Конструктивные особенности концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструктивные особенности концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий

Черкашин В.П.

Рассмотрены конструктивные особенности концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, получивших практическое применение.

Ключевые слова: концевая фреза, равностойкость, конструктивные особенности.

Концевые фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий положительно показали себя в производственных условиях механического цеха на производственном участке ОАО «Гипроуглемаш» при изготовлении деталей машин, а также в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при зубообработке на станках с ЧПУ закрытых зубчатых венцов цилиндрических зубчатых колес с внешними и внутренними зубьями, а также звезд зубчатых реечных передач [1-6].

Концевые фрезы предназначены для фрезерования плоскостей, пазов, уступов, деталей, а также для обработки рабочих формообразующих поверхностей прессформ, штампов, копиров.

Концевые фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий отличаются от традиционных стандартных фрез тем, что в них помимо стандартных режущих зубьев содержатся у торцовой плоскости фрезы специальные режущие зубья, имеющие меньшую высоту и предназначенные для того, чтобы взять на себя часть работы резания в наиболее изнашиваемой и лимитирующей по условию стойкости зоне торцовой части фрезы; стойкость фрезы при этом увеличивается ориентировочно в два раза [1-6]. Увеличенная стойкость инструмента сокращает расходы на дорогостоящий инструментальный материал и уменьшает время остановки станков для переточки или замены инструмента.

Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеет свои особенности при анализе температурных полей стандартных и специальных зубьев, неравномерности фрезерования, стружкообразования и условий отвода различного вида стружек (в том числе и сливной стружки) из зоны резания [1-6].

Изготовить концевую фрезу с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий несложно и недорого можно в инструментальном цехе практически любого машиностроительного предприятия, но ощутимый экономический эффект можно получить только в серийном или массовом производстве.

В данной статье изложены конструктивные особенности этой фрезы и технологические способы, необходимые для ее изготовления; эти вопросы в работах [1-6] практически не затрагивались.

Конструктивные схемы даны без мелких конструктивных подробностей для более четкого изложения материала статьи. Концевые фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеют различные конструкции специальных зубьев и различные конструкции их крепления к корпусу фрезы.

Специальные режущие зубья должны конструктивно размещаться в торцовой части фрезы и должны размещаться также элементы крепления этих зубьев.

Специальные зубья конструктивно могут иметь затылок, также как и стандартные [2], рис. 1.

Рис. 1. Конструктивная схема концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, в которой у торцовой части имеют затылки и специальные и стандартные зубья.

На рис. 1 представлена конструктивная схема концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, в которой у торцовой части имеют затылки и специальные и стандартные зубья: 1 - тело фрезы; 2 - стандартные зубья; 3 - специальные зубья; 4 - обрабатываемая деталь; 5 - схема стружки от стандартного зуба; 6 - cхема стружки от специального зуба; 7 - затылок специального зуба фрезы; 8 - затылок стандартного зуба фрезы; Н - высота стандартного зуба; С - высота специального зуба; В - ширина фрезерования; а - размер упрочняющей фаски.

Из рис. 1 видно, что затылок имеют и стандартные зубья и специальные зубья. Затылок стандартного зуба на высоте В-С имеет размер больше. На высоте С этот затылок меньше по размерам и может иметь размеры такие же, как и у специального зуба. Затылки, хотя и имеют меньший размер, но имеют достаточную прочность по изгибу и деформации, так как число режущих зубьев у торцовой части фрезы в два раза больше и усилия резания ориентировочно в два раза меньше. Такого вида конструкции затылков при единичном изготовлении фрезы можно получить при обработке пальчиковыми фрезами (в том числе и специально спрофилированными) на универсальном фрезерном станке и этот процесс очень трудоемок. При изготовлении достаточно большом количестве фрез целесообразно обработку вести на станках с ЧПУ по специальной программе, где пальчиковые фрезы совершают сложное пространственное движение и формируют профиль затылка как стандартного, так и специального зуба. Cпециальные зубья имеют конструктивную особенность в виде упрочняющей фаски, размер которой целенаправленно изменяется при переточке зубьев после из затупления, с целью восстановления равностойкости, которое нарушается при изменении режимов резания.

