RU154596U1

RU154596U1 - CUTTER COMPONENT WITH A CENTERING CONE

Info

Publication number: RU154596U1
Application number: RU2015108180/02U
Authority: RU
Inventors: Борис Яковлевич Мокрицкий; Дмитрий Александрович Пустовалов; Екатерина Андреевна Панова; Александра Сергеевна Верещагина; Виктор Юрьевич Кваша
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Фреза составная с центрирующим конусом, содержащая соединенные между собой посредством пайки твердосплавную режущую часть и сопрягаемый с ней хвостовик из конструкционной стали, отличающаяся тем, что режущая часть и хвостовик выполнены с дополнительными ответными сопрягаемыми между собой коническими поверхностями.A milling cutter composite with a centering cone, containing a carbide cutting part interconnected by soldering and a mating shank made of structural steel, characterized in that the cutting part and the shank are made with additional mating conical mating surfaces.

Description

Предлагаемое решение относится к области машиностроения, в частности, к твердосплавному металлорежущему инструменту, предназначенному для обработки пазов, карманов, углублений в заготовках деталей, выполненных из труднообрабатываемых материалов, а именно для тех концевых фрез (и осевых инструментов), где механическое крепление или крепление режущих пластин пайкой не предусматривается.The proposed solution relates to the field of mechanical engineering, in particular, to carbide cutting tools designed for processing grooves, pockets, recesses in workpieces of parts made of hard-to-work materials, namely for those end mills (and axial tools) where mechanical fastening or fastening of cutting soldering plates are not provided.

Уровень развития техники известен их решения [ГОСТ 302415 - 2013 Фрезы концевые цельные твердосплавные. Технические условия.], где фреза выполнена цельной из твердого сплава. Такое решение позволяет обрабатывать глубокие пазы на высоких режимах резания. При этом отклонение стенки обработанного паза от вертикали будет предопределяться величиной прогиба стержня фрезы, которая в свою очередь зависит (при прочих равных условиях) от величины действующей силы резания и соотношения длины фрезы к ее диаметру. Для минимизации этого отклонения фреза выполнена цельной из твердого сплава. Недостаток такой конструкции состоит в высокой стоимости фрезы. Причем, чем более глубоко в заготовке расположена подлежащая обработке поверхность, тем более значим этот недостаток в силу того, что доля стоимости цилиндрической (не режущей) части (хвостовика) фрезы становится большей в общей стоимости фрезы. Более того, та часть хвостовика фрезы, которая предназначена для закрепления фрезы в зажимном устройстве (патроне, цанге и т.д.), тоже выполнена из твердого сплава, хотя эта часть фрезы менее всего подвержена нагрузкам в процессе резания. Зачастую производственная ситуация вынуждает применять такую дорогую фрезу и для обработки заготовок, выполненных из материалов, легко обрабатываемых. В этом случае инструментальные затраты еще более высоки. Необходимы меры по снижению доли инструментальных затрат.The level of technology development is known for their solutions [GOST 302415 - 2013 Solid carbide end mills. Specifications.], Where the cutter is made of solid carbide. This solution allows you to process deep grooves at high cutting conditions. In this case, the deviation of the processed groove wall from the vertical will be determined by the deflection of the cutter bar, which in turn depends (all other things being equal) on the value of the effective cutting force and the ratio of the cutter length to its diameter. To minimize this deviation, the cutter is made of solid carbide. The disadvantage of this design is the high cost of the cutter. Moreover, the more deeply the surface to be processed is located in the workpiece, the more significant this drawback is because the share of the cost of the cylindrical (non-cutting) part (shank) of the mill becomes larger in the total cost of the mill. Moreover, that part of the milling cutter shank, which is intended for fixing the milling cutter in the clamping device (chuck, collet, etc.), is also made of hard alloy, although this part of the milling cutter is least exposed to stresses during cutting. Often, the production situation forces us to use such an expensive mill for processing workpieces made from materials that are easily processed. In this case, the tool costs are even higher. Measures are required to reduce the share of instrumental costs.

