RU2691483C1 - End mill - Google Patents
End mill Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691483C1 RU2691483C1 RU2019105763A RU2019105763A RU2691483C1 RU 2691483 C1 RU2691483 C1 RU 2691483C1 RU 2019105763 A RU2019105763 A RU 2019105763A RU 2019105763 A RU2019105763 A RU 2019105763A RU 2691483 C1 RU2691483 C1 RU 2691483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- resistant coating
- working part
- thickness
- cutter
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 31
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C5/00—Milling-cutters
- B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
- B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Настоящее изобретение относится к металлорежущему инструменту, в частности к концевым фрезам, используемым для обработки различных поверхностей в первую очередь в изделиях из высокопрочных сталей и трудно обрабатываемых материалов, а также для обработки алюминия.The present invention relates to a metal-cutting tool, in particular, to end mills used for machining various surfaces primarily in high-strength steel products and difficult-to-work materials, as well as for machining aluminum.
Уровень техники.The level of technology.
Для обработки изделий, имеющих различную форму обрабатываемой поверхности, используют концевые фрезы различного диаметра, рабочая часть которых выполнена из твердого сплава с износостойким покрытием. Износостойкое покрытие с учетом своего прямого назначения позволяет существенно повысить работоспособность и стойкость фрез применительно к конкретным обрабатываемым материалам и режимам резания.For processing products that have a different shape of the treated surface, end mills of different diameters are used, the working part of which is made of a hard alloy with a wear-resistant coating. Wear-resistant coating, taking into account its intended purpose, can significantly improve the performance and durability of the cutters in relation to specific processed materials and cutting conditions.
В процессе фрезерования рабочая часть концевых фрез подвергается значительному механическому и термическому воздействиям. При этом она подвергается ударным нагрузкам и периодически испытывает изгиб с кручением, находясь в сложном напряженно деформированном состоянии. При этом возможно возникновение вибраций, сопровождающихся снижением стойкости фрез и ухудшением обрабатываемых поверхностей, что особенно важно при обработке деталей летательных аппаратов.In the process of milling the working part of the end mills is subjected to significant mechanical and thermal effects. At the same time, it is subjected to shock loads and periodically experiences a bend with torsion, being in a complex stress-strain state. This may cause vibrations, accompanied by a decrease in the resistance of the cutters and the deterioration of the machined surfaces, which is especially important when processing parts of aircraft.
При разработке конструкций фрез обычно учитывают неравномерное нагружение концевых фрез вдоль их рабочей части, что связано с их консольным закреплением в шпинделе металлообрабатывающего станка. При этом, как правило, не учитывают консольное расположение зубьев фрез в радиальном направлении относительно их оси. Для увеличения жесткости рабочей части концевых фрез используют различные формы и размеры, как самой рабочей части, так и формы и размеры стружкоотводящих канавок и зубьев, расположенных вдоль рабочей части фрез. Для фрез с износостойкими покрытиями для указанных целей также используют свойства износостойких покрытий, имеющих остаточные сжимающие механические напряжения.When developing designs of mills, usually uneven loading of end mills along their working part is taken into account, which is connected with their cantilever fastening in the spindle of the metalworking machine. In this case, as a rule, do not take into account the console arrangement of the teeth of the cutters in the radial direction relative to their axis. To increase the rigidity of the working part of the end mills, various shapes and sizes are used, both of the working part itself, and the shapes and sizes of chip grooves and teeth located along the working part of the mills. For mills with wear-resistant coatings for these purposes also use the properties of wear-resistant coatings with residual compressive mechanical stresses.
Известны конструкция концевых фрез, например, патенты РФ на изобретение №262731 и №27617827, содержащих расположенную вокруг оси вращения рабочую часть с режущим кромками, чередующимися со стружкоотводящими канавками. При этом рабочая часть указанных фрез выполнена из твердого сплава с износостойким покрытием, в котором, по меньшей мере, один слой имеет остаточные сжимающие напряжения. В этих конструкциях используются свойства износостойких покрытий, имеющих сжимающие остаточные напряжения, для повышения жесткости рабочей части фрез. При этом даны соотношения длины и/или площади поверхности с износостойким покрытием и размерами рабочей части фрез, позволяющие обеспечить снижение вибраций при обработке изделий из трудно обрабатываемых материалов. Конструкция указанных концевых фрез предусматривает разную толщину износостойкого покрытия по поверхности рабочей части, что позволяет учесть особенность консольного нагружения фрез в целом.Known design end mills, for example, patents of the Russian Federation for the invention №262731 and №27617827, containing located around the axis of rotation of the working part with cutting edges, alternating with chip grooves. In this case, the working part of these cutters is made of a hard alloy with a wear-resistant coating, in which at least one layer has residual compressive stresses. In these structures, the properties of wear-resistant coatings with compressive residual stresses are used to increase the rigidity of the working part of the cutters. In this case, given the ratio of length and / or surface area with a wear-resistant coating and the size of the working part of the cutters to reduce vibrations in the processing of products from difficult-to-process materials. The design of these end mills provides for a different thickness of the wear-resistant coating on the surface of the working part, which allows to take into account the peculiarity of the cantilever loading of the mills as a whole.