Специальные зубья могут не иметь затылка [3-5], рис.2.

Рис. 2. Конструктивная схема концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, в которой у торцовой части имеют затылки только стандартные зубья.

На рис. 2 представлена конструктивная схема концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий в которой у торцовой части имеют затылки только стандартные зубья: 1 - тело фрезы; 2 - стандартные зубья; 3 - специальные зубья; 4 - обрабатываемая деталь; 5 - схема стружки от стандартного зуба; 6 - cхема стружки от специального зуба; 7 - затылок стандартного зуба фрезы; Н - высота стандартного зуба; С - высота специального зуба; В - ширина фрезерования; а - размер упрочняющей фаски.

Специальные зубья конструктивно не имеют затылка, а стандартные зубья на высоте С имеют такой же по величине затылок, как и на высоте В-С [1,3-5], рис.2. фрезерование лезвие концевой режущий

Эта фреза выполнена на базе стандартной фрезы по ГОСТ 20538-75; раньше фрезы изготовлялись по машиностроительной нормали МН 4168-62.

В этом конструктивном варианте твердосплавные режущие пластины специальных зубьев вставляются в выполненную прорезь в затылке стандартного зуба и припаиваются; в этом конструктивном варианте затылки стандартных зубьев частично выполняют функции затылков специальных зубьев.

Специальные зубья увеличивают стойкость фрезы, так как они помогают стандартным зубьям в работе резания. Режущие лезвия специальных зубьев имеют меньшую высоту и увеличивают стойкость наиболее подтверженных износу участок зубьев у торцовой части фрезы.

На том участке фрезы, где имеются специальные зубья, общее число зубьев в два раза больше. Масса стружки на этом участке не увеличиваются, но стружка становится более тонкой и ее по количеству (то есть по числу серповидных элементов стружки) в два раза больше. Объем стружки также становится больше.

При работе фрезы стружка из зоны резания у торцовой плоскости, благодаря наличию винтовой поверхности зубьев, поднимается вверх и сразу оказывается в той зоне, где работают только стандартные зубья, то есть в зоне с меньшим числом зубьев и следовательно с лучшими условиями отвода стружки.

Все зубья фрезы крепятся пайкой. Если фреза спроектирована новой и изготавливается в инструментальном цехе предприятия, пайка осуществляется твердыми припоями Л63, имеющими большую прочность и высокую температуру плавления (до 850 °С). Если фреза изготавливается в лаборатории, то в выполненные прорези затылков (материал сталь 35 твердостью 240-260НВ по ГОСТ 4543-71) стандартных зубьев вставляются и припаиваются режущие пластины специальных зубьев. То есть специальный зуб состоит из твердосплавной пластины и частично из затылка стандартного зуба. Пайка дополнительных зубьев должна осуществляться в этом случае с меньшей температурой, чтобы не перегревать уже существующие паяные швы. Наиболее целесообразно использовать алюминиевые припои, которые имеют температуру до 600°С и прочность достаточную для обработки малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. То есть даже в лабораторных условиях можно получить работоспособную концевую фрезу с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий. В перспективе возможно применение клеевых соединений вместо паяных. Но в настоящее время клеевые соединения высокой прочности (до 50 МПа) имеют очень низкую температуростойкость, а клеевые соединения высокой температуростойкости (до 400° С) имеют очень низкую прочность.

Режущие пластины специальных зубьев могут иметь такой же угол наклона, а могут иметь другой угол наклона или совсем другую форму: косую или прямую. При наличии во фрезе одновременно различных форм зубьев (винтовых, косых, прямых) усложняет переточку зубьев, так как эти зубья перетачиваются раздельно и необходимо обеспечить равенство наружного диаметра.

