CZ308342B6

CZ308342B6 - Kulová fréza

Info

Publication number: CZ308342B6
Application number: CZ2019-33A
Authority: CZ
Inventors: Václav Diviš
Original assignee: Václav Diviš
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-06-03
Also published as: CZ201933A3

Abstract

Kulová fréza s řezným průměrem D6 až D32 má sudý počet břitů s různými tvary lichých a sudých břitů (3), přičemž liché břity (3) jsou opatřeny zabírajícími segmenty (2) a odlehčeními (1) a následující sudé břity (3) jsou opatřeny zabírajícími segmenty (2) v místě odlehčení (1) předchozích lichých břitů (3) pro vytvoření plných profilů břitů na celém povrchu kulové frézy.

Description

Kulová fréza

Oblast techniky

Vynález se týká nástrojů pro obrábění, přesněji pro frézování řádkováním po hladinách o konstantní hloubce. Na tuto operaci se nej častěji používají kulové frézy či rychloposuvové frézy.

Dosavadní stav techniky

V současné době se na frézovací operace tzv. konstant Z, čímž se rozumí frézování řádkováním po hladinách, o konstantní hloubce, používají kulové frézy a frézy rychloposuvové. Frézovací operace konstant Z patří k nej rozšířenějším hrubovacím operacím s následným 3D frézováním dle modelu.

Kulové frézy patří vedle rohových k nej rozšířenějším tvarům stopkových fréz. Vyrábějí se nejčastěji ve 2, 3 a 4břitém provedení. Cílem těchto operací je odebrat co největší objem materiálu v podobě třísek. U těchto fréz je základním parametrem limit třískového výkonu, který lze určit z plochy záběru, který je vymezen hloubkou hladiny a šířkou řádku. Definice přijatelnosti je určena okamžikem vzniku vibrací, které se vyskytují při určitých hodnotách. Aby k vibracím docházelo co nejpozději a tím se zrychlila celá operace, byly zavedeny tzv. rychloposuvové frézy. Jejich předností je především klidný chod, bez vibrací v oblasti menších hloubek. Třískový výkon se tím podařilo zvýšit, ale za cenu nižší hospodárnosti nástroje, neboť je tento výkon odebírán jen malou částí frézy na čele, kde se koncentruje opotřebení břitu. Větší rychlost posuvu je zase značně eliminována zmenšením velikostí záběru.

Vznik vibrací je iniciován velikostí řezné síly při oddělování třísky. Extrémní význam pro její velikost má zakřivení břitu. Příčina vychází z rozboru tvorby třísky v oblasti tzv. primární plastické deformace u tvarových břitů, kde se významně zvětšuje deformační práce při utváření třísky. Oproti třískám odebíraných přímkovým břitem na obvodu při stejné ploše záběru je nutno přičíst navíc energii nutnou pro přetvoření tělesa třísky ve tvaru poloměru do zborceného neboli nerozvinutelného tvaru její plochy. Tato změna stojí velké množství energie a promítá se do zvětšení výslednice řezné síly a tím zvětšení průhybu nástroje a vzniku vibrací.

Ve spisu KR 101629586 B je popsána kulová fréza, u které se úhel řezné hrany vytvořené v kulové části liší od úhlu řezné hrany vytvořené na vnějším obvodu kulové frézy. Toto řešení umožňuje rozdělit řezné zatížení při obrábění a zabránit poškození a odštípnutí řezné hrany, ale neumožňuje zmenšit šířku třísky.

Dále jsou známy úpravy válcových fréz. Například ve spisech DE 202006016531 U a US 2016089728 je popsáno střídání „hladkých“ a „hrubých“ břitů na válcové fréze. Ve spisech US 2008206003, US 3775819 a dalších jsou rovněž popsány úpravy válcových fréz, konkrétně se jedná o různé zvlnění břitu. Takovéto úpravy nelze přímo použít na kulových frézách z důvodu odlišných řezných rychlostí v různých místech téhož břitu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny kulovou frézou se segmentovými břity podle tohoto technického řešení. Břity, na základě hypotézy o porovnání velikosti deformační práce při tvorbě třísky na přímém a nepřímém břitu, např. břitu ve tvaru poloměru frézy. Zde totiž, na rozdíl od válcových fréz s přímými břity fréz nedochází ke stáčení třísky do ruliček s rovnoběžnými vektory kolmými na břit. U tvarových břitů mají tyto vektory různoběžný směr,

- 1 CZ 308342 B6 které jsou i zde kolmé na břit, tím ale směřují přibližně do středu poloměru křivosti břitu. Dochází k přídavnému, příčnému pěchování třísky do zborceného tvaru kladoucí značný odpor. Odpor tohoto typu je závislý na úhlové velikosti segmentu, která definuje šířku třísky. Vynález zavedením segmentových břitů velikost kruhového segmentu a tím šířky třísky zmenšuje, čímž se utváření třísky blíží spíše poměrům u přímkových břitů a tím dochází k minimálnímu příčnému pěchování.