Однако указанные выше технические решения направлены на увеличение жесткости только в целом рабочей части концевых фрез с учетом ее консольного нагружения. Они не учитывают консольное расположение и переменное сечение зубьев фрез в радиальном направлении относительно оси вращения. В тоже время следует заметить, что именно зубья фрез в первую очередь воспринимают ударную нагрузку, возникающую в момент врезания режущих кромок в обрабатываемый материал. При этом режущие кромки, являясь вершиной зубьев, наиболее удаленной от оси вращения фрез, подвергаются максимальным динамическим нагрузкам и испытывают максимальные тангенциальные напряжения, влияющие на работоспособность и стойкость концевых фрез.However, the above technical solutions are aimed at increasing the rigidity only in the whole working part of end mills, taking into account its cantilever loading. They do not take into account the console arrangement and the variable section of the teeth of the cutters in the radial direction relative to the axis of rotation. At the same time, it should be noted that it is the teeth of the cutters that first of all perceive the shock load that occurs at the time of cutting the cutting edges into the material being processed. At the same time, the cutting edges, being the tip of the teeth, furthest from the axis of rotation of the cutters, are subjected to maximum dynamic loads and experience maximum tangential stresses that affect the performance and durability of end mills.
Известно, что при консольном расположении противостоять ударным нагрузкам наиболее способны консольные балки равного сопротивления, имеющие переменное сечение. Существующие формы зубьев также имеют в радиальном направлении переменное сечение относительно оси концевых фрез. Эти формы зависят в первую очередь от углов резания, а также от формы и размеров стружкоотводящих канавок и рабочей части в целом самих концевых фрез. Указанные параметры являются определяющими, так как от них зависит в принципе работоспособность концевых фрез.It is known that with cantilever positioning, cantilever beams of equal resistance, having a variable cross section, are most capable of withstanding impact loads. Existing tooth shapes also have a variable cross section in the radial direction relative to the axis of the end mills. These forms depend primarily on the cutting angles, as well as on the shape and size of the chip grooves and the working part as a whole of the end mills themselves. These parameters are decisive, since the performance of end mills depends on them in principle.
В тоже время существующие размеры и формы зубьев концевых фрез не учитывают особенностей балок равного сопротивления. При этом, как правило, сечения зубьев в их основаниях по площади значительно больше сечений, расположенных ближе к режущим кромкам. Причем эта разница не соразмерна с расстоянием от соответствующего сечения до оси вращения фрез, определяющего величину изгибающего момента в соответствующем сечении. В результате чего сечения, расположенные ближе к режущим кромкам, испытывают существенно большие механические напряжения и связанные с этим нагрузки, чем сечения, расположенные ближе к оси вращения фрез. Это приводит к не равномерному нагружению зубьев по их длине в радиальном направлении и тем самым потере свойств балок равного сопротивления.At the same time, the existing dimensions and shapes of the teeth of the end mills do not take into account the features of beams of equal resistance. In this case, as a rule, the sections of the teeth in their bases are significantly larger in area than the sections located closer to the cutting edges. Moreover, this difference is not commensurate with the distance from the corresponding section to the axis of rotation of the cutters, which determines the magnitude of the bending moment in the corresponding section. As a result, sections that are located closer to the cutting edges experience significantly greater mechanical stresses and associated loads than sections that are located closer to the axis of rotation of the cutters. This leads to non-uniform loading of the teeth along their length in the radial direction and thereby the loss of the properties of the beams of equal resistance.
Совершенствование конструкции концевых фрез за счет подбора размеров и форм их зубьев и стружкоотводящих канавок, учитывающих требования, предъявляемые к балкам равного сопротивления, во многом исчерпано. Новые возможности раскрывает использование износостойких покрытий, имеющих остаточные сжимающие напряжения и позволяющих уменьшить отрицательное влияние ударных нагрузок на режущую часть концевых фрез.Improvement of the design of end mills due to the selection of the sizes and shapes of their teeth and chip removal grooves, taking into account the requirements for beams of equal resistance, is largely exhausted. New features reveals the use of wear-resistant coatings with residual compressive stresses and allowing to reduce the negative impact of shock loads on the cutting part of end mills.
Задачей настоящего изобретения является повышение работоспособности и стойкости концевой фрезы за счет использования износостойких покрытий, имеющих остаточные сжимающие напряжения и разную толщину по поверхности рабочей части фрезы в радиальном направлении относительно ее оси вращения.The present invention is to improve the performance and durability of the end mills through the use of wear-resistant coatings with residual compressive stresses and different thickness over the surface of the working part of the milling machine in the radial direction relative to its axis of rotation.