При работе фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий в экстремальных случаях (которые всегда могут возникнуть на производстве) лимитирующими по условию прочности являются специальные зубья. Обычно режущие пластины из твердого сплава в специальных зубьях имеют достаточный запас прочности (несмотря на то, материал этих пластин хрупкий), а разрушается паяный шов и его разрушение начинается на участке перед зубом в той зоне, где паяный шов работает на растяжение. При необходимости усиления прочности специального зуба (при недостаточной прочности применяемого припоя или прочности твердосплавной пластины) конструкцию специального зуба выполняют такой, чтобы длина паяного шва у основания специального зуба была в 2 - 3 раза больше длины участвующей в резании режущей части пластины на вершине специального зуба.

Специальные зубья, имеющие вид режущих неперетачиваемых пластин, могут иметь механическое крепление к корпусу фрезы [6], рис.3.

Рис. 3. Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий сменных неперетачиваемых пластин, в которой дополнительно к имеющимся режущим пластинам с номинальными размерами установлены режущие пластины с меньшими размерами.

На рис. 3 представлена концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий сменных неперетачиваемых пластин, в которой дополнительно к имеющимся режущим пластинам с номинальными размерами установлены режущие пластины с меньшими размерами. Эта концевая фреза диаметром D=50 мм выполнена на базе ГОСТ 28435-90; раньше фрезы изготавливались по ОСТ 2И41-5-084 на Белгоградском заводе фрез.

Режущие пластины и элементы крепления меньших размеров можно использованы от концевой фрезы меньших размеров диаметра D=10 мм, то есть эта концевая фреза изготавлена на базе стандартной фрезы. Пластины из твердого сплава Т15К10, имеют три режущие грани; при затуплении отвертывается винт крепления, пластины поворачиваются и в резание вступает новая режущая грань.

На рис. 3: 1 - корпус фрезы; 2 - сменная неперетачиваемая режущая пластина с номинальными размерами в соответствии с диаметром фрезы; 3- прихват (прижимной рычаг); 4 - винт крепления; 5 - опорная пластина из легированной стали; 6 - торцовая плоскость фрезы;7 -сменная неперетачиваемая режущая пластина c меньшими размерами (от фрезы диаметра D=10мм); 8- прихват пластины меньших размеров; 9 - винт крепления пластины меньших размеров; 10 - регулировочная подкладка (сталь 35,cталь 30); 11 - cхема стружек от пластины с номинальными размерами; 12 - cхемы стружек от пластины с меньшими размерами; 13 - обрабатываемая деталь.

Ширина фрезерования режущей пластины с номинальными размерами В =16,0 мм ГОСТ 19045-85, ширина фрезерования режущей пластины с меньшими размерами С =8,5мм ГОСТ19045-85. Фреза имеет общее число пластин Z=8, число пластин с номинальными размерами Z1=4, число пластин с меньшими размерами Z2=4.

