych elementów. Celem zebrania naddatków jest nadanie detalom odpowiednich cech typu: kształtu, wymiaru i chropowatości powierzchni.Cutting tools designed in this way are used to collect the surplus material layer from the workpieces. The purpose of collecting the allowances is to give the details the appropriate characteristics such as: shape, dimension and surface roughness.

Głównym przeznaczeniem narzędzi skrawających z tłumikiem jest obróbka korpusów odlewniczych, których gabaryty i kształt powodują niepożądane drgania podczas obróbki skrawaniem. Drgania lub inaczej zwane wibracje narzędzia wywołane obróbką mogą niekorzystnie wpłynąć zarówno, na jakość obrabianych powierzchni powodując, tym samym zwiększenie chropowatości i zmniejszenie dokładności wykonania elementów oraz na szybsze zużycie ostrzy skrawających.The main purpose of cutting tools with a damper is the processing of casting bodies, the dimensions and shape of which cause undesirable vibrations during machining. Vibrations or otherwise called tool vibrations caused by machining can adversely affect both the quality of the machined surfaces, thus increasing the roughness and reducing the accuracy of the elements and the faster wear of the cutting blades.

Claims

1. Vibration damper (4) for the cutting tool body (1) having the form of at least one recess formed in the cutting tool body and which is filled with damping material, characterized in that said recess has at least one restriction, the geometry of which is described by the following parameters :

- angle α, which is the angle between the symmetry axis of the recess and the inclination of the side wall of its constriction;

- radius R of the constriction apex;

wherein:

- angle? is in the range from 25 to 40 °;

- the radius R is from 0.5 to 6 mm; and

- the damping material is a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy.

2. The vibration damper according to claim The method of claim 1, characterized in that the throat wall is refracted at about half its length to the apex of the throat at an angle corresponding to the difference of angles a and β, the angle β being in the range of 15 to 17 °.

3. The vibration damper according to claim The cutting tool as claimed in claim 1 or 2, characterized in that said recess is parallel to the longitudinal axis of the cutting tool body (1).

4. The vibration damper according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said recess is in the form of a ring surrounding the longitudinal axis of the cutting tool body (1).

5. The vibration damper according to any of the claims The method according to any of the claims 1-4, characterized in that the angle? Is in the range 30 to 34 °.

6. The vibration damper according to any of the claims The method of 1-5, characterized in that the radius R is from 1 to 5 mm.

7. The vibration damper according to any of the claims The process according to any of the claims 1-6, characterized in that tin, zinc, lead and their alloys are used as the non-ferrous metal.