Технический результат: повышение работоспособности и стойкости фрезы.Technical result: increased efficiency and durability of the cutter.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.This technical result is achieved by a combination of features that are given in the respective claims.
Фреза концевая содержит расположенную вокруг оси вращения рабочую часть с режущими кромками, образованными на пересечении передних и задних поверхностей и расположенными с чередованием со стружкоотводящими канавками. На рабочую часть нанесено износостойкое покрытие, состоящее из, по меньшей мере, одного слоя, который содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb, Ti, Та, Zr, Hf, Al, Si, С, N, О и имеет остаточные сжимающие напряжения. При этом износостойкое покрытие имеет не равномерную толщину по поверхности рабочей части фрезы.The end milling cutter contains a working part located around the axis of rotation with cutting edges formed at the intersection of the front and rear surfaces and arranged alternately with the chip grooves. A wear-resistant coating is applied to the working part, consisting of at least one layer that contains a phase with at least one of the elements V, Cr, Nb, Ti, Ta, Zr, Hf, Al, Si, C, N , Oh and has residual compressive stresses. In this case, the wear-resistant coating has an uneven thickness over the surface of the working part of the cutter.
Согласно изобретению толщина износостойкого покрытия на передних и задних поверхностях на виде поперечного сечения плоскостью рабочей части в радиальном направлении от оси вращения фрезы к ее режущим кромкам имеет переменную величину в пределах 0,2-5,0 мкм и она больше в направлении от оси вращения фрезы к режущим кромкам.According to the invention, the thickness of the wear-resistant coating on the front and rear surfaces in the cross-sectional view by the plane of the working part in the radial direction from the axis of rotation of the cutter to its cutting edges has a variable value in the range of 0.2-5.0 μm and it is larger in the direction from the axis of rotation of the cutter to cutting edges.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением фрезы ее рабочая часть выполнена из твердого сплава съемной.In accordance with one preferred embodiment of the milling cutter, its working part is made of removable hard alloy.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы толщина износостойкого покрытия обратно пропорциональна углу между нормалью к соответствующей поверхности и радиусом окружности рабочей части фрезы, проходящим через эту поверхность, и прямо пропорциональна расстоянию от оси вращения фрезы до упомянутой поверхности.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, the thickness of the wear-resistant coating is inversely proportional to the angle between the normal to the corresponding surface and the radius of the working part of the milling cutter passing through this surface and is directly proportional to the distance from the axis of rotation of the milling cutter to the said surface.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы износостойкое покрытие содержит слой из сверхтвердого аморфного углерода.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, the wear-resistant coating comprises a layer of superhard amorphous carbon.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы толщина слоя из сверхтвердого аморфного углерода находится в пределах 0,5-1,6 мкм, а остаточные сжимающие напряжения в износостойком покрытии находятся в пределах 4-10 ГПа.In accordance with another preferred embodiment of the cutter, the thickness of the layer of superhard amorphous carbon is in the range of 0.5-1.6 μm, and the residual compressive stresses in the wear-resistant coating are in the range of 4-10 GPa.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы на виде поперечного сечения плоскостью ее рабочей части толщины износостойкого покрытия на равно удаленных от оси фрезы участках передних и задних поверхностей зубьев, расположенных на окружностях, эквидистантных окружностям, проходящим через наиболее удаленные от оси фрезы участки режущих кромок, не равны между собой.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter in the cross sectional view by the plane of its working part, the thickness of the wear-resistant coating is equal to areas of the front and rear surfaces of the teeth that are located on circles equidistant to the circles passing through the cutting edges that are furthest from the axis of the cutter; equal to each other.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы толщина износостойкого покрытия на задних поверхностях больше, чем на передних.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, the thickness of the wear-resistant coating on the rear surfaces is greater than on the front.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы ее износостойкое покрытие многослойное с толщиной в пределах 1,5-5 мкм.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, its wear-resistant multi-layer coating with a thickness in the range of 1.5-5 microns.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы толщина износостойкого покрытия по длине режущей части не равномерна.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, the thickness of the wear-resistant coating is not uniform along the length of the cutting part.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением фрезы толщина износостойкого покрытия по длине режущей части меньше в направлении от ее торца к хвостовику.In accordance with another preferred embodiment of the milling cutter, the thickness of the wear-resistant coating along the length of the cutting part is less in the direction from its end to the shank.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
