CZ303363B6 - Nástroj pro trískové obrábení - Google Patents

Abstract

Nástroj pro trískové obrábení, opatrený alespon jedním centrálním vnitrním otvorem (3) chladicího a/nebo mazacího média, který má u ostrí britu na vedlejším a/nebo hlavním hrbetu umísten alespon jeden navazující kanálek (6) pro prívod chladicího a/nebo mazacího média propojený s rozvádecím kanálkem (5). Na navazující kanálek (6) na vedlejším a/nebo hlavním hrbetu navazuje drážka (7). U svého cela britu muže být opatren alespon jedním dalším kanálkem (4) pro prívod chladicího a/nebo mazacího média.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká nástroje pro třískové obrábění, opatřeného alespoň jedním kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média. Technické řešení se týká zlepšení chlazení a/nebo mazání vyměnitelné břitové destičky, případně monolitního nástroje, zejména při frézování, ale i soustružení.

Dosavadní stav techniky

Při obrábění materiálu obrobku dochází ke koncentraci tepla v místě řezu. Tento jev nabývá kri15 tického významu zejména při obrábění těžkoobrobitelných materiálů, jako jsou titanové, niklové, kobaltové slitiny a korozivzdomé oceli. Tyto materiály se totiž vyznačují malou tepelnou vodivostí, která způsobuje koncentraci tepla v místě řezu a jeho nedostatečný odvod konvekcí. Zvyšující se teplota řezání způsobuje snižování tvrdosti a modulu pružnosti v tahu řezného materiálu, urychluje mechanismy opotřebení britu řezného nástroje závislé na teplotě řezání, jako je napří20 klad chemický a difuzní otěr, a snižuje tak jeho trvanlivost. Dalším možným jevem souvisejícím s vyššími teplotami řezání je křehký lom břitu. Vysoká teplota řezání rovněž zhoršuje integritu obrobeného povrchu.

Tyto nepříznivé podmínky obrábění jsou částečně eliminovány chlazením a/nebo mazáním oblasti řezu. Používaná média mají dvě funkce. Mazací, která snižuje tření na rozhraní nástrojobrobek-tříska a omezuje tak samotný vznik tepla, chladicí spočívá v odstraňování jíž vzniklého tepla médiem.

Při provedené rešerši bylo mezi výrobci nástrojů a v experimentálních pracích nalezeno několik různých variant chlazen í/mazání.

Chlazení pomocí stlačeného vzduchu přivedeného k břitu externími přívody-trubicemi neposkytuje v případě těžkoobrobitelných materiálů akceptovatelné výsledky. Tatáž varianta s uvažováním expanze zkapalněného dusíku je ekonomicky nákladná. Další možností je užití chladicích/35 mazacích kapalin tj. emulzí a olejů. Ty mohou být opět přiváděny pomocí externích přívodůtrubic k oblasti řezu. Tento způsob chlazení, při standardním tlaku okolo 0,7 MPa, je v současnosti výrobci nástrojů vnímán jako nepříliš účinný. Jednou z možných modifikací tohoto způsobu chlazení je povodňové chlazení oblasti řezu při vyšších tlacích nebo objemech kapaliny. Lze použít externí í interní přívody chladicích a/nebo mazacích kapalin. Je však zapotřebí zvýšeného průtokového množství a tlaku kapaliny, což je energeticky náročnější. Metoda je sice poměrně efektivní, nelze ji však aplikovat na všech obráběcích strojích. Relativně novou metodou je také tzv. mazání minimálním množstvím maziva (MQL - minimum quantity lubrication). Médiem je v tomto případě aerosol vzduchu a řezného oleje. Metoda může být ekonomicky výhodná - spotřeba oleje se pohybuje řádově v ml/h. Ulpíváním aerosolu na nástroji vzniká tenký kluzný film, který snižuje tření na rozhraní nástroj-tříska, a tím i množství generovaného tepla. Samotný odvod již vzniklého tepla není příliš efektivní, proto tato metoda mazání břitu není vhodná pro obrábění materiálů s malou tepelnou vodivostí a v případech potřeby intenzivního od vodu třísek z místa řezu. V současné době je výrobci nástrojů spíše preferován přívod chladicího/mazacího média otvorem vytvořeným podél osy tělesa nástroje, které je dále menšími otvory/kanálky roz50 vedeno na jednotlivé bříty/břitové destičky, kde proud média přechází přes čelo břitu a tříští se o odcházející třísku, případně i obrobek. Tato tříska však bezprostředně překrývá oblast nejintenzivnějším vývinem tepla při obrábění, a brání tak jejímu bezprostřednímu ochlazování. Navíc se oblast nej intenzivnějšího opotřebení břitu nástroje při obrábění nachází na jeho hřbetu. U soustružnických nástrojů lze z důvodů eliminace tohoto opotřebení nalézt řešení s externím přívo- 1 CZ 303363 B6 dem média právě na hřbet břitu. U frézovacích nástrojů žádné podobné řešení nebylo nalezeno. Použití podobného konstrukčního řešení totiž znemožňuje rotace frézovacího nástroje.

