RU2643994C2

RU2643994C2 - Material machining tool

Info

Publication number: RU2643994C2
Application number: RU2016118931A
Authority: RU
Inventors: Павел Иосифович Чумак; Александр Сергеевич Ковальчук; Ольга Сергеевна Диба
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Аэростарт"
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2018-02-06
Also published as: RU2016118931A

Abstract

FIELD: wood-working industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of processing foams, polymer and composite materials by cutting. Can be used in the processing of wood and soft metals. Tool for machining materials consists of spiral cutting blade (1), cylindrical body (2) with a screw shaped groove for the cutting blade, cutter shaft (3) with flange, clamping ring (4) and nut (6). Spiral cutting blade is a cylindrical spiral wound from a flat profiled plate, subsequently thermally processed to the required hardness. Technical result of the invention is achieved in that, in order to facilitate re-sharpening of the tool when getting blunt, increase the tool life and durability, its cutting blade is removable and is a spiral made of a flat profiled plate screwed to the stop on a screw threaded cylindrical body and fixed in this position.

EFFECT: technical result of the proposed invention is achieved through the use of sliding cutting and consists in providing high-quality machining of parts while maintaining high tool stability and simple technology of its re-sharpening when getting blunt.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки пенопластов, полимерных и композитных материалов резанием. Может быть использовано при обработке древесины и мягких металлов.The invention relates to the field of processing foams, polymeric and composite materials by cutting. It can be used in the processing of wood and soft metals.

Широко известна теория и разработанный на ее основе режущий инструмент, обеспечивающий снятие припуска с заготовки за счет деформации сдвига материала. Этот инструмент повсеместно и успешно используется при обработке металлов: стали, чугуна, бронзы, латуни. Однако часто возникают проблемы при обработке пластичных металлических материалов: малоуглеродистой стали, меди, алюминия. И совсем неприемлемо использование данного режущего инструмента при обработке полимерных материалов и особенно пластмасс.The theory and the cutting tool developed on its basis are widely known, which ensures removal of stock from the workpiece due to shear deformation of the material. This tool is universally and successfully used in the processing of metals: steel, cast iron, bronze, brass. However, problems often arise when processing ductile metal materials: mild steel, copper, aluminum. And it is completely unacceptable to use this cutting tool in the processing of polymeric materials and especially plastics.

Попытки улучшения качества резания полимерных и композитных материалов за счет подбора оптимальных значений переднего и заднего углов резцов, а также угла заострения положительных результатов не дали. При традиционном резании этих материалов происходит отделение срезаемого слоя в результате создания зоны напряженного состояния, обусловленной упругопластической деформацией. При этом стружка отделяется по плоскостям действия наибольших напряжений. Для вязкоупругих полимерных материалов такая схема резания приводит к отрыву срезаемого слоя по направлениям разрыва молекулярных связей на определенной стадии упругонапряженного состояния. Обработанная поверхность этих материалов при применении традиционного резания характеризуется неупорядоченными вырывами и сколами по кромкам, определяющими весьма низкие показатели качества поверхностного слоя. Соответственно получаются низкими и показатели точности размеров обработанных поверхностей.Attempts to improve the cutting quality of polymer and composite materials by selecting the optimal values of the front and rear angles of the cutters, as well as the angle of sharpening, did not give positive results. In the traditional cutting of these materials, the cut-off layer is separated as a result of creating a stress zone caused by elastoplastic deformation. In this case, the chips are separated along the action planes of the highest stresses. For viscoelastic polymeric materials, such a cutting scheme leads to the separation of the sheared layer in the directions of molecular bonds breaking at a certain stage of the elastically stressed state. The processed surface of these materials using traditional cutting is characterized by disordered tearing and chipping along the edges, which determine very low quality indicators of the surface layer. Accordingly, obtained and low and the accuracy of the dimensions of the treated surfaces.

При разработке режущего инструмента для полимерных и композитных материалов необходимо использовать новую теорию. И такова теория уже имеется. Это теория «Скользящего резания». Основоположником которой является академик ВАСХНИЛ Горячкин Василий Прохорович. Впервые она была изложена в работе «Теория плуга». В этой работе отмечается особое значение скользящего движения лезвия по разрезаемому материалу. Он же ввел понятие коэффициента скольжения, определяя его как отношение касательной составляющей полной скорости лезвия к нормальной составляющей этой скорости. При скользящем резании величина общего усилия, действующего на режущий инструмент, существенно уменьшается, что снижает деформацию обработанной поверхности заготовки и улучшает ее чистоту.When developing a cutting tool for polymer and composite materials, it is necessary to use a new theory. And such a theory already exists. This is the theory of "sliding cutting." The founder of which is academician of the All-Union Agricultural Academy of Sciences Goryachkin Vasily Prokhorovich. It was first set forth in The Plow Theory. In this work, the special importance of the sliding motion of the blade along the material being cut is noted. He introduced the concept of slip coefficient, defining it as the ratio of the tangent component of the full speed of the blade to the normal component of this speed. When sliding cutting, the value of the total force acting on the cutting tool is significantly reduced, which reduces the deformation of the machined surface of the workpiece and improves its cleanliness.