На фиг. 1a, b изображен вид сбоку на фрезу концевую соответственно с цельной и съемной цилиндрической рабочей частью;FIG. 1a, b shows a side view of the end mill, respectively, with a solid and removable cylindrical working part;
на фиг. 2 изображен вид с торца на фрезу концевую, изображенную на фиг. 1;in fig. 2 shows an end view of an end mill as depicted in FIG. one;
на фиг. 3 изображен фрагмент поперечного сечения плоскостью по линии А-А зуба фрезы концевой, изображенной на фиг. 1, с износостойким покрытием;in fig. 3 shows a fragment of a cross section of the plane along the line A-A of the cutter tooth end shown in FIG. 1, with wear-resistant coating;
на фиг. 4a, b изображен схематично фрагмент сечения зуба фрезы соответственно по линии I-I и IV-IV, изображенного на фиг. 3;in fig. 4a, b shows schematically a fragment of the cutter tooth section, respectively, along the line I-I and IV-IV shown in FIG. 3;
на фиг. 5a, b изображен схематично фрагмент сечения зуба фрезы соответственно по линии II-II и III-III, изображенного на фиг. 3;in fig. 5a, b schematically shows a fragment of a cross-section of the tooth of the cutter, respectively, along the line II-II and III-III, shown in FIG. 3;
на фиг. 6 изображен фрагмент поперечного сечения плоскостью зуба фрезы концевой по линии А-А, изображенной на фиг. 1, с указанием углов между нормалью к соответствующей поверхности с износостойким покрытием и радиусом окружности рабочей части, проходящим через эту поверхность;in fig. 6 shows a fragment of the cross-section of the face of the cutter tooth, along the line A-A shown in FIG. 1, indicating the angles between the normal to the corresponding surface with a wear-resistant coating and the radius of the circumference of the working part, passing through this surface;
на фиг. 7a, b, c изображены схематично фрагменты сечения зуба фрезы, изображенного на фиг. 6, соответственно по линии V-V, VI-VI и VII-VII;in fig. 7a, b, c schematically show fragments of a cross-section of the cutter tooth shown in FIG. 6, respectively, through lines V-V, VI-VI and VII-VII;
на фиг. 8 изображен фрагмент поперечного сечения плоскостью зуба фрезы концевой по линии А-А, изображенной на фиг. 1, с указанием секущих плоскостей зуба фрезы, параллельных ее оси, по линиям В-В и С-С;in fig. 8 shows a fragment of a cross-section of the face of the cutter tooth, along the line A-A shown in FIG. 1, with the indication of the cutting planes of the cutter's tooth parallel to its axis along the lines B-B and C-C;
на фиг. 9a, b изображены фрагменты сечений зуба фрезы, изображенного на фиг. 8, по линии В-В и С-С.in fig. 9a, b depict fragments of sections of the tooth of the cutter shown in FIG. 8, along the lines B-B and C-C.
Детальное описание чертежей.Detailed description of the drawings.
На фиг. 1a в качестве примера изображена фреза концевая 10 с цилиндрической рабочей частью 14, четырьмя зубьями и винтовым расположением режущих кромок 16 вокруг оси 12 с чередованием со стружкоотводящими канавками 22. При этом количество зубьев фрезы может быть иным, а ее рабочая часть может быть, например, конусообразной.FIG. 1a shows, as an example, a
Рабочая часть 14 может быть выполнена из твердого сплава или быстрорежущей стали. Также она может быть съемной 14а и крепиться к хвостовику 12а фрезы с помощью резьбового соединения, как изображено на фиг. 1b. На фиг. 2 изображен вид с торца на рабочую часть 14 и 14а фрезы 10 с изображением торцевых зубьев 22а, идущих в радиальном направлении от оси 12 фрезы 10.The working
На рабочую часть 14, 14a нанесено износостойкое покрытие 24, например, путем вакуумно-дугового распыления. Причем износостойкое покрытие 24 состоит из, по меньшей мере, одного слоя 26, который содержит фазу, по меньшей мере, с одним из элементов V, Cr, Nb, Ti, Та, Zr, Hf, Al, Si, С, N, О и имеет остаточные сжимающие напряжения.A wear-
Элементы, указанные в перечне, как правило, входят в износостойкие покрытия, имеющие остаточные сжимающие напряжения и используемые для повышения стойкости режущего инструмента в зависимости от обрабатываемого материала и режимов обработки. Например, Nb, Та, Hf используются в высокотемпературных покрытиях инструмента, используемого при обработке поверхностей изделий из трудно обрабатываемых материалов.The elements specified in the list, as a rule, are included in wear-resistant coatings that have residual compressive stresses and are used to increase the durability of the cutting tool, depending on the material being processed and processing modes. For example, Nb, Ta, Hf are used in high-temperature coatings of tools used in surface treatment of products from difficult-to-process materials.