Cílem řešení je zvýšení efektivity chlazení a mazání břitu nástroje, především u frézovacích nástrojů, přívodem chladicího/mazacího média i na hřbet břitu a snížení intenzity opotřebení nástroje na hřbetu břitu, které je nejčastějším kritériem určování jeho trvanlivosti. Modifikované chlazení/mazání by rovněž mělo umožnit použití intenzivnějších řezných podmínek.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny nástrojem pro třískové obrábění, opatřeným alespoň jedním kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že alespoň jeden kanálek pro přívod chladicího a/nebo mazacího média je umístěn u hlavního nebo vedlejšího hřbetu břitu.

Nástroj může být u svého čela břitu opatřen alespoň jedním dalším kanálkem pro přívod chladicího a/nebo mazacího média.

Pokud je nástroj opatřen alespoň jednou vyměnitelnou břitovou destičkou, pak výusť alespoň jednoho kanálku pro přívod chladicího a/nebo mazacího média na hřbet břitu je umístěna u lůžku vyměnitelné břitové destičky. Na kanálek navazují drážky na hlavním a/nebo vedlejším hřbetu vyměnitelné břitové destičky.

Lůžko vyměnitelné břitové destičky může být vyjímatelné a je opatřené vlastním kanálkem navazujícím na další kanálek.

Chladicí a/nebo mazací médium je přivedeno mezi hřbet břitu a obráběný materiál, kde dochází k efektivnějšímu mazání a chlazení hřbetu břitu, tj. ke snížení teploty nástroje i teploty kontaktu nástroje a obrobené plochy.

Úpravu držáku destiček nebo monolitního nástroje lze provést například pomocí vrtání - klasického nebo elektroerozivního, případně frézováním. Chladicí drážku do vyměnitelné břitové destičky lze při sériově výrobě vytvořit malou úpravou její lisovací matrice, elektroerozívně nebo laserem, do monolitního nástroje opět elektroerozívně, případně laserem. Obě opatření tedy nepředstavují podstatné zvýšení ceny držáku nebo VBD.

Uvedeným řešením bylo dosaženo snížení teploty řezání, což bylo nepřímo prokázáno vyššími hodnotami řezných sil při obrábění za identických podmínek, tj. stejný materiál nástroje, obrobku a shodné řezné podmínky. Nižší teploty řezání znamenají sníženou intenzitu opotřebovávání vyměnitelné břitové destičky, které se tak zvýší trvanlivost břitu při shodném kritériu výměny. Při nižší spotřebě VBD za shodných pracovních podmínek tak dochází ke snížení nákladů na obrábění. Z ekologického hlediska lze vyzdvihnout nižší spotřebu kovů na výrobu VBD (wolfram, kobalt, titan).

Přehled obrázků na výkresech

Nástroj pro třískové obrábění podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. laje znázorněn nástroj v axonometrickém pohledu, na obr. lb detail axonometrického pohledu s vyměnitelnou břitovou destičkou. Na obr. lc je nástroj znázorněn v bokorysu a na obr. Id je znázorněn v pohledu zepředu. Obrázek le znázorňuje řez bokorysu, obr. If lomený řez a obr. Ig řez osou nástroje. Na obr. 2a je znázorněno další možné technické provedení nástroje v axonometrickém pohledu, na obr. 2b je znázorněn detail axonometrického pohledu. Na obr. 2c je znázorněn nástroj v bokorysu, na obr.