Наиболее близким к заявляемому объекту, по мнению заявителя, является решение [Барсов А.И. Технология инструментального производства. Учебник для машиностроительных техникумов. Издание 4 исправленное и дополненное, М.; Машиностроение, 1975 г. - 272 с.], в котором фреза выполнена составной, а именно режущая часть выполнена из твердого сплава, а хвостовик выполнен из конструкционной стали, обе части между собой соединены по торцу сваркой трением (допустимо пайкой). Стоимость такой фрезы ниже, чем цельной твердосплавной. Недостатками такой конструкции фрезы являются:The closest to the claimed facility, according to the applicant, is the decision [Barsov A.AND. Technology of tool production. Textbook for engineering schools. Edition 4 corrected and supplemented, M .; Engineering, 1975 - 272 pp.], In which the milling cutter is made integral, namely the cutting part is made of hard alloy, and the shank is made of structural steel, both parts are interconnected at the end by friction welding (permissible soldering). The cost of such a cutter is lower than a solid carbide one. The disadvantages of this design of the cutter are:

- ограничение режимов резания из-за опасности разрушения конструкции по месту пайки (площадь торцов хвостовика и режущей части, по которым производится пайка, тем меньше, чем меньше диаметр инструмента) из-за малой площади спаиваемых мест и из-за низкой сопротивляемости припоя циклическому нагружению, которое свойственно процессу фрезерования;- the limitation of cutting conditions due to the danger of structural failure at the soldering place (the area of the ends of the shank and the cutting part to be soldered, the smaller the smaller the diameter of the tool) due to the small area of the soldered joints and because of the low resistance of the solder to cyclic loading which is characteristic of the milling process;

- трудно прогнозируемая величина отклонения от вертикали обработанной стенки паза из-за того, что она является совокупным результатом прогиба хвостовика, выполненного из конструкционной стали, и режущей части, выполненной из твердого сплава.- it is difficult to predict the deviation from the vertical of the machined groove wall due to the fact that it is the combined result of the deflection of the shank made of structural steel and the cutting part made of hard alloy.

Место стыка их между собой (фактически - это материал припоя) при разных величинах нагрузок, действующих в процессе резания, ведет себя по разному, чем предопределяет не управляемую (не прогнозируемую) величину отклонения от вертикали обработанной стенки паза. А возможность выполнить пробные проходы имеется не всегда. Возможен брак. Необходимо обеспечить месту стыка прогнозируемый уровень деформаций для всего диапазона действующих нагрузок.The place of their junction with each other (in fact, this is the material of the solder) at different loads acting in the cutting process, behaves differently, which determines the uncontrolled (not predicted) deviation from the vertical of the machined groove wall. And the ability to perform test passes is not always available. Marriage is possible. It is necessary to provide a predicted strain level for the joint at the junction for the entire range of acting loads.

Техническим результатом заявляемого решения является снижение стоимости фрезы, повышение прочности места сочленения хвостовика с режущей частью для обеспечения возможности передать фрезе больший крутящий момент без разрушения места сочленения стыкуемых частей фрезы, обеспечение прогнозируемого прогиба инструмента в месте стыка его частей.The technical result of the proposed solution is to reduce the cost of the cutter, increase the strength of the junction of the shank with the cutting part to ensure that the cutter can transmit more torque without destroying the joint of the milling parts of the cutter, providing a predicted deflection of the tool at the junction of its parts.

Технический результат достигается тем, что хвостовик, выполненный из конструкционной стали, и режущая часть, выполненная из твердого сплава, выполнены с дополнительными ответными поверхностями сочленения. Эти поверхности являются сопрягаемыми между собой коническими поверхностями. При сочленении конические поверхности обеспечивают центрирование режущей части и хвостовика фрезы относительно осевой линии фрезы и выполняют роль увеличения (в сравнении с прототипом) поверхности для передачи крутящего момента. Диаметр основания конуса и высота (либо угол при вершине конуса) выбираются исходя из конструктивных соображений. Например, диаметр основания конуса может быть равен диаметру фрезы. Высота конуса может превышать его диаметр. Конуса могут быть полными или усеченными. Конусная поверхность может быть выполнена как выступающая на торце хвостовика. Тогда ответная сопрягаемая конусная поверхность (отверстие в виде конуса) должно быть выполнено на сопрягаемом торце твердосплавной режущей части фрезы. Либо наоборот: конус как выступ может быть выполнен на торце твердосплавной режущей части фрезы, а ответный конус как отверстие должен быть выполнен в теле хвостовика фрезы. Для технологических целей (для удобства расположения припоя) в конусном отверстии может быть выполнено углубление необходимого объема.The technical result is achieved in that the shank made of structural steel and the cutting part made of hard alloy are made with additional mating surfaces. These surfaces are mating conical surfaces. When jointing, the conical surfaces provide centering of the cutting part and the shank of the cutter relative to the center line of the cutter and play the role of increasing (in comparison with the prototype) the surface for transmitting torque. The diameter of the base of the cone and the height (or the angle at the top of the cone) are selected based on design considerations. For example, the diameter of the base of the cone may be equal to the diameter of the cutter. The height of the cone may exceed its diameter. The cones may be full or truncated. The conical surface can be made as protruding at the end of the shank. Then the mating conical mating surface (a hole in the form of a cone) should be made on the mating end of the carbide cutting part of the cutter. Or vice versa: the cone as a protrusion can be made at the end of the carbide cutting part of the cutter, and the counter cone as an opening should be made in the body of the cutter shank. For technological purposes (for the convenience of solder location), a recess of the required volume can be made in the conical hole.