При этом износостойкое покрытие 24 может быть однослойным 26, например, выполненным из аморфного углерода, или быть многослойным и нанесено на поверхность рабочей части методом PVD. Далее для упрощения понимания сути изобретения рассмотрено однослойное износостойкое покрытие 26. При этом толщина износостойкого покрытия 26 по поверхности рабочей части 14 и 14а не равномерна и выполнена с учетом консольного расположения зубьев фрезы относительно ее оси 12.In this case, the wear-
Так в соответствии с изобретением толщина износостойкого покрытия 26 h1…h7 на передних 18 задних 20 поверхностях на виде поперечного сечения плоскостью фиг. 1a по линии А-А рабочей части 14 фрезы 10 в радиальном направлении от оси 12 вращения фрезы 10 к ее режущим кромкам 16 имеет переменную величину в пределах 0,2-5,0 мкм. Причем эта величина больше в направлении от оси 12 фрезы к ее режущим кромкам 16.Thus, in accordance with the invention, the thickness of the wear-
В качестве примера рассмотрим фиг. 4a, b и фиг. 5a, b. Здесь схематично изображены фрагменты сечений зуба, изображенного на фиг. 3, фрезы 10 соответственно по линии I-I, IV-IV и II-II, III-III. При этом, например, толщина износостойкого покрытия 26 в сечениях I-I и IV-IV, расположенных ближе к оси фрезы, соответственно h1 и h4 меньше, чем сечениях II-II и III-III, расположенных дальше от оси фрезы, соответственно h2 и h3.As an example, consider FIG. 4a, b and fig. 5a, b. Here are schematically depicted fragments of the tooth sections shown in FIG. 3, the
В соответствии с одним из предпочтительных исполнений фрезы толщина износостойкого покрытия также обратно пропорциональна углу между нормалью к соответствующей поверхности и радиусом окружности рабочей части фрезы, проходящим через эту поверхность.In accordance with one of the preferred versions of the cutter, the thickness of the wear-resistant coating is also inversely proportional to the angle between the normal to the corresponding surface and the radius of the circumference of the working part of the cutter passing through this surface.
В качестве примера рассмотрим фиг. 6. Здесь схематично изображен фрагмент поперечного сечения плоскостью зуба фрезы концевой по линии А-А, изображенной на фиг. 1, с указанием углов между нормалью к соответствующей поверхности с износостойким покрытием и радиусом окружности рабочей части 14, проходящим через эту поверхность. При этом радиусы, проведенные от оси 12 фрезы 10 к соответствующим сечениям, изображены в виде ломаных линий, что связано с масштабом изображения фрагмента.As an example, consider FIG. 6. Here is a schematic representation of a fragment of the cross-section of the cutter tooth plane along the line A-A shown in FIG. 1, indicating the angles between the normal to the corresponding surface with a wear-resistant coating and the radius of the circumference of the working
Из фиг. 6 видно, что указанные выше углы α1…α3 поверхностей рабочей чести 14 в данном случае зуба фрезы соответственно в сечениях V-V…VII-VII различны.From FIG. 6 that the above angles α1 ... α3 of the surfaces of working
Из фиг. 7 a, b, c видно, что этим углам наклона соответствуют толщины износостойкого покрытия 24. В частности наименьшему углу наклона α1 соответствует наибольшая для рассматриваемого примера толщина h7 износостойкого покрытия, расположенная в сечении VII-VII (фиг. 7b). В тоже время наибольшему углу наклона α3 соответствует наименьшая толщина h5 износостойкого покрытия, расположенная в сечении V-V (фиг. 7а). При этом толщина износостойкого покрытия h6, соответствующая углу наклона α2, занимает промежуточное значение.From FIG. 7 a, b, c that these angles of inclination correspond to the thickness of the wear-
Далее рассмотрим фиг. 8, где изображен фрагмент поперечного сечения плоскостью зуба фрезы концевой по линии А-А, изображенной на фиг. 1, с указанием секущих плоскостей зуба фрезы, параллельных ее оси, по линиям В-В и С-С, и фиг. 9a, b, где изображены фрагменты сечений фиг. 6 соответственно по линиям В-В и С-С.Next, consider FIG. 8, where a fragment of the cross-section is shown by the plane of the cutter's tooth, along the line A-A shown in FIG. 1, with the indication of the cutting planes of the cutter's tooth parallel to its axis along the lines B-B and C-C, and FIG. 9a, b, where fragments of sections of FIG. 6 respectively along the lines bb and cc.