Изготовление этой фрезы связано с определенными технологическими усложнениями, так как корпус фрезы из легированной стали 50ХФА, (объемная закалка в масле 860-880єС, отпуск на воздухе 180-220єС) имеет твердость 42…46 HRCэ, что соответствует 380…420 НВ, а это требует применение твердосплавного инструмента (концевых фрез разного диаметра, сверл, мечиков). Наиболее трудоемким является изготовление точного по размерам гнезда с опорными поверхностями под твердосплавную режущую пластину меньших размеров, так как здесь гнездо должно иметь поднутрение, чтобы не повредить режущие грани; режущих пластин для обратного вращения фрезы не предусмотрено. Необходимовыдержать радиальное биение боковых режущих лезвий не более 005мм и биение торцовых режущих лезвий не более 0,06 мм. Торцовые режущие лезвия режущих пластин находятся близко друг от друга, поэтому вылет торцового режущего лезвия режущей пластины меньших размеров должен быть больше на расчетную величину, чтобы выровнять толщины стружек. Вместо опорных пластин из легированной стали (которые устанавливаются для того, чтобы избежать перегрев корпуса фрезы) под пластинами меньших размеров устанавливаются сменные регулировочные подкладки, изготовленные из обычной углеродистой стали (сталь 35 или сталь 30). Эти регулировочные подкладки различной толщины и при необходимости меняются, чтобы изменить толщину стружки и изменить объем работы резания при значительном нарушении равностойкости боковых и торцовых режущих лезвий при изменении режимов резания. Заштыбовки стружки в торцовой плоскости фрезы при диаметре D=50 мм не происходит. Изготовленная опытная фреза положительно показала себя при испытаниях; увеличенное в два раза число торцовых режущих лезвий примерно в два раза увеличивает стойкость этих режущих лезвий и делает их стойкость примерно равным стойкости боковых режущих лезвий. То есть стойкость фрезы в целом увеличивается ориентировочно в два раза.

Выводы

Каждый из рассмотренных конструктивных вариантов концевых фрез с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеет свои специфические особенности.

В современных условиях перспективны концевые фрезы со сменными неперетачиваемыми пластинами (рис. 3), так как многие небольшие предприятия (число которых в последнее время появилось достаточно много и это число неуклонно увеличивается) не имеют не только автоматизированного производства, но и заточных станков. Но эти фрезы требуют конструктивных изменений для установки дополнительных сменных пластин меньших размеров в торцовой части фрезы. Здесь конструктивно должна меняться не только державка (корпус) фрезы, но и должны быть сменные режущие пластины меньших размеров, что можно сделать только на инструментальных заводах.

В условиях автоматизированного производства на крупных предприятиях целесообразны концевые фрезы, в которых затылки имеют как стандартные, так и специальные зубья (рис. 2). В этом варианте исполнения изготовление затыловочной части у торцовой части фрезы может осуществляться на станках с ЧПУ. Кроме того, этот вариант фрез наиболее прост для проектирования устройств автоматической замены затупленной фрезы, отправляемой на переточку, на доставаемую из магазина новую фрезу.

Во всем многообразии технологических процессов современного машиностроения могут найти применение фрезы, в которых затылки имеют только стандартные зубья, а твердосплавные режущие пластины впаиваются в выполненные прорези в этих затылках (рис. 2). Такие фрезы могут быть изготовлены небольшими партиями в инструментальных цехах машиностроительных предприятий или даже в лабораториях и учебных мастерских (для учебных целей).

Концевые фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий имеют стойкость ориентировочно в два раза больше по сравнению с аналогичными стандартными фрезами, но их применение на практике должно осуществляться с учетом конкретных условий производства.

Литература

1. Патент на полезную модель 125502 РФ МПК7 В23В 27/16 Концевая фреза повышенной стойкости // Черкашин В.П., Водилов А.В. Опубликовано в бюллетене №7, 2013.

2. Черкашин В.П., Водилов А.В. Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий // СТИН (станки и инструмент).- 2013.- №8.- C.23-28.

3. Южин В.И., Черкашин В.П., Дворянинов Д.С. Проектирование движителей механизмов подач с учетом технологии изготовления их зубчатых колес // Горное оборудование и электромеханика.- 2009.- №11.- C.12-16.

4. Черкашин В.П., Дворянинов Д.С. Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий для обработки звезд движителей механизмов подач// Сборник научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении». - МГГУ. 2011. C.199 - 211.

5. Черкашин В.П. Выбор параметров концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий при обработке звезд движителей механизмов подач // Горное оборудование и электромеханика.- 2012.- №10.- C.7-11.

6. Водилов А.В., Черкашин В.П. Концевая фреза с равной стойкостью боковых и торцовых лезвий сменных неперетачиваемых режущих пластин // Cовременная техника и технологии.- 2013.- №9.- С.1-6.

Размещено на Allbest.ru