RU2201317C2

RU2201317C2 - Tangential cutting tip

Info

Publication number: RU2201317C2
Application number: RU2001106720/02A
Authority: RU
Inventors: В.С. Фадеев; Б.Я. Мокрицкий; А.В. Конаков; Ю.Л. Чигрин
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date: 2001-03-11
Filing date: 2001-03-11
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: lathe cutters for turning railway road wheel profiles. SUBSTANCE: main and additional cutting edges of tip are joined along radius. At side of chip twisting groove of cutting tip opposite relative to cutting edge there are protrusions of special geometry. Said groove has radius fillet of respective shape and size. In end cross section normal relative to main cutting edge protrusions are restricted by supporting surface and from downwards they are joined by rounding radius until center of chip twisting groove. EFFECT: effective chip breaking during turning different portions of profiled surface of railway road wheel due to deforming chip in chip twisting groove. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к металлорежущему инструменту, а именно к тангенциально закрепляемым на державке твердосплавным режущим пластинам для токарной обработки профиля колес железнодорожных вагонов (далее - для колесотокарной обработки). The invention relates to a metal-cutting tool, namely, carbide cutting inserts tangentially fixed to the holder for turning the profile of the wheels of railway cars (hereinafter referred to as wheel turning).

Колесотокарная обработка характеризуется непостоянством режима резания и значительной глубиной (5-14 мм) резания, что усложняет решение проблемы стружкодробления. Используют пластины специальной конструкции (рис. 3.12а на с. 103 работы: Сборный твердосплавный инструмент /Г.Л.Хает, В.М.Тах, Г.К. Громаков и др.; Под общ. ред. Г.Л.Хаета. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.). Преимущественно в державке резца они крепятся тангенциально. Wheel turning is characterized by inconsistent cutting conditions and a significant depth (5-14 mm) of cutting, which complicates the solution to the chip control problem. Use plates of a special design (Fig. 3.12a on page 103 of the work: Assembled carbide tool / G.L. Khaet, V.M. Takh, G.K. Gromakov and others; Under the general editorship of G.L. Khaet . - M.: Mechanical Engineering, 1989. - 256 p.). Mostly in the toolholder they are attached tangentially.

Известна конструкция пластин [рис.3.1з на с.91 указанного выше источника информации] , у которых в стружкозавивающей канавке выполнены выступы (для повышения устойчивости стружкодробления) овальной формы. Выступы расположены вдоль режущей кромки на расстоянии друг от друга, превышающем длину малой оси (ширину) овальных выступов. Длина большой оси овальных выступов соизмерима с шириной стружкозавивающей канавки. Число выступов и их ориентация относительно режущей кромки не имеют четкой связи с режимом резания. A known design of the plates [Fig.3.1z on p.91 of the above source of information], in which the protrusions (to increase the stability of the chip breaking) are oval in the chip cutting groove. The protrusions are located along the cutting edge at a distance from each other exceeding the length of the minor axis (width) of the oval protrusions. The length of the major axis of the oval protrusions is commensurate with the width of the chip groove. The number of protrusions and their orientation relative to the cutting edge do not have a clear connection with the cutting mode.

Недостатком решения является отсутствие устойчивого стружкодробления при обработке различных участков профиля колеса (сливная стружка при обработке фаски, галтели и гребня). The disadvantage of this solution is the lack of stable chip control during the processing of various sections of the wheel profile (discharge chips during the processing of chamfers, fillets and ridges).

В качестве ближайшего аналога предложенного изобретения можно принять известную тангенциальную режущую пластину, имеющую опорную поверхность, главную и вспомогательную режущие кромки, сопряженные радиусом, и стружкозавивающую канавку, расположенную на передней поверхности (см. каталог фирмы Sandvik Coromant Ry 8500:2, 1980, c.31). As the closest analogue of the proposed invention, we can take the well-known tangential cutting insert having a supporting surface, a main and auxiliary cutting edges mated with a radius, and a chip cutting groove located on the front surface (see Sandvik Coromant Ry 8500: 2, 1980, p. 31).