Из фиг. 9a, b видно, что фрагмент площади S1, соответствующий сечению В-В, существенно больше фрагмента площади S2, соответствующего сечению С-С фиг. 8. В результате этого даже с учетом консольного нагружения зубьев фрезы сечения, расположенные ближе к режущим кромкам 16, испытывают существенно большие механические напряжения и связанные с этим нагрузки, чем сечения, расположенные ближе к оси вращения 12 фрез обычного исполнения. Это приводит к неравномерному нагружению зубьев по их длине в радиальном направлении и тем самым потере свойств балок равного сопротивления. Поэтому в одном из предпочтительных исполнений предложенной конструкции фрез указанный негативный фактор компенсируется за счет износостойкого покрытия, имеющего остаточные сжимающие напряжения и различную толщину по поверхности рабочей части 14, в том числе с учетом изменения площади сечения зуба в направлении от оси фрезы.From FIG. 9a, b, it can be seen that the fragment of area S1, corresponding to section B-B, is substantially larger than the fragment of area S2, corresponding to section C – C of FIG. 8. As a result, even taking into account the cantilever loading of the cutter teeth, sections located closer to the cutting edges 16 experience significantly greater mechanical stresses and associated loads than sections located closer to the axis of
Это обеспечивает выравнивание напряжений в указанных сечениях по длине зубьев в радиальном направлении, т.е. в направлении от оси фрезы к ее режущим кромкам в целях получения балки равного сопротивления, за счет определенной компенсации значительной разницы площадей указанных сечений по длине зубьев в радиальном направлении. При этом наибольшая толщина износостойкого покрытия на поверхности рабочей части фрезы, наиболее удаленной от оси вращения, позволяет снизить напряжения в покрытии, возникающих в результате действия наибольших касательных напряжений при скручивании рабочей части.This ensures the equalization of stresses in the specified sections along the length of the teeth in the radial direction, i.e. in the direction from the axis of the cutter to its cutting edges in order to obtain a beam of equal resistance, due to a certain compensation of a significant difference in the areas of the specified sections along the length of the teeth in the radial direction. At the same time, the greatest thickness of the wear-resistant coating on the surface of the working part of the cutter, which is furthest from the axis of rotation, makes it possible to reduce stresses in the coating that result from the effect of the greatest tangential stresses when the working part is twisted.
При этом следует понимать, что для получения технического результата заданной величины для фрез с конкретной формой зубьев на виде поперечного сечения плоскостью рабочей части фрез с учетом конкретных материалов износостойких покрытий, режимов резания и обрабатываемых материалов толщина износостойкого покрытия в радиальном направлении от оси фрезы будет находиться в пределах 0,2-5.0 мкм.It should be understood that to obtain a technical result of a given value for cutters with a specific tooth shape in the cross-sectional view of the working part of the cutters with the plane taking into account specific materials of wear-resistant coatings, cutting conditions and materials being processed, the thickness of the wear-resistant coating in the radial direction from the cutter axis will be within 0.2-5.0 microns.
Например, для концевых фрез с традиционной формой зубьев и с износостойким покрытием из аморфного углерода наиболее предпочтителен диапазон изменения толщины покрытия от 0,5 до 1,6 мкм. При этом остаточные сжимающие напряжения в износостойком покрытии должны находиться в пределах 4-10 ГПа.For example, for end mills with the traditional shape of the teeth and with a wear-resistant coating of amorphous carbon, the range of variation of the coating thickness from 0.5 to 1.6 μm is most preferable. In this case, the residual compressive stresses in the wear-resistant coating should be in the range of 4-10 GPa.
Для фрез концевых с многослойным износостойким покрытием наиболее предпочтительно толщина покрытия должна находиться в пределах 1,5-5 мкм. Такое многослойное износостойкое покрытие может содержать слои из NbN или TiB2, имеющие остаточные сжимающие напряжения.For end mills with a multi-layer wear-resistant coating, most preferably the coating thickness should be in the range of 1.5-5 microns. Such a multi-layer wear-resistant coating may contain layers of NbN or TiB2, having residual compressive stresses.
Для получения более высокой стойкости предложенной конструкции фрез согласно одному из предпочтительных исполнений фрезы на виде поперечного сечения плоскостью рабочей части 14 фрезы 10 толщины износостойкого покрытия 24 на участках передних и задних поверхностей зубьев, расположенных на окружностях 28 (фиг. 6) с радиусом Ri, эквидистантных окружностям 30 с радиусом Rmax, проходящим через наиболее удаленные от оси 12 фрезы участки режущих кромок 16, должны быть не равны между собой. При этом наиболее предпочтительно, чтобы толщина износостойкого покрытия на задних поверхностях 20 зубьев была больше, чем на передних 18.To obtain a higher resistance of the proposed cutter design in accordance with one of the preferred versions of the cutter in the cross-sectional view by the plane of the working
Далее следует учитывать, что в существующих конструкциях концевых фрез, как правило, их зубья с одной стороны имеют выход на торец рабочей части 14 с образованием торцевых зубьев 22а, а с другой стороны - совместно со стружечными канавками выходят на цилиндрическую часть хвостовика 12а фрезы. В результате этого по длине вдоль рабочей части фрезы зубья также имеют не равномерную жесткость. Причем она увеличивается в направлении от торца фрезы к ее хвостовику.Further, it should be taken into account that in existing structures of end mills, as a rule, their teeth on one side have an exit to the end of the working
В связи с указанным в соответствии с одним из предпочтительных исполнений фрезы концевой толщина износостойкого покрытия по длине ее режущей части выполнена не равномерной. При этом в зависимости от конкретной решаемой технологической задачи толщина износостойкого покрытия, например, может уменьшаться от торца фрезы к ее хвостовику, как показано на фрагментах сечений, изображенных на фиг. 9a и 9b. Это позволяет компенсировать не равномерную жесткость зубьев вдоль рабочей части.In connection with this, in accordance with one of the preferred versions of the cutter, the end thickness of the wear-resistant coating is not uniform along the length of its cutting part. At the same time, depending on the specific technological problem being solved, the thickness of the wear-resistant coating, for example, may decrease from the end of the cutter to its shank, as shown in the fragments of sections shown in FIG. 9a and 9b. This allows you to compensate for the uneven rigidity of the teeth along the working part.
