Инструмент для механической обработки материалов резанием. Обзор изобретения и использование материалов патента в образовательном процессе для студентов ГБПОУ СРМК специальности 15.02.08 Технология машиностроения в рамках изучения дисциплины общепрофессионального учебного цикла ОП.06 "Процессы формообразования и инструменты" и междисциплинарного курса МДК.03.01 "Реализация технологических процессов изготовления деталей"

В современном машиностроительном производстве существуют некоторые особенности обработки пенопластов, полимерных композитных материалов резанием. Авторским коллективом в составе техника Ковальчук А.С., инженера-конструктора Диба О.С., под руководством к.т.н., доцента, главного инженера-конструктора Чумак П.И., на производственно-экспериментальной площадке Общества с ограниченной ответственностью «Аэростарт» г. Ставрополь был изобретен инструмент для механической обработки материалов резанием. После прохождения успешных испытаний 16.05.2016 г. была подана заявка  № 2016118931 в Федеральную службу по интеллектуальной собственности Российской Федерации на изобретение и получен патент на изобретение RU 2643994 С 2 со сроком действия исключительного права на изобретение до 16.05.2036 г., правообладателем является ООО «Аэростарт».

Изобретение относится к области обработки пенопластов, полимерных и композитных материалов резанием. Может быть использовано при обработке древесины и мягких металлов. Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет использования скользящего резания и состоит в обеспечении качественной обработки деталей при сохранении высокой стойкости инструмента и простой технологии переточки при его затуплении.      

Инструмент для механической обработки материалов 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). Спиральное режущее лезвие представляет собой цилиндрическую спираль, навитую из плоской профилированной пластины, в последующем термически обработанной на требуемую твердость. Технический результат изобретения достигается тем, что с целью облегчения переточки при затуплении, повышения стойкости и долговечности инструмента его режущее лезвие выполнено съемными представляет собой спираль, изготовленную из плоской профилированной пластины, навинченной до упора по винтовой нарезке цилиндрического корпуса и закрепленной в таком положении. 4ил.

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.

Попытки улучшения качества резания полимерных и композитных материалов за счет подбора оптимальных значений переднего и заднего углов резцов, а так же 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 показатели точности размеров обработанных поверхностей.

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.

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.

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 SU1152723А).

Недостатком данного инструмента является то, что припуск с детали удаляется за счет обламывания подрезанного слоя. Поэтому данный инструмент применим только для обработки пенопластов. 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 SU1117149А1).     

Недостатком данного инструмента является то, что он малопригоден к обработке сплошных пластмасс и, и тем более, композитных материалов.

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 SU1219387А). При таком угле наклона режущей кромки обеспечивается скользящее резание, обеспечивающее высокую чистоту поверхности и точность изготавливаемых деталей.    

Недостатком фрезы, взятой за прототип, является очень большая сложность переточки при затуплениии, как следствие, высокая стоимость изготовления нового инструмента и последующей эксплуатации.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в разработке конструкции фрезы, обеспечивающей качественную обработку заготовок из полимерных и композитных материалов на фрезерных станках, а так же копировальных станках и обрабатывающих центрах.

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.

Технический результат изобретения достигается тем, что инструмент для механической обработки материалов, содержащий цилиндрический корпус с режущей частью виде винтовой нарезки с углом подъема 5-15°, отличающийся тем, что режущая часть лезвия имеет задний угол 4…6°,передний угол78…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.

На фиг.1 - показан инструмент для механической обработки в сборе.

На фиг.2 - режущее лезвие инструмента.

На фиг.3 -цилиндрический корпус инструмента с винтовой профилированной канавкой для навинчивания режущего лезвия.

На фиг.4-вал фрезы с фланцем.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Инструмент для механической обработки материалов резанием. Обзор изобретения и использование материалов патента в образовательном процессе для студентов ГБПОУ СРМК специальности 15.02.08 Технология машиностроения в рамках изучения дисциплины общепрофессионального учебного цикла ОП.06 "Процессы формообразования и инструменты" и междисциплинарного курса МДК.03.01 "Реализация технологических процессов изготовления деталей"