RU223249U1 - Фреза для обработки композиционных материалов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при обработке поверхностей деталей из волокнистых композиционных материалов, в частности углепластиков и стеклопластиков. Фреза для обработки композиционных материалов содержит хвостовик и режущую часть, которая состоит из торцевой и цилиндрической частей. Цилиндрическая часть состоит из винтовых канавок двух типов, из которых первичные винтовые канавки выполнены в виде проточек по спирали с неполным витком, а вторичная винтовая канавка выполнена в виде проточки по спирали с мелким шагом. Зубья режущей части выполнены в виде усечённых пирамидок, образованных пересечением первичных и вторичной винтовых канавок. Вторичная винтовая канавка выполнена сплошной. Обеспечивается повышение качества обработки поверхностного слоя композиционных материалов за счёт снижения следов кинематической волнистости на обработанной поверхности и вытягивания волокон композита. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при обработке поверхностей деталей из волокнистых композиционных материалов (углепластиков и стеклопластиков).

Из существующего уровня техники известна конструкция фрезы для обработки титановых сплавов с волновым профилем режущей части (патент RU 2601525), на котором выполнены проточки, которые обеспечивают повышение стойкости фрезы при обработке титановых сплавов и композиционных материалов. Фреза содержит хвостовик и рабочую часть с торцевыми зубьями и винтовыми зубьями, расположенными на образующей цилиндра, разделенными стружечными канавками и имеющими на пересечении передней и задней поверхностей волнообразные режущие кромки. Каждая волнообразная режущая кромка выполнена с начальным винтовым участком, расположенным от вершины зуба на торце рабочей части в направлении хвостовика и определяющим величину смещения волны каждой волнообразной кромки от торца рабочей части. Волнообразные режущие кромки выполнены с увеличением периода их волн от торца рабочей части к хвостовику. Благодаря такой конструкции фрезы уменьшается глубина напряженно-деформированного слоя обработанной поверхности, увеличивается стойкость и производительность обработки.

Основным недостатком описанного выше устройства является недостаточное количество режущих элементов на рабочей части фрезы, что с высокой вероятностью приведет к вытягиванию волокон обрабатываемого композиционного материала.

Из существующего уровня техники известна конструкция торцевой фрезы для обработки армированного волокном пластика (патент KR 101846232). Режущая часть фрезы имеет основные и второстепенными режущие кромки, образованные соответствующими канавками. Основная канавка и второстепенная канавка сформированы на рабочей поверхности фрезы в разных направлениях. Обе канавки пересекают друг друга, образуя режущие кромки, направленные вдоль оси инструмента. Шаг между сформированными режущими кромками различный, режущие кромки, образованные основной и второстепенной канавками, отличаются и зависят от направления, шага и глубины канавок. В основном направлении фреза представляет собой концевую фрезу для обработки материалов. Количество второстепенных канавок больше, чем основных. Режущие кромки, образованные разными канавками, участвуют в процессе резания с разных сторон. Угол поворота основной и второстепенной канавки составляет от 20°до 30°. Такая конструкция фрезы снижает вибрации при резании и подавляет образование заусенцев, которые могут возникать во время обработки пластика, армированного волокном.

К недостаткам данного технического решения относится то, что снижение вибрации не защищает от вытягивания волокон и нарушения целостности связующего композиционного материала.

Из существующего уровня техники известна концевая фреза-роутер для обработки композиционных материалов (патент US 20050123363). Инструмент используется для обработки материалов резанием. Инструмент включает в себя цилиндрический стержневой элемент, имеющий хвостовик и режущую часть. Режущая часть включает в себя множество режущих зубьев, расположенных по периферии вокруг первой спирали и пересекающейся второй спирали. Каждый режущий зуб определяет первичную канавку для формирования первичной режущей кромки. Режущий зуб, образованный второй канавкой формирует вторичную режущую кромку. На каждом режущем зубе проходит плоскость, образующая круглую площадку по внешнему диаметру режущей части. Такая форма инструмента, изготовленного из карбидного материала (твердого сплава H-10F) обеспечивает способность выдерживать высокие нагрузки, противостоять износу и притуплению при обработке композиционных материалов.

Однако, форма передней поверхности зуба (режущей части) представляет собой трапецию, остальные же грани зуба выполнены в виде треугольников, что неизбежно приведет к появлению кинематической волнистости на обрабатываемой поверхности композита, а вершины треугольников не могут эффективно срезать волокна.

Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является патент US 499035, в котором предложен инструмент для резки композитных материалов. В патенте описывается инструмент - «елочка» для фрезерования композитов, имеющий зажимной хвостовик и режущую часть, в которой имеются расположенные в шахматном порядке зубья, проходящие по спирали, и имеющие пирамидальную форму. Режущая часть представлена в виде режущих элементов, образованных канавками, причем разделительные канавки проходят под углом друг к другу. Разделительные канавки образуют вторичную режущую кромку, которая, не действует как основная. Передняя поверхность каждого из независимых, несвязанных между собой режущих элементов имеет треугольную форму, поскольку, по сути, является гранью пирамидки. Поскольку количество таких пирамидок на винтовой поверхности фрезы может достигать нескольких десятков штук, и они изолированы друг от друга, то процесс резания сопровождается интенсивным дроблением материала. Такое совместное воздействие обеспечивает и срезание волокон, и дробление материала связки композита до микронных размеров.

Недостатком конструкции прототипа является тот факт, что вершины пирамидок снижают качество обработанной поверхности, поскольку образуют следы кинематической волнистости, а также периодически захватывают и вытягивают волокна из объема композита (углепластика, стеклопластика), что приводит к «ворсистости» на обработанной поверхности композита. Такие отклонения от точности поверхностного слоя приводят к сложностям при сборке присоединительных поверхностей с другими деталями и нарушениям эксплуатационных показателей качества в изделии.

Для заявленной полезной модели выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: фреза для обработки композиционных материалов, содержащая хвостовик и режущую часть, режущая часть состоит из торцевой и цилиндрической частей, цилиндрическая часть состоит из винтовых канавок двух типов первичные и вторичные, первичные винтовые канавки выполнены в виде проточек по спирали с неполным витком, вторичная винтовая канавка выполнена в виде проточки по спирали с мелким шагом.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции фрезы с увеличенным количеством режущих кромок, повышенными показателями по производительности и качеству обработки поверхностного слоя.

Поставленная техническая проблема решается тем, что фреза для обработки композиционных материалов, содержащая хвостовик и режущую часть, режущая часть состоит из торцевой и цилиндрической частей, при этом цилиндрическая часть состоит из винтовых канавок двух типов первичных и вторичной: первичные винтовые канавки выполнены в виде проточек по спирали с неполным витком, вторичная винтовая канавка выполнена в виде проточки по спирали с мелким шагом, изготовлена так, что зубья режущей части выполнены в виде усеченных пирамидок, образованных пересечением первичных и вторичной винтовых канавок, причём вторичная винтовая канавка выполнена сплошной.

Техническим результатом полезной модели является повышение качества обработки поверхностного слоя композиционных материалов за счёт снижения следов кинематической волнистости на обработанной поверхности и вытягивания волокон композита.

На фиг. 1 представлен общий вид заявленной концевой монолитной фрезы, режущая часть которой имеет множество режущих элементов (далее – зубьев). Каждый режущий зуб фрезы имеет полигональную форму режущих кромок (фиг. 2) в виде трапеции в плоскости, перпендикулярной оси ее вращения, образуя форму усеченных пирамидок.

Производительность обработки возрастает за счет увеличения количества режущих кромок на каждом зубе. Поверхности a, b (фиг. 2) режущих кромок образованы первичными спиралевидными канавками, а поверхности c, d (фиг. 2) режущих кромок - образованы вторичной спиралевидной канавкой. Эффективность резания и качество обработки по параметрам шероховатости и точности размеров повышается за счет дополнительной режущей кромки e (фиг. 2), расположенной на трапецеидальной плоскости зуба.

Конструкция фрезы, в частности её режущие зубья в виде усеченных пирамидок сформированы на цилиндрической поверхности фрезы за счет пересекающихся спиралевидных стружечных канавок двух типов: первичных винтовых канавок (фиг. 3) в виде проточек вдоль оси фрезы по спирали с неполным витком (шагом в количестве 16 штук); вторичной винтовой канавки (фиг. 4) в виде проточки вдоль оси фрезы по спирали с мелким шагом. При этом вторичная винтовая канавка выполнена сплошной вдоль однозаходной единой спирали (фиг.4). В результате получаются режущие зубья, смещающиеся друг относительно друга по спирали, что исключает необработанные участки.

В результате пересечения первичных и вторичной винтовых канавок на цилиндрической поверхности фрезы образуются упомянутые режущие кромки и зубья. Такие параметры винтовых канавок как: глубина канавок, высота спиралевидной линии и шаг спирали, вдоль которых распространяются канавки, их угол и количество позволяют определить форму и количество режущих зубьев.

Такое конструктивное исполнение позволяет повысить качество обработанной поверхности за счет особенностей вторичной винтовой канавки, которая расположена вдоль оси инструмента и представляет единую спиралевидную канавку с мелким шагом (фиг. 4). Кроме того расположение винтовых канавок обеспечивает непрерывность процесса резания и отсутствие необработанных секторов. Непрерывность процесса обеспечивается за счет непрерывности вторичной винтовой канавки, а именно за счёт смещения режущих зубьев, которые образуются упомянутой канавкой.

Взаимное пересечение первичных и вторичной винтовых канавок не образует следов кинематической волнистости на обработанной поверхности, а режущие зубья в виде усеченных пирамидок позволяют минимизировать процессы вытягивания волокон композита. Пересечение канавок получается технологически. При их шлифовке первичные канавки будут одной направленности, а вторичная – противоположной.

Принцип работы устройства: фреза вращается вокруг своей оси со скоростью вращения шпинделя, а также движется по направлению подачи со скоростью подачи. При контакте с композиционным материалом вершины режущих зубьев, выполненных в виде усеченных пирамидок, врезаются в материал на величину подачи на зуб, что приводит к разрушению композиционного материала. В результате интенсивных деформаций, волокна композита срезаются. При большем количестве режущих кромок процесс срезания волокон композита становиться более интенсивным, при этом снижается вероятность их вытягивания из связующего.

Claims (1)

1. Фреза для обработки композиционных материалов, содержащая хвостовик и режущую часть, которая состоит из торцевой и цилиндрической частей, при этом цилиндрическая часть состоит из винтовых канавок двух типов: первичных и вторичной, при этом первичные винтовые канавки выполнены в виде проточек по спирали с неполным витком, а вторичная винтовая канавка выполнена в виде проточки по спирали с мелким шагом, отличающаяся тем, что режущая часть выполнена с зубьями в виде усечённых пирамидок, образованных пересечением указанных первичных и вторичной винтовых канавок, причём вторичная винтовая канавка выполнена сплошной.