Особенно эффективно данное конструктивное решение, например, для фрез с большой длиной рабочей части, выполненной с переменным сечением сердцевины, обеспечивающим компенсацию консольного закрепления фрезы в шпинделе станка. При этом обеспечивается наибольшая жесткость зубьев фрезы возле ее торца, что позволяет работать с повышенной подачей на зуб, увеличив производительность и стойкость фрез.This design solution is particularly effective, for example, for cutters with a large working section length, made with a variable core section, which compensates for the console fixing of the cutter in the machine spindle. This ensures the greatest rigidity of the teeth of the cutter near its end, which allows you to work with increased feed per tooth, increasing productivity and durability of the cutters.
Не равномерную толщину износостойких покрытий на поверхностях рабочих частей концевых фрез можно получить, например, на установках вакуумно-дугового распыления методом PVD следующим образом. При нанесении износостойкого покрытия в указанных установках, как правило, фрезы концевые располагают в кассетах рабочей частью вверх. При этом фрезы совершают вращение с кассетами и планетарное движение в объеме вакуумной камеры, вращаясь относительно своей оси.An uneven thickness of wear-resistant coatings on the surfaces of the working parts of end mills can be obtained, for example, in vacuum-arc spraying installations using the PVD method as follows. When applying a wear-resistant coating in these installations, as a rule, end mills are placed in the cassettes working up part. In this case, the cutters rotate with the cassettes and planetary movement in the volume of the vacuum chamber, rotating about its axis.
Для получения не равномерной толщины покрытия по поверхности зубьев и стружкоотводящих канавок в радиальном направлении наиболее предпочтительно располагать в установке источники плазмы горизонтально напротив рабочих частей концевых фрез перпендикулярно их оси. Причем для получения наиболее предпочтительного исполнения предложенной фрезы оси источников плазмы должны совпадать с торцами рабочей части фрез. При этом наиболее удаленные от источников, но находящиеся ближе к оси вращения фрез участки поверхностей рабочей части фрез будут иметь меньшую толщину износостойкого покрытия, т.е. будет обеспечено увеличение толщины износостойкого покрытия на поверхности зубьев в радиальном направлении от оси фрез к их режущим кромкам. При этом износостойкое покрытие также будет иметь неравномерную толщину по длине рабочей части. Причем толщина покрытия будет уменьшаться в направлении от торца рабочей части.To obtain a non-uniform thickness of the coating on the surface of the teeth and the chip removal grooves in the radial direction, it is most preferable to arrange the plasma sources in the installation horizontally opposite the working parts of the end mills perpendicular to their axis. Moreover, to obtain the most preferred execution of the proposed cutter, the axes of the plasma sources must coincide with the ends of the working part of the cutters. At the same time, the most remote from the sources, but closer to the axis of rotation of the cutters, the surface areas of the working part of the cutters will have a smaller thickness of the wear-resistant coating, i.e. an increase in the thickness of the wear-resistant coating on the surface of the teeth in the radial direction from the axis of the mills to their cutting edges will be provided. In this case, wear-resistant coating will also have an uneven thickness along the length of the working part. Moreover, the coating thickness will decrease in the direction from the end of the working part.
При размещении источников плазмы выше рабочей части фрез под углом к их оси вращения или самих фрез в кассетах под углом к горизонтально расположенным электродам толщина износостойкого покрытия по поверхностям зубьев и стружкоотводящих канавок будет также не равномерной, как в радиальном направлении относительно оси фрез, так и в направлении вдоль оси фрез.When placing plasma sources above the working part of the cutters at an angle to their axis of rotation or the cutters themselves in the cassettes at an angle to the horizontally positioned electrodes, the thickness of the wear-resistant coating over the surfaces of the teeth and chip removal grooves will also be uneven, both in the radial direction relative to the axis of the cutters and direction along the axis of the cutters.
При этом изменяя угол расположения источников и/или самих фрез, можно получить износостойкое покрытие с соответствующим градиентом его толщины, как в радиальном направлении, так и вдоль рабочей части фрез. Величину взаимного угла расположения осей фрез и источников плазмы в вакуумно-дуговой установке выбирают в зависимости от геометрических размеров и конфигурации рабочей части фрез, а также от материала износостойкого покрытия, обрабатываемого материала и режимов резания.At the same time, by changing the angle of the sources and / or the mills themselves, a wear-resistant coating can be obtained with a corresponding gradient of its thickness, both in the radial direction and along the working part of the mills. The magnitude of the mutual angle of the axes of the cutters and plasma sources in the vacuum-arc installation is chosen depending on the geometrical dimensions and configuration of the working part of the cutters, as well as on the material of the wear-resistant coating, the material being processed and the cutting conditions.
В процессе фрезерования рабочая часть концевых фрез подвергается значительным ударным нагрузкам и периодически испытывает изгиб с кручением, находясь в сложном напряженно деформированном состоянии. При этом во фрезах концевых предложенной конструкции за счет неравномерного распределения толщины износостойкого покрытия, имеющего остаточные сжимающие напряжения, по поверхностям зубьев и стружкоотводящих канавок в радиальном направлении относительно оси фрезы и вдоль оси фрезы обеспечивается выравнивание напряжений в теле зубьев по принципу балок равного сопротивления. Это обеспечивает повышение работоспособности и стойкости фрез концевых.In the process of milling, the working part of the end mills is subjected to considerable shock loads and periodically undergoes bending with torsion, being in a complex stress-strain state. At the same time, in the end mills of the proposed construction, due to the uneven distribution of the thickness of the wear-resistant coating having residual compressive stresses over the surfaces of the teeth and the chip removal grooves in the radial direction relative to the mill axis and along the mill axis, the stresses of equal resistance are equalized. This provides increased efficiency and durability of end mills.
Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что его различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле.Although the present invention has been described with a certain degree of detail, it should be understood that its various changes and modifications can be made without departing from the essence and scope of the invention set forth in the claims below.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105763A RU2691483C1 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | End mill |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105763A RU2691483C1 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | End mill |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2691483C1 true RU2691483C1 (en) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105763A RU2691483C1 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | End mill |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2691483C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU145733U1 (en) * | 2014-05-05 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL |
WO2017009101A1 (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-19 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool |
RU2623547C2 (en) * | 2011-12-14 | 2017-06-27 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Cutting tool with coating and method for its production |
RU2671780C1 (en) * | 2017-10-30 | 2018-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | Working part of cutting tool |
-
2019
- 2019-02-28 RU RU2019105763A patent/RU2691483C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2623547C2 (en) * | 2011-12-14 | 2017-06-27 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Cutting tool with coating and method for its production |
RU145733U1 (en) * | 2014-05-05 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL |
WO2017009101A1 (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-19 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool |
RU2671780C1 (en) * | 2017-10-30 | 2018-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | Working part of cutting tool |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010137429A1 (en) | Carbide end mill and cutting method using the end mill | |
US8211554B2 (en) | Workpiece with hard coating | |
CN104520472B (en) | TiAlN coated tools | |
JP3308220B2 (en) | Thread cutting dies | |
CA2987541C (en) | Cutter for electrode graphite and face milling cutter for machining oxide ceramics | |
US5558475A (en) | Ball nose end mills | |
KR20090068174A (en) | Coated cutting tool and a method of making a coated cutting tool | |
WO2007046299A1 (en) | Cutting edge replacement-type cutting chip | |
JP7061603B2 (en) | Multi-layer hard film coating cutting tool | |
US6508150B1 (en) | Reversible cutting tip, method for producing such cutting tip, tool provided with such cutting tips, and method for cutting a workpiece by using such cutting tip or a tool provided with such cutting tip | |
JP6521130B2 (en) | Coated cutting tool | |
Roy et al. | Machining of Ti-6Al-4V ELI alloy: A brief review | |
RU2691483C1 (en) | End mill | |
Szczotkarz et al. | Formation of surface topography during turning of AISI 1045 steel considering the type of cutting edge coating | |
JP4892039B2 (en) | Cemented carbide end mill with nick | |
JP4694647B2 (en) | Cemented carbide end mill and cutting method using the end mill | |
RU2671782C1 (en) | Endmill | |
RU170600U1 (en) | END MILL | |
RU2691480C1 (en) | Cutter housing with wear-resistant coating and cutter for its use | |
RU2627317C1 (en) | End cutter | |
Lümkemann et al. | A new generation of PVD coatings for high-performance gear hobbing | |
Cardoso et al. | Wear analysis of PVD-coated twist drills under MQL | |
RU2676718C1 (en) | Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor | |
KR101544659B1 (en) | Hard multilayer coating film | |
Dyl | The effect of parameters and geometry cutting edge after turning of the duplex cast steel on the maximum tool flank wear |