_ 2 _

2d při pohledu zepředu. Obrázek 2e znázorňuje řez bokorysu, obr. 2f lomený řez a obr. 2g řez osou nástroje. Na obr. 3 je uveden graf závislosti velikosti řezné síly na způsobu chlazení břitu a na obr. 4 je tabulka tab. 1 řezných sil. Na obr. 5 je znázorněna velikost průměrného opotřebení nástroje na hřbetu břitu. Na obr. 6 je znázorněna velikost maximálního opotřebení nástroje na hřbetu břitu.

Příklady provedení vynálezu

V prvním příkladu provedení, zahrnuje sestava držák i s upnutou vyměnitelnou břitovou destičkou 2. Centrálním vnitřním otvorem 3 pro přívod média je chladící/mazací médium přivedeno k řezné části nástroje. Zde se potom dělí na soustavu „n“ dalších kanálků 4, kde ..n odpovídá počtu vyměnitelných břitových destiček 2, případně násobku počtu břitů/vyměnitelných brkových destiček 2. Proud chladicího/mazacího média tryská z těchto dalších kanálků 4, zaplavuje prostor mezi odcházející třískou a čelem břitu v místě kontaktu břitu, nástroje a vznikající třísky. Z centrálního otvoru 3 se větví další soustava „n“ rozváděčích kanálků 5 a na ně navazující kanálky 6, které přivádí chladicí/mazací médium ke dnu vyměnitelné břitové destičky 2 - lůžku vyměnitelné břitové destičky 2 v držáku 1. Na otvory jednotlivých navazujících kanálků 6 v držáku i navazuj í drážky 7 vytvořené v hlavním hřbetu vyměnitelné břitové destičky 2. V soustavě se dále nachází uzávěr 8, která uzavírá radiální výstup vzniklý při výrobě rozváděčích kanálků 5.

Druhá varianta počítá se shodným řešením prvků jako v předchozím příkladu. Jediným rozdílem je umístění vyměnitelné břitové destičky 2 do vyjímatelného lůžka 9. Rozváděči kanálek 5 pro přívod média je tak vrtán do držáku 1 i lůžka 9. V lůžku 9 je rovněž vyvrtán navazující kanálek 6.

V případě monolitního nástroje se jedná o kompaktní nerozebíratelný celek, všechny ostatní prvky jsou shodné s řešením v prvním příkladu. Ústí „n“ navazujících kanálků 6 lze umístit až do těsné blízkosti ostří břitu a nemusí proto být přítomna drážka 7.

Na konstrukci uchycení vyměnitelných břitových destiček 2 nejsou kladeny žádné zvláštní nároky.

Ve všech třech řešeních je tak chladicí/mazací médium přivedeno mezi hřbet břitu a obráběný materiál, kde dochází k zaplavení oblasti velmi blízké oblasti primární plastické deformace a efektivnějšímu snížení teploty řezání, následně i teploty kontaktu nástroje a obrobené plochy. Úpravu držáku destiček nebo monolitního nástroje lze provést pomocí vrtání - klasického nebo elektroerozivního.

Rozváděči kanálky 5 a navazující kanálky 6 mohou mít libovolný - kruhový i nekruhový průřez, drážka 7 ve vyměnitelné břitové destičce 2 libovolný tvar, např. čtvercový, obdélníkový, lichoběžníkový půdorys, půlkruhový, obdélníkový, čtvercový i lichoběžníkový průřez.

Uvedená modifikace chlazení řezného procesu byla experimentálně ověřena podle technického řešení uvedeného v prvním příkladu provedení. Nejdříve měřením řezných sil, které nepřímo ukazuje na velikost teploty v místě kontaktu nástroje, obrobku a třísky. Vyšší hodnoty řezných sil, při obrábění shodného materiálu, zde TÍ6A14V, za identických podmínek, odpovídají jeho vyšší pevnosti a tedy i nižší teplotě řezání. Z grafu na obr. 3 a tab. 1 je patrná vzestupná tendence velikosti složek řezné síly, kde Fc-řezná síla, FcN-rezná síla normálová, běžně používaného chlazení čela břitu středem nástroje, inovovaného chlazení hřbetu břitu a kombinace těchto dvou způsobů chlazení, jak průměrných, tak i maximálních hodnot a z nich vyplývající vyšší účinnost varianty chlazení na hřbetu břitu. Chlazení hřbetu břitu vykazuje přibližný nárůst Fc a FcN o 100 N, respektive 130 N, oproti variantě chlazení čela břitu. Jedná se tedy o navýšení maximálních hodnot řezných sil o 12 % (19 %). U průměrných hodnot řezných sil došlo ke zvýšení o 7 % (18 %), Při variantě chlazení čela i hřbetu břitu bylo další zvýšení složek řezných sil o 2 až 5 % pouze v případě průměrné řezné síly normálové došlo k výraznějšímu nárůstu hodnoty síly (9 %).