Недостатком решения является низкая устойчивость стружкодробления при обработке различных участков профиля колеса. The disadvantage of this solution is the low stability of chip control when processing various sections of the wheel profile.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение устойчивости стружкодробления, то есть обеспечение отсутствия сливной стружки при обработке любых участков колеса. The technical result of the invention is to increase the stability of chip control, that is, to ensure the absence of drain chips when processing any sections of the wheel.

Технический результат достигается размещением в стружкозавивающей канавке выступов с такой геометрией и в таком количестве, которые обеспечивают при любых условиях резания устойчивое стружкодробление за счет деформации образующейся стружки. The technical result is achieved by placing protrusions in such a geometry and in such a quantity in the chip cutting groove that they ensure stable chip breaking under any cutting conditions due to deformation of the resulting chip.

Заявляемая тангенциальная режущая пластина содержит, как и прототип, опорную поверхность, главную и вспомогательную режущие кромки, сопрягаемые радиусом, и на передней поверхности содержит стружкозавивающую канавку. Согласно изобретению на тангенциальной режущей пластине выполнены выступы, при этом на виде сверху геометрические центры выступов расположены на стороне стружкозавивающей канавки, противоположной главной режущей кромке, первый из двух радиусов радиусом r прилегает непосредственно к радиусной выкружке, выполненной в стружкозавивающей канавке, затем расположены выступы радиуса R>r, причем расстояние между центрами выступов с радиусом r больше 2r, центр первого выступа радиусом r отстоит от вспомогательной режущей кромки на величину, меньшую минимальной глубины резания, а центр последнего выступа радиусом R отстоит от вспомогательной режущей кромки на величину, соизмеримую с максимальной глубиной резания, при этом радиус R предпочтительно равен 0,05 максимальной глубины резания, выступы сопрягаются между собой плавной кривой, не пересекающей указанную сторону стружкозавивающей канавки, причем в торцовом сечении, перпендикулярном главной режущей кромке, выступы сверху ограничены опорной поверхностью, а снизу - сопряжены скругляющим радиусом до центра стружкозавивающей канавки. The inventive tangential cutting insert contains, like the prototype, the abutment surface, the main and auxiliary cutting edges, mating radius, and on the front surface contains a chip cutting groove. According to the invention, protrusions are made on the tangential cutting insert, and in a top view, the geometric centers of the protrusions are located on the side of the chip groove opposite the main cutting edge, the first of two radii of radius r is adjacent directly to the radius fillet made in the chip groove, then protrusions of radius R are located > r, and the distance between the centers of the protrusions with a radius r is greater than 2r, the center of the first protrusion with a radius r is separated by an amount less than the auxiliary cutting edge minimum cutting depth, and the center of the last protrusion of radius R is separated from the auxiliary cutting edge by an amount commensurate with the maximum cutting depth, while the radius R is preferably equal to 0.05 of the maximum cutting depth, the protrusions are joined by a smooth curve that does not intersect the specified side of the chip grooves, and in the end section perpendicular to the main cutting edge, the protrusions are bounded from above by the supporting surface, and from below - they are conjugated by a rounded radius to the center of the chip cutting to Navki.

Кроме того, в указанном торцевом сечении центры выступов расположены на уровне режущей кромки, а верхняя часть выступов скруглена. In addition, in the specified end section, the centers of the protrusions are located at the level of the cutting edge, and the upper part of the protrusions is rounded.

Кроме того, на виде сверху центр радиусной выкружки расположен на линии геометрических центров выступов, а ее радиус меньше минимальной глубины резания и плавно сопряжен с наружной стороной стружкозавивающей канавки, при этом в торцевом сечении, перпендикулярном указанной линии центров, верх радиусной выкружки ограничен опорной поверхностью, а снизу радиусная выкружка сопряжена с центром стружкозавивающей канавки радиусом, соизмеримым с указанным радиусом выкружки на виде сверху. In addition, in a top view, the center of the radius fillet is located on the line of the geometric centers of the protrusions, and its radius is less than the minimum cutting depth and smoothly mated with the outside of the chip cutting groove, while in the end section perpendicular to the specified line of centers, the top of the radius fillet is limited by the supporting surface, and from below, the radius fillet is conjugated to the center of the chip cutting groove with a radius commensurate with the indicated radius of the fillet in a plan view.