Břity u kulové frézy se vyznačují tím, že celkový tvar břitu na kulové části - 90° - není celistvý, aleje sekcemi rozdělen mezi několik dalších, po sobě jdoucích břitů. V případě čtyřbřité frézy je celkový plný tvar tvořen dvěma po sobě jsoucími břity. Z toho vyplývá nutnost sudého počtu břitů. Jednotlivé části zmenšují šířku segmentu budoucí třísky, která má tím menší příčnou deformací proti celistvému břitu s důsledkem menší škodlivé síly míjivého charakteru, která iniciuje vibraci. V testech s frézami dle tohoto vynálezu bylo možno navýšit všechny měřitelné hodnoty, aniž by vznikaly vibrace.

Navýšení je možno přičíst na vrub menší deformační práci sekčně rozdělených břitů s menším koeficientem měrného řezného odporu. Tato skutečnost umožní i zvýšení posuvu na zub, která má vliv na výsledný objem odebraných třísek.

Fréza v rozsahu průměrů D6 až D32 podle tohoto vynálezu s kulovým čelem o poloměru D/2 a sudým počtem zubů je schopna odebírat najednou při bočním, ale i drážkovacím frézování hloubku a šířku záběru Ap, Ae rovnající se minimálně D/2.

Objasnění výkresů

Kulová fréza se sekčními břity podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsána na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. la a obr. 1b je zobrazena kulová fréza se čtyřmi břity. Na obr. la jsou zobrazeny segmentové břity 1 a 3 a na obr. 1b jsou zobrazeny segmentové břity 2 a 4. Na obr. 2a a obr. 2b je zobrazena kulová fréza se čtyřmi břity a vyznačenou šířkou třísky a vektory pohybu třísky. Na obr. 2a jsou zobrazeny břity 1 a 3 a na obr. 2b jsou zobrazeny břity 2 a 4. Obr. 3 znázorňuje odebrané množství materiálu kulovou frézou se sekčními břity oproti dosavadnímu stavu techniky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Kulová fréza se segmentovým břitem 3 na obr. 3 dle tohoto vynálezu je využívána při technologii řádkování v hladinovém obrábění konstant Z, při hrubovacích operacích, kdy je rozhodující kritérium odebraného materiálu za minutu „V“ v cm³. Pro usnadnění výpočtu stačí použít programované veličiny z NC programu a těmi jsou plocha záběru jedné řádky Ap, Ae v cm²znásobená rychlostí posuvu za minutu v cm. Geometrické rozdíly v záběrových plochách složitých tvarů proti vzorci plochy obdélníku a x b mezi porovnávanými technologiemi jsou odebrány vždy v další hladině či dalším řádku.

Dosažený výkon s frézami dle tohoto vynálezu při ověřovacích zkouškách převyšuje stávající parametry frézování po hladinách o více jak 100 %.

Příkladné provedení vynálezu kulové frézy se segmentovými břity 3 s řezným průměrem D10 s kulovým čelem o poloměru D/2 a sudým počtem břitů, s různými tvary lichých a sudých břitů, s tím, že v kulové části 90° jsou břity s rozložením dílčích segmentů 2 a odlehčení 1 na dvou po sobě rotujících břitech 3 a tím vytvoří dva plné profily složené ze segmentů břitů 3 o poloměru D/2 na celém kvadrantu 90°.

-2 CZ 308342 B6

Takto řešená kulová fréza s břity 3 je schopna odebírat najednou při drážkování hloubku rovnající se minimálně D/2 a šířku D/2.

Následující výpočty porovnávají produktivitu obrábění tří variant fréz s průměrem D10 a rozličným provedením čela frézy, na základě katalogových řezných podmínek. Vzorec pro objem třísek za minutu pro druhou a další hladinu:

V = Ap * Ae * Fz * z * n [cm³], kde Ap je hloubka záběru; Ae je šířka záběru; Fz je posuv na zub; z je počet zubů; A = Ap * Ae

Rychloposuvová fréza (21):

Kulová fréza (22):

V = 0,05 * 0,6 * 0,03 * 4 * 3200 = 11,52 cm³/min

V = 0,2 * 0,4 * 0,01 * 4 * 3200 = 10,24 cm³/min

Kulová fréza se sekčními břity (3): V = 0,5 * 0,5 * 0,007 * 4 * 3200 = 22,4 cm³/min

Průmyslová využitelnost

Přednostní uplatnění frézy podle tohoto vynálezu lze doporučit při výrobě všech druhů forem pro odlévání, kovacích zápustek a tvárnic lisovaných výrobku z plechu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kulová fréza s řezným průměrem D6 až D32, vyznačující se tím, že má sudý počet břitů s různými tvary lichých a sudých břitů (3), přičemž liché břity (3) jsou opatřeny zabírajícími segmenty (2) a odlehčeními (1) a následující sudé břity (3) jsou opatřeny zabírajícími segmenty (2) v místě odlehčení (1) předchozích lichých břitů (3), pro vytvoření plných profilů břitů na celém povrchu kulové frézy.