CZ310604B6 - Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení - Google Patents

Abstract

Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení sestává z těla (T) obráběcího nástroje uzpůsobeného k distribuci chladicího média a zakončeného držákem (D) řezné destičky (B), která obsahuje alespoň jedno lůžko (L), ve kterém je uložena řezná destička (B). Z držáku (D) řezné destičky (B) zakončeného lůžkem (L) pro umístění řezné destičky (B) vystupuje vývod (V) chladicího média směřující na čelo řezné destičky (B) a vývod (V´) chladicího média směřující na hřbet řezné destičky (B) z vnitřních kanálků (K) procházejících tělem (T) nástroje. Mezi vývod (V) chladicího média na čelo řezné destičky (B), vývod (V´) chladicího média na hřbet řezné destičky a přívod (P) chladicí kapaliny a/nebo přívod (P´) chladicího plynu je včleněna směšovací komora (d) chladicí kapaliny a chladicího plynu sestávající z dutiny (K1) s dýzou (K2) pro mísení chladicí kapaliny a chladicího plynu.

Description

Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení

Oblast techniky

Vynálezem je obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení.

Dosavadní stav techniky

Při soustružení většiny běžných konstrukčních materiálů nástroji s vyměnitelnými břitovými destičkami je nezbytné používat chlazení/mazání během procesu řezání. Čím jsou fýzikální a chemické vlastnosti obráběného materiálu vzhledem k jeho obrobitelnosti horší tím vyšší význam má vliv chlazení, přičemž během řezání vzniká teplo obecně vlivem tření ploch nástroje o obráběný materiál a dále plastickou deformací v místě vzniku třísky. Jeho odvod má pak stěžejní vliv na trvanlivost nástroje a na kvalitu obrobeného povrchu zejména ve smyslu jeho integrity. Systém chlazení má pozitivní účinky jednak ve smyslu samotného řezání, mazání, čištění a podobně.

Médium, zpravidla kapalina, se přivádí za standardního či zvýšeného tlaku, v praxi označován se jako vysokotlaké chlazení, při němž dochází k lepšímu průniku kapaliny mezi třísku a řeznou hranou nástroje. Ze stavu techniky je známé chlazení soustružnického nástroje kapalinou, kdy jednou z možností je vnitřní chlazení, kdy se řezná kapalina přivádí přes vřeteno či revolver obráběcího stroje vhodným kanálkovým systémem v nástroji k břitům, často prostřednictvím otvorů v zubových mezerách, kterými je přiváděno procesní medium přímo na hrot nástroje k břitu nástroje, a to zejména otvory v nosiči vyměnitelné břitové destičky tak, že je směřován přímo na řeznou hranu do místa řezu. Vyměnitelné řezné části mají v současné době nejčastěji podobu tzv. vyměnitelných břitových destiček. Destičky mají rozličné geometrické charakteristiky a obvykle jsou tvořeny plným materiálem s otvorem uprostřed sloužícím pro upínání do držáku. Destičky jsou nejčastěji vyráběny ze slinutých karbidů, CBN, PCBN či PCD a jsou opatřeny tenkou vrstvou. Používány jsou však rovněž další materiály, ze kterých je tvořena celá destička nebo pouze řezná hrana.

Pro obrábění v současné době existují konvenční systémy chlazení v poměrně široké škále řešení. Způsob chlazení a přívod chladicího media do řezného procesu patří mezi důležité parametry ovlivňující řezný proces a trvanlivost břitu. Zároveň chladicí medium slouží nejen k odvodu tepla, ale i k mazání řezného procesu; volba media tedy patří mezi