Различия в этих конструктивных параметрах сопрягаемых конических поверхностей могут быть отмечены в маркировке инструмента. Эти различия будут предопределять характер изменения стрелы прогиба корпуса фрезы в месте сочленения режущей части и хвостовика.Differences in these design parameters of the mating conical surfaces can be noted in the marking of the tool. These differences will determine the nature of the change in the arrow of the deflection of the mill body at the junction of the cutting part and the shank.

Таким образом, в заявляемом техническом решении, как в аналоге и прототипе, фреза является составной, т.е. состоит из твердосплавной режущей части и сопрягаемого с ней хвостовика, выполненного из конструкционной стали. Эти обе части соединены между собой, например пайкой. Однако для достижения указанного технического результата обе части снабжены дополнительными ответными поверхностями сочленения. Эти поверхности являются сопрягаемыми между собой коническими поверхностями (у одной части это наружный конус в виде выступа, у другой - внутренний конус в виде отверстия).Thus, in the claimed technical solution, as in the analogue and prototype, the cutter is a composite, i.e. consists of a carbide cutting part and a mating shank made of structural steel. These two parts are interconnected, for example by soldering. However, to achieve the specified technical result, both parts are provided with additional mating surfaces. These surfaces are mating conical surfaces (in one part this is the outer cone in the form of a protrusion, in the other - the inner cone in the form of an opening).

На фиг. 1 показано принципиальное устройство фрезы. На фиг. 2 показано устройство твердосплавной режущей части с конусным отверстием. На фиг. 3 показан случай сочленения островершинного конуса хвостовика. На фиг. 4 показан случай сочленения островершинного конического отверстия в режущей части с усеченным конусом хвостовика. На фиг. 5 показана схема взаимодействия фрезы с обрабатываемой поверхностью заготовки.In FIG. 1 shows the basic structure of the cutter. In FIG. 2 shows the arrangement of a carbide cutting part with a taper hole. In FIG. Figure 3 shows the case of articulation of the peaked cone of the shank. In FIG. 4 shows a case of articulation of a peaked conical hole in a cutting part with a truncated shank cone. In FIG. 5 shows a diagram of the interaction of the cutter with the workpiece surface.

Фреза состоит из двух частей. Сочленение их между собой для достижения указанного технического результата выполнено следующим образом. Режущая часть 1 фрезы, выполненная из твердого сплава, имеет ограниченную длину L, необходимую для обработки стенки паза в заготовке детали. На торце режущей части 1 выполнена дополнительная поверхность 2 сочленения в виде внутренней конической поверхности (отверстия 2). Коническая поверхность 2 для технологических целей, например для размещения припоя, может быть сопряжена с технологическим углублением 3 требующегося объема (размеров). На хвостовике 4 фрезы со стороны стыкуемого торца выполнена ответная коническая поверхность 5 в виде наружного конуса (выступа). Размеры конусных поверхностей 2 и 5 сопрягаемых частей 1 и 4 фрезы идентичны. При совмещении сопрягаемых поверхностей 2 и 5 (путем введения выступа 5 в отверстие 2) происходит взаимное центрирование частей 1 и 4 относительно друг друга и общей оси 6 симметрии фрезы. Сборку фрезы осуществляют следующим образом. В технологическое углубление 3 закладывают (засыпают) припой, режущую часть 1 в месте сочленения нагревают до расплавления припоя, в коническое отверстие 2 вводят конус 5 хвостовика 4, продолжают нагрев, сжимая части 1 и 4 между собой с соблюдением прямолинейности оси 6. Нагрев прекращают, фрезу охлаждают, удаляют остатки припоя, вытесненного наружу фрезы. При необходимости осуществляют чистовую обработку хвостовика.The mill consists of two parts. Their articulation to achieve the specified technical result is as follows. The cutting part 1 of the milling cutter made of hard alloy has a limited length L necessary for processing the groove wall in the workpiece. At the end of the cutting part 1, an additional joint surface 2 is made in the form of an internal conical surface (hole 2). The conical surface 2 for technological purposes, for example to accommodate solder, can be associated with a technological recess 3 of the required volume (size). On the shank 4 of the cutter from the side of the abutting end, a counter conical surface 5 is made in the form of an outer cone (protrusion). The dimensions of the conical surfaces 2 and 5 of the mating parts 1 and 4 of the cutter are identical. When combining the mating surfaces 2 and 5 (by introducing the protrusion 5 into the hole 2) there is a mutual centering of parts 1 and 4 relative to each other and the common axis of symmetry 6 of the cutter. Assembly of the cutter is as follows. Solder is placed (filled in) in the technological recess 3, the cutting part 1 at the joint is heated until the solder melts, the cone 5 of the shank 4 is introduced into the conical hole 2, the heating is continued, compressing parts 1 and 4 together, observing the straightness of the axis 6. Heating is stopped, the cutter is cooled, the remnants of the solder displaced to the outside of the cutter are removed. If necessary, finishing the shank is carried out.