-3 CZ 303363 B6

Je tedy vidět, že samotný příspěvek chlazení čela britu nástroje je podstatně menší, než chlazení hřbetu břitu.

Efektivita chlazení hřbetu břitu byla rovněž zkoumána při testech trvanlivosti břitu. Na obr. 5 a 6 jsou zobrazeny výsledky závislosti průměrného a maximálního opotřebení hřbetu břitu na čase. Z výsledků je patrná vyšší účinnost chlazení břitu+čela břitu oproti variantě chlazení pouze čela břitu. S touto variantou chlazení řezného procesu bylo vždy dosaženo nižších (maximálních i průměrných) hodnot opotřebení na hřbetu břitu VB. Je nutné dodat, že v tomto experimentu byly záměrně, pro oblast obrábění titanových slitin, voleny extrémní řezné podmínky. Zejména úhel opásání frézy určený průměrem frézy a radiální hloubkou řezu je pro obrábění titanových slitin značný a podstatně zvyšuje teplo přenesené do nástroje, které silně ovlivňuje trvanlivost břitu. Zvýšením trvanlivosti břitu dochází, při shodném kritériu výměny VBD, k úspoře nákladů na obrábění.

Na obr. 3 jsou znázorněny řezné síly při frézování TÍ6A14V pří řezné rychlosti ve = 75 m/min., posunové rychlosti vf = 160 m/min. Chlazení na čelo břitu, hřbetu břitu a chlazení hřbetu čela břitu zároveň. Fc - řezná síla, FcN - řezná síla normálová.

Obr. 5: Velikost průměrného opotřebení na hřbetu břitu VB [pm], řezné rychlosti vc = 110 m/min, axiální hloubka řezu ap = 3,5 mm, radiální hloubka řezu ae = 5 mm. Výsledky pro měření suchého obrábění, obrábění s chlazeným čelem břitu a chlazeným hřbetem i čelem břitu.

Obr. 6: Velikost maximálního opotřebení na hřbetu břitu VB_max [pm], řezné rychlosti vc = 110 m/min, ap = 3,5 mm, ae = 5 mm. Výsledky pro měření suchého obrábění, obrábění s chlazeným čelem břitu a chlazeným hřbetem i čelem břitu.

Průmyslová využitelnost

Nástroj pro třískové obrábění podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění především při třískovém obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Především se uplatní při frézování, ale i soustružení.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (6)

obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Především se uplatní při frézování, ale i soustružení. PATENTOVÉ NÁROKY

1. Nástroj pro třískové obrábění, opatřený alespoň jedním centrálním vnitřním otvorem (3) chladicího a/nebo mazacího média, v y z n a č u j í c í se tím, že u ostří břitu je na vedlejším a/nebo hlavním hřbetu umístěn alespoň jeden navazující kanálek (6) pro přívod chladicího a/nebo mazacího média propojený s rozváděcím kanálkem (5).

2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že na navazující kanálek (6) na vedlejším a/nebo hlavním hřbetu navazuje drážka (7).

3. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že u svého Čela břitu je opatřen alespoň jedním dalším kanálkem (4) pro přívod chladicího a/nebo mazacího média.

-4 CZ 303363 B6

5. Nástroj podle nároku 4, vyznačující se tím, že lůžko (9) vyměnitelné břitové destičky (2) je vyjímatelné.

4. Nástroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je opatřen alespoň jednou vyměnitelnou břitovou destičky (2) a výusť alespoň jednoho navazujícího kanálku (6) je umístěna u lůžka (9) vyměnitelné břitové destičky (2).

5

6. Nástroj podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že rozváděči kanálek (5) je na výstupu odvráceném od centrálního vnitřního otvoru (3) opatřen uzávěrem