В дальнейшем теория скользящего резания была развернута и детально изложена в трудах Марунича Вячеслава Алексеевича. В них же содержатся необходимые рекомендации, подтвержденные экспериментально, как по соотношению скоростей резания и подач, так и по геометрическим параметрам режущего инструмента.Subsequently, the theory of sliding cutting was developed and described in detail in the writings of Marunich Vyacheslav Alekseevich. They also contain the necessary recommendations, confirmed experimentally, both in terms of the ratio of cutting speeds and feeds, and in the geometric parameters of the cutting tool.

Известен режущий инструмент, содержащий корпус и пластинчатые ножи с режущими кромками и вогнутыми передними и задними поверхностями для обработки ячеистых пластмасс за счет скользящего резания (Авторское свидетельство SU 1152723 А).Known cutting tool containing a housing and plate knives with cutting edges and concave front and rear surfaces for processing cellular plastics due to sliding cutting (Copyright certificate SU 1152723 A).

Недостатком данного инструмента является то, что припуск с детали удаляется за счет обламывания подрезанного слоя. Поэтому данный инструмент применим только для обработки пенопластов.The disadvantage of this tool is that the allowance is removed from the part due to breaking off the trimmed layer. Therefore, this tool is applicable only for processing foams.

Известен режущий инструмент для обработки пенопласта, рабочая часть которого содержит корпус с поочередно расположенными прорезными и отрезными ножами. Причем наиболее удаленные от оси инструмента точки режущих ножей находятся на одной окружности и лежат в плоскости, перпендикулярной оси инструмента (Авторское свидетельство SU 1117149 А1).Known cutting tool for processing polystyrene, the working part of which contains a housing with alternately located slotted and detachable knives. Moreover, the points of cutting knives farthest from the axis of the tool are on the same circle and lie in a plane perpendicular to the axis of the tool (Copyright certificate SU 1117149 A1).

Недостатком данного инструмента является то, что он малопригоден к обработке сплошных пластмасс и, и тем более, композитных материалов.The disadvantage of this tool is that it is unsuitable for processing solid plastics and, moreover, composite materials.

Известен инструмент (цилиндрическая фреза) для механической обработки материалов, взятый за прототип, содержащий цилиндрический корпус с режущей частью в виде винтовой нарезки, отличающийся тем, что, с целью обработки полимерных материалов, винтовая нарезка выполнена с углом подъема 5-15° (авторское свидетельство SU 1219387 А). При таком угле наклона режущей кромки обеспечивается скользящее резание, обеспечивающее высокую чистоту поверхности и точность изготавливаемых деталей.A known tool (cylindrical cutter) for machining materials, taken as a prototype, containing a cylindrical body with a cutting part in the form of a screw thread, characterized in that, for the purpose of processing polymer materials, the screw thread is made with a lifting angle of 5-15 ° (copyright certificate SU 1219387 A). At this angle of inclination of the cutting edge, sliding cutting is ensured, which ensures high surface cleanliness and accuracy of the manufactured parts.

Недостатком фрезы, взятой за прототип, является очень большая сложность переточки при затуплении и, как следствие, высокая стоимость изготовления нового инструмента и последующей эксплуатации.The disadvantage of the cutter, taken as a prototype, is the very high complexity of regrinding during blunting and, as a result, the high cost of manufacturing a new tool and subsequent operation.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в разработке конструкции фрезы, обеспечивающей качественную обработку заготовок из полимерных и композитных материалов на фрезерных станках, а также копировальных станках и обрабатывающих центрах.The technical problem solved by the invention consists in developing a cutter design that provides high-quality processing of workpieces from polymer and composite materials on milling machines, as well as copy machines and machining centers.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в обеспечении качественной обработки деталей из полимерных материалов, включая пенопласты и композитные материалы, при сохранении высокой стойкости инструмента, и простой технологии переточки при его затуплении.The technical result of the invention is to provide high-quality processing of parts made of polymeric materials, including foams and composite materials, while maintaining high tool life, and a simple technology for regrinding when it is dull.