На фиг. 1 показан вид сверху на пластину, на фиг.2 - вид А по фиг.1, на фиг. 3 и 4 - сечения по фиг.1, на фиг.5 - вариант исполнения сечения В-В, на фиг.6 -вариант исполнения выкружки на пластине, на фиг.7 - сечение по фиг.6. In FIG. 1 shows a top view of the plate, FIG. 2 is a view A of FIG. 1, FIG. 3 and 4 are sections of FIG. 1, FIG. 5 is an embodiment of a section BB, FIG. 6 is an embodiment of a fillet on a plate, and FIG. 7 is a section of FIG. 6.

Заявляемая пластина содержит основную режущую кромку 1, вспомогательную режущую кромку 2 и соединяющий их радиусный участок 3. На некотором (рекомендации общеизвестны) расстоянии от них расположена упрочняющая фаска 4 и стружкозавивающая канавка 5, заканчивающаяся у радиусного участка 3 радиусной выкружкой 6. Опорная площадка 7 пластины предназначена для базирования пластины в кассете или резце. К контуру 8 радиусной выкружки 6 со стороны 9 стружкозавивающей канавки 5, противоположной главной режущей кромке 1, прилегает первый из двух выступов 10 и 11. Их контур описан малым радиусом r. Центры 12 и 13 выступов 10 и 11 лежат на указанной стороне 9 стружкозавивающей канавки 5. Центр 12 первого выступа 10 отстоит от вспомогательной режущей кромки 2 на величину l₁, меньшую минимальной глубины резания, то есть l₁<t_min. Под минимальной глубиной резания условимся понимать ту глубину металла, который удаляется с обода железнодорожного колеса при черновом проходе, то есть t_min≈5÷8 мм, для удаления дефектного слоя. Глубина резания при чистовом проходе (он выполняется только в тех случаях, когда требуемый профиль колеса не получен после чернового прохода) существенно меньше, она не оговаривается, стружкодробление при чистовом проходе обеспечивается выкружкой 6.The inventive plate contains a main cutting edge 1, an auxiliary cutting edge 2 and a radius section 3 connecting them. At a certain distance (recommendations are well known) there is a reinforcing chamfer 4 and a chip cutting groove 5, ending at a radius section 3 with a radius fillet 6. Base plate 7 of the plate designed to base the plate in a cassette or cutter. The contour 8 of the radius fillet 6 from side 9 of the chip cutting groove 5, opposite the main cutting edge 1, is adjacent to the first of the two protrusions 10 and 11. Their contour is described by a small radius r. The centers 12 and 13 of the protrusions 10 and 11 lie on the specified side 9 of the chip cutting groove 5. The center 12 of the first protrusion 10 is separated from the auxiliary cutting edge 2 by a value l ₁ less than the minimum cutting depth, that is, l ₁ <t _min . By the minimum cutting depth, we agree to understand the depth of the metal that is removed from the rim of the railway wheel during roughing, that is, t _min ≈5 ÷ 8 mm, to remove the defective layer. The depth of cut during the final pass (it is performed only in those cases when the required wheel profile is not obtained after the rough pass) is significantly less, it is not specified, chip control during the final pass is provided by the fillet 6.

Выступы 10 и 11 сопряжены между собой плавной кривой 14, не пересекающей линию 9 центров выступов (для исключения образования концентратора напряжений). Расстояние l₂ между центрами 12 и 13 выступов 10 и 11 больше 2r, то есть l₂>2r, что обеспечивает сопряжение выступов указанной плавной кривой 14.The protrusions 10 and 11 are interconnected by a smooth curve 14, not crossing the line 9 of the centers of the protrusions (to exclude the formation of a stress concentrator). The distance l ₂ between the centers 12 and 13 of the protrusions 10 and 11 is greater than 2r, that is, l ₂ > 2r, which ensures the coupling of the protrusions of the specified smooth curve 14.

За выступами 10 и 11 с центрами 15, 16, 17, лежащими на указанной стороне 9 стружкозавивающей канавки, расположены выступы 18, 19, 20 радиусом R>r. Число этих выступов не лимитировано, но один, как минимум, выступ 18 необходим, более трех выступов не рационально иметь, иначе условие R>r не позволит разместить их на участке l₃, соизмеримом с максимальной глубиной резания, то есть l₃≈(1,0÷1,1)t_max. Радиус R этих выступов строго не лимитирован, но менее 0,05 t_max он не целесоооразен (проверено экспериментально). Выступы 18, 19 и 20 сопрягаются между собой плавной кривой 21, не пересекающей линию 9 их центров. Аналогичной кривой сопрягается второй выступ 11 радиуса r с первым выступом радиусом R и последний выступ 20 радиусом R со стороной 9 стружкозавивающей канавки.Behind protrusions 10 and 11 with centers 15, 16, 17 lying on the indicated side 9 of the chip cutting grooves, protrusions 18, 19, 20 of radius R> r are located. The number of these protrusions is not limited, but at least one protrusion 18 is necessary, it is not rational to have more than three protrusions, otherwise the condition R> r will not allow them to be placed on the section l ₃ , commensurate with the maximum depth of cut, i.e. l ₃ ≈ (1 , 0 ÷ 1.1) t _max . The radius R of these protrusions is not strictly limited, but less than 0.05 t _max it is not practical (verified experimentally). The protrusions 18, 19 and 20 are interconnected by a smooth curve 21, not crossing the line 9 of their centers. The second protrusion 11 of radius r is mated with a similar curve with the first protrusion of radius R and the last protrusion 20 of radius R with side 9 of the chip cutting groove.

Принципиально такое устройство пластины связано со следующим. Выступов малого радиуса r необходимо иметь два для того, чтобы обеспечить необходимую деформацию стружки 22, что облегчает ее скол реакциями P₁ и Р₂ между выступами 10, 11 и стружкой 22. Такую деформацию стружки 22 легче создать, если выступ 10 начинается сразу с контура 8, то есть он выполнен прилегающим к контуру 8 радиусной выкружки 6. Этим же определено расстояние l₁ от его центра до вспомогательной режущей кромки и расстояние l₂ между центрами выступов.Fundamentally, such a device plate is associated with the following. There are two protrusions of small radius r in order to ensure the necessary deformation of the chip 22, which facilitates its cleavage by the reactions P ₁ and P ₂ between the protrusions 10, 11 and the chip 22. Such a deformation of the chip 22 is easier to create if the protrusion 10 begins immediately from the contour 8, that is, it is made adjacent to the contour 8 of the radius fillet 6. The same determines the distance l ₁ from its center to the auxiliary cutting edge and the distance l ₂ between the centers of the protrusions.

Конфигурация выступов в торцевом сечении пластины представляет собою следующее. The configuration of the protrusions in the end section of the plate is as follows.

Верхняя часть 23 выступов ограничена плоскостью опорной поверхности 7 пластины. Нижняя (боковая) 24 часть выступов сопряжена с центром 25 стружкозавивающей канавки 5 скругляющим радиусом АВ. The upper part 23 of the protrusions is limited by the plane of the supporting surface 7 of the plate. The lower (lateral) 24 part of the protrusions is associated with the center 25 of the chip cutting groove 5 with a rounded radius AB.

Более удачные условия стружкодробления и снижение силы резания будут в случае, если скругляющий радиус АВ скруглить в верхней части до уровня опорной площадки 7 противоположным радиусом, то есть радиусную кривую АВ заменить кривой АС, состоящей из двух сопрягаемых дуг обратной кривизны. Для этого центры выступов целесообразно расположить на уровне режущей кромки 1, то есть от опорной поверхности 7 они будут отстоять на некотором расстоянии h (целесообразно h>0,05 мм). More favorable chip conditions and a reduction in cutting force will be if the rounding radius AB is rounded in the upper part to the level of the supporting platform 7 with the opposite radius, that is, the radius curve AB is replaced by an AC curve consisting of two conjugate arcs of inverse curvature. To do this, it is advisable to arrange the centers of the protrusions at the level of the cutting edge 1, that is, they will stand at a certain distance h from the abutment surface 7 (expediently h> 0.05 mm).

Пластина описанной выше конструкции обеспечивает устойчивое стружкодробление при токарной обработке профиля колес железнодорожных вагонов во всем используемом диапазоне скоростей резания и подач при черновой обработке. Однако в отдельных случаях возникает потребность в чистовой обработке, где глубина t₁<<t_min. При такой чистовой обработке выступы не задействованы в деформировании стружки, стружкодробление обеспечивается только радиусной выкружкой 6. Более эффективное стружкодробление обеспечивается в том случае, если центр 26 радиусной выкружки 6 расположен на линии 9 геометрических центров 12, 13, 15 выступов, а ее радиус R_в меньше глубины резания t_min и плавно сопрягается с наружной стороной 27 стружкозавивающей канавки. В торцевом сечении Г-Г пластины радиусная выкружка ограничена опорной поверхностью 7, снизу (сбоку) она сопряжена скругляющим радиусом R₁ с центром 25 стружкозавивающей канавки. Величина радиуса R₁ строго не лимитирована, но рекомендуется выбирать его соизмеримым с радиусом выкружки, то есть R₁≈R_в.The plate of the design described above provides stable chip control during turning of the profile of the wheels of railway cars in the entire used range of cutting speeds and feeds during roughing. However, in some cases there is a need for finishing, where the depth t ₁ << t _min . With such finishing, the protrusions are not involved in the deformation of the chips, chip breaking is provided only by the radius fillet 6. More efficient chip breaking is provided if the center 26 of the radius fillet 6 is located on the line 9 of the geometric centers 12, 13, 15 of the protrusions, and its radius R _in less than the cutting depth t _min and smoothly mates with the outer side 27 of the chip cutting groove. In the end section of the G-D plate, the radius fillet is bounded by the supporting surface 7, from the bottom (side) it is conjugated with a rounded radius R ₁ with the center 25 of the chip cutting groove. The value of the radius R ₁ is not strictly limited, but it is recommended to choose it commensurate with the radius of the fillet, that is, R ₁ ≈R _in .

Работа заявляемой пластины частично описана при описании ее устройства. В общем виде работа пластины основана на создании условий деформации стружки стружкозавивающей канавкой (ее выступами и радиусной выкружкой), способствующей эффективному стружкодроблению при обработке различных участков профильной поверхности железнодорожного колеса, и состоит в следующем. The operation of the inventive plate is partially described in the description of its device. In general, the operation of the plate is based on creating conditions for chip deformation by a chip cutting groove (its protrusions and radius fillet), which contributes to effective chip crushing during processing of various sections of the profile surface of a railway wheel, and consists of the following.

При черновом проходе с глубиной резания в пределах от t_min до t_max формируемая стружка, перемещаясь по криволинейной поверхности 5 стружкозавивающей канавки, претерпевает деформацию, и на выходе из стружкозавивающей канавки стружка вступает во взаимодействие с выступами 10, 11, 18, 19, 20. Силы Р₁ и Р₂ реакции взаимодействия стружки с выступами обусловливают поперечную деформацию стружки, что приводит к ее надлому и облегчает скол. В то же время впадины между выступами формируют (под действием силы давления стружки) на стружке продольные ребра жесткости, что повышает жесткость стружки при малой ее толщине (при малой величине продольной подачи) и, в то же время, облегчает ее скол на мелкие элементы и сегменты. Тот факт, что выступы с большим радиусом R отнесены от вспомогательной режущей кромки далее, чем выступы с малым радиусом r, связан с требованием их прочности, так как в периоды срезания самых больших припусков (то есть с самой большой глубиной резания) при обработке галтели и ребра колеса результирующая подача (одна составляющая подачи направлена вдоль оси колеса, вторая - перпендикулярно от оси колеса на рабочего) направлена так, что первыми во взаимодействие со стружкой вступают выступы 20, 19, 18. Давление стружки на них значительно, что требует соответствующей их прочности и достигается за счет выбора величины радиуса R.In a rough pass with a cutting depth in the range from t _min to t _{max, the} formed chip, moving along the curved surface 5 of the chip cutting groove, undergoes deformation, and at the exit from the chip cutting groove, the chip interacts with the protrusions 10, 11, 18, 19, 20. The forces P ₁ and P _{2 of the} reaction of the interaction of the chips with the protrusions cause transverse deformation of the chips, which leads to its breakage and facilitates cleavage. At the same time, the hollows between the protrusions form (under the action of the chip pressure force) longitudinal stiffeners on the chip, which increases the stiffness of the chip with a small thickness (with a small value of the longitudinal feed) and, at the same time, facilitates its chipping into small elements and segments. The fact that the protrusions with a large radius R are separated from the auxiliary cutting edge further than the protrusions with a small radius r is associated with the requirement of their strength, since during cutting periods of the largest allowances (i.e., with the largest cutting depth) when processing the fillet and the edges of the wheel the resulting feed (one feed component is directed along the axis of the wheel, the second is perpendicular to the axis of the wheel to the worker) is directed so that the protrusions 20, 19, 18 come into contact with the chips first, the chip pressure on them is significant, which requires is appropriate to their strength and is achieved by selecting the radius R.

При резании с глубинами, соизмеримыми с t_min, воздействие стружки на выступы менее значительно, что позволило уменьшить радиус r<R выступов. Необходимость плавного сопряжения первого 10 выступа с выкружкой связана с потребностью уменьшения силы резания и упрощения изготовления пластины.When cutting with depths commensurate with t _min , the impact of the chips on the protrusions is less significant, which allowed to reduce the radius r <R of the protrusions. The need for smooth coupling of the first 10 protrusions with the fillet is associated with the need to reduce cutting forces and simplify the manufacture of the plate.

При чистовом проходе (потребность в нем возникает редко) с глубинами t<t_min сторона 9 стружкозавивающей канавки и выступы не задействованы в резании. Весь процесс деформации стружки осуществляется радиусной выкружкой. Ее профиль должен обеспечить такую траекторию перемещения стружки в ней, чтобы не вызвать рост силы резания и создать такую степень пластической деформации стружки, которая привела бы к сколу стружки. Этот профиль получен при округлении выкружки радиусами R_в и R₁.With a finishing pass (the need for it rarely arises) with depths t <t _min, side 9 of the chip-cutting groove and the protrusions are not involved in cutting. The whole process of chip deformation is carried out by a radius fillet. Its profile should provide such a trajectory of the shavings in it, so as not to cause an increase in cutting force and create such a degree of plastic deformation of the shavings, which would lead to chip chips. This profile is obtained by rounding the fillet with radii R _in and R ₁ .

Отметим, что испытания заявляемой пластины показали: она не дает сливной стружки при любых режимах резания при обтачке всех участков колеса на станках серии ИВВ-112 нормальной и повышенной жесткости при управлении вручную или с ЧПУ. Note that the tests of the inventive plate showed: it does not produce drainage chips under any cutting conditions when turning all sections of the wheel on machines of the IVV-112 series of normal and increased stiffness when operated manually or with CNC.

Claims

1. A tangential cutting insert having a supporting surface, a main and auxiliary cutting edges mated with a radius, and a chip groove located on the front surface, characterized in that the protrusions are made on it, while on the top view the geometric centers of the protrusions are located on the side of the chip groove opposite the main cutting edge, the first of two radii of radius r is adjacent directly to the radius fillet made in the chip cutting groove, then the protrusion is located radius R> r, and the distance between the centers of the protrusions with a radius r is greater than 2r, the center of the first protrusion with a radius r is less than the minimum cutting depth from the auxiliary cutting edge, and the center of the last protrusion with a radius R is separated from the auxiliary cutting edge by an amount comparable to the maximum cutting depth, while the radius R is preferably equal to 0.05 of the maximum cutting depth, the protrusions are mated to each other with a smooth curve that does not intersect the specified side of the chip cutting groove, and in the end with chenii perpendicular to the main cutting edge, the projections are bounded from above the support surface, and bottom - conjugate rounding radius to center struzhkozavivayuschey groove.

2. The plate according to claim 1, characterized in that in the specified end section, the centers of the protrusions are located at the level of the cutting edge, and the upper part of the protrusions is rounded.

3. The plate according to claim 1 or 2, characterized in that in the top view the center of the radius fillet is located on the line of the geometric centers of the protrusions, and its radius is less than the minimum cutting depth and smoothly mated with the outer side of the chip cutting groove, while in the end section perpendicular of the indicated line of centers, the top of the radius fillet is bounded by the supporting surface, and from below the radius fillet is conjugated to the center of the chip cutting groove with a radius comparable with the specified radius of the fillet in a plan view.