Варианты сочленения конических поверхностей могут быть различными. Например, на фиг. 3 показан случай сочленения островершинного конуса 5 хвостовика 4. На фиг. 4 показан случай сочленения островершинного конического отверстия 2 в режущей части 1 усеченным конусом 5 хвостовика 4. В том и другом случае принято, что диаметр опорной поверхности конусных поверхностей равен диаметру фрезы.Options for joining conical surfaces can be different. For example, in FIG. 3 shows the case of articulation of the peaked cone 5 of the shank 4. In FIG. 4 shows the case of joining a peaked conical hole 2 in the cutting part 1 with a truncated cone 5 of the shank 4. In both cases, it is assumed that the diameter of the supporting surface of the conical surfaces is equal to the diameter of the cutter.

Работает фреза следующим образом. Фрезу вставляют в зажимное устройство 7 (цанга, патрон и т.д.). Рабочие поверхности (цилиндрическую и торцевую) режущей части фрезы подводят к поверхности заготовки, подлежащей обработке. Фрезе и заготовке задают необходимые наладочные и рабочие перемещения. При выбранных режимах резания на фрезу действует некоторая составляющая P₁ силы резания, приводящая к изгибу фрезы, т.е. к отклонению B стенки 8 паза заготовки 9 от вертикального положения. Величина этого отклонения B равна сумме прогиба хвостовика, прогиба режущей части, прогиба места их соединения. Эти величины являются расчетными в зависимости от величины действующей силы P₁ и физико-механических характеристик соединяемых материалов. При выбранных размерах фрезы и стыкуемых поверхностей они постоянны и прогнозируемы. В случае, если величина отклонения стенки паза от вертикали выходит за поле допуска, то необходимо (снижение режимов резания для уменьшения силы резания и, соответственно, величины прогиба фрезы не желательно из-за снижения производительности обработки) целенаправленно изменить размеры сопрягаемых поверхностей.The mill works as follows. The cutter is inserted into the clamping device 7 (collet, chuck, etc.). The working surfaces (cylindrical and end) of the cutting part of the cutter are brought to the surface of the workpiece to be processed. The milling cutter and the workpiece are set the necessary adjustment and working movements. Under the selected cutting conditions, a certain component P _{1 of} the cutting force acts on the cutter, leading to the bending of the cutter, i.e. to the deviation B of the wall 8 of the groove of the workpiece 9 from a vertical position. The value of this deviation B is equal to the sum of the deflection of the shank, the deflection of the cutting part, the deflection of the place of their connection. These values are calculated depending on the magnitude of the acting force P ₁ and the physico-mechanical characteristics of the materials being joined. With the selected dimensions of the cutter and abutting surfaces, they are constant and predictable. In the event that the deviation of the groove wall from the vertical is outside the tolerance field, it is necessary (to reduce the cutting conditions to reduce the cutting force and, accordingly, the magnitude of the deflection of the cutter is not advisable due to a decrease in processing productivity) to purposefully change the dimensions of the mating surfaces.

Оценочные расчеты показывают, что:Evaluation calculations show that:

а) только за счет экономии твердосплавного материала (при изготовлении хвостовика из конструкционной стали) стоимость фрезы снижается на 30-60%, причем чем больше необходима длина хвостовика, тем больше снижение стоимости;a) only due to the saving of carbide material (in the manufacture of a shank from structural steel) the cost of the cutter is reduced by 30-60%, and the longer the length of the shank is necessary, the greater the reduction in cost;

б) при исходной длине фрезы 150 мм и диаметре 15 мм необходимая производительность и точность обработки для изделий общего машиностроения обеспечиваются при выполнении дополнительных сопрягаемых конических поверхностей длиной до 10 мм и более при диаметре 6-8 мм и более;b) with an initial cutter length of 150 mm and a diameter of 15 mm, the necessary productivity and processing accuracy for general engineering products are ensured when additional mating conical surfaces are made up to 10 mm or more in length with a diameter of 6-8 mm or more;

Этим подтверждается достижение заявленного технического результата.This confirms the achievement of the claimed technical result.

Claims

A milling cutter with a centering cone, comprising a carbide cutting part interconnected by soldering and a mating shank made of structural steel, characterized in that the cutting part and shank are made with additional mating conical mating surfaces.