Технический результат изобретения достигается тем, что инструмент для механической обработки материалов, содержащий цилиндрический корпус с режущей частью в виде винтовой нарезки с углом подъема 5-15°, отличающийся тем, что режущая часть лезвия имеет задний угол 4…6°, передний угол 78…80°, угол заострения не более 6°, выполнена съемной и представляет собой спираль, изготовленную из плоской профилированной пластины, навинченной до упора по винтовой нарезке цилиндрического корпуса, и закрепленной в таком положении гайкой или фиксирующим винтом.The technical result of the invention is achieved in that a tool for machining materials containing a cylindrical body with a cutting part in the form of a screw thread with a lifting angle of 5-15 °, characterized in that the cutting part of the blade has a rear angle of 4 ... 6 °, rake angle of 78 ... 80 °, a taper angle of not more than 6 °, is removable and is a spiral made of a flat profiled plate screwed to the stop on a screw thread of a cylindrical body, and fixed in this position by a nut or fixing screw th.

На фиг. 1 показан инструмент для механической обработки в сборе.In FIG. 1 shows an assembly machining tool.

На фиг. 2 - режущее лезвие инструмента.In FIG. 2 - cutting tool blade.

На фиг. 3 - цилиндрический корпус инструмента с винтовой профилированной канавкой для навинчивания режущего лезвия.In FIG. 3 - cylindrical tool body with a profiled screw groove for screwing the cutting blade.

На фиг. 4 - вал фрезы с фланцем.In FIG. 4 - a mill shaft with a flange.

Описание устройства.Description of the device.

Инструмент для механической обработки материалов (фиг. 1) состоит из спирального режущего лезвия 1, цилиндрического корпуса 2 с винтовой профилированной канавкой для режущего лезвия, вала фрезы 3 с фланцем, прижимного кольца 4 и гайки 6.The tool for machining materials (Fig. 1) consists of a spiral cutting blade 1, a cylindrical body 2 with a screw shaped groove for the cutting blade, a cutter shaft 3 with a flange, a clamping ring 4 and a nut 6.

Спиральное режущее лезвие (фиг. 2) представляет собой цилиндрическую спираль, навитую из плоской профилированной пластины, в последующем термически обработанной на требуемую твердость.The spiral cutting blade (Fig. 2) is a cylindrical spiral wound from a flat profiled plate, subsequently heat-treated for the required hardness.

Цилиндрический корпус инструмента с винтовой цилиндрической канавкой (фиг. 3) служит для придания жесткости режущему лезвию, предотвращая его прогиб, под действием нагрузки со стороны обрабатываемой заготовки.The cylindrical tool body with a helical cylindrical groove (Fig. 3) serves to stiffen the cutting blade, preventing it from bending under the action of the load from the side of the workpiece.

Вал фрезы с фланцем (фиг. 4) устанавливается в подшипниках качения. Его фланец служит опорой как для цилиндрического корпуса инструмента, так и для спирального режущего лезвия.The cutter shaft with a flange (Fig. 4) is installed in the rolling bearings. Its flange supports both the cylindrical tool body and the spiral cutting blade.

При сборке фрезы (фиг. 1) режущее лезвие 1 навинчивается на корпус инструмента 2 по винтовой канавке и затем фиксируется в таком положении с одной стороны фланцем вала фрезы 3, а с другой прижимным кольцом 4 и гайкой 6.When assembling the cutter (Fig. 1), the cutting blade 1 is screwed onto the tool body 2 along the helical groove and then fixed in this position on one side by the flange of the cutter shaft 3, and on the other by the clamping ring 4 and nut 6.

Передний угол, задний угол и угол заострения режущего лезвия (фиг. 1) определяются формой поперечного сечения пластины, из которой оно изготавливается. Поэтому геометрические параметры режущего лезвия должны быть определены до фрезерования пластины, перед ее навивкой.The rake angle, the rake angle and the sharpening angle of the cutting blade (Fig. 1) are determined by the cross-sectional shape of the plate from which it is made. Therefore, the geometric parameters of the cutting blade must be determined before milling the plate, before winding it.

Экспериментальным путем было установлено, что для обеспечения качественного резания пенопластов, полимерных и композитных материалов задний угол α должен находиться в пределах 4…6°, передний γ - в пределах 78…80°, угол заострения β - не более 6°.It was established experimentally that to ensure high-quality cutting of foams, polymers and composite materials, the rear angle α should be in the range of 4 ... 6 °, the front angle γ should be in the range of 78 ... 80 °, and the point of sharpening β should be no more than 6 °.

Уменьшение заднего угла α меньше 4° недопустимо из-за перегрева, размягчения и даже оплавления обработанной поверхности, что сильно ухудшает ее качество. Увеличение этого же угла также ухудшает качество обработанной поверхности из-за увеличения ее волнистости.Reducing the rear angle α less than 4 ° is unacceptable due to overheating, softening and even melting of the treated surface, which greatly affects its quality. An increase in the same angle also affects the quality of the treated surface due to an increase in its waviness.

Угол заострения β выбирается из условия прочности режущей кромки инструмента и зависит от механических характеристик обрабатываемого материала. Для обработки пенопластов оптимальным можно считать угол 3…4°, для обработки пластмасс - 4…5°, для обработки стеклопластиков и мягких металлов - 5…6°.The point angle β is selected from the condition of the strength of the cutting edge of the tool and depends on the mechanical characteristics of the material being processed. For the processing of foams, the optimum angle can be considered 3 ... 4 °, for the processing of plastics - 4 ... 5 °, for the processing of fiberglass and soft metals - 5 ... 6 °.

Диаметр фрезы и шаг навивки спирального режущего лезвия должны быть подобраны таким образом, чтобы угол между режущей кромкой ножа, работающего в плоскости резания, и направлением скорости главного движения резания не превышал 15°. Увеличение угла более 15° приводит к резкому снижению качества обработанной поверхности. В этом случае у заготовок из полимерных материалов образуются дефекты в виде вырывов и сколов. Существенно увеличивается шероховатость обработанной поверхности. При уменьшении указанного выше угла с 20° до 2° качество обработанной поверхности улучшается. При угле, равном примерно 2°, достигается максимальный эффект скользящего резания, при котором обеспечиваются наивысшее качество обработанной поверхности. Отрицательной стороной столь малых углов является увеличение машинного времени и, как следствие, снижение производительности труда при обработке заготовок. При уменьшении угла менее 2° процесс резания прекращается, а материал в зоне кромки лезвия испытывает лишь небольшие упругие деформации без процесса стружкообразования. Однако идет нагрев как режущего лезвия, так и контактирующей с ним поверхности заготовки.The diameter of the cutter and the winding pitch of the spiral cutting blade must be selected so that the angle between the cutting edge of the knife operating in the cutting plane and the direction of the speed of the main cutting movement does not exceed 15 °. An increase in the angle of more than 15 ° leads to a sharp decrease in the quality of the treated surface. In this case, defects in the form of tears and chips are formed in the blanks from polymeric materials. The roughness of the treated surface increases significantly. By reducing the above angle from 20 ° to 2 °, the quality of the treated surface improves. At an angle of approximately 2 °, the maximum effect of sliding cutting is achieved, at which the highest quality of the processed surface is ensured. The negative side of such small angles is an increase in machine time and, as a consequence, a decrease in labor productivity in processing workpieces. When the angle decreases to less than 2 °, the cutting process stops, and the material in the area of the edge of the blade experiences only small elastic deformations without the process of chip formation. However, both the cutting blade and the surface of the workpiece in contact with it are heated.

Таким образом, при конструировании инструмента для обработки пенопластов, полимерных материалов, включая композитные, угол между режущей кромкой ножа, работающего в плоскости резания, и направлением скорости главного движения выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к обработанной поверхности. Но, в любом случае, для обеспечения скользящего резания он не должен превышать 15°.Thus, when designing a tool for processing foams, polymeric materials, including composite ones, the angle between the cutting edge of the knife working in the cutting plane and the direction of the speed of the main movement is selected depending on the requirements for the treated surface. But, in any case, to ensure sliding cutting, it should not exceed 15 °.

Достоинством заявляемого инструмента для механической обработки материалов является и то, что процесс стружкообразования осуществляется с существенно меньшими затратами механической работы.The advantage of the claimed tool for machining materials is that the chip formation process is carried out with significantly lower costs of mechanical work.

Claims

A tool for machining materials, containing a cylindrical body with a cutting part in the form of a screw thread with a lifting angle of 5-15 °, characterized in that the cutting part of the blade has a rear angle of 4 ... 6 °, a rake angle of 78 ... 80 °, the angle of sharpening is not more than 6 °, made removable and is a spiral made of a flat profiled plate screwed to the stop on a screw thread of a cylindrical body and secured in this position by a nut or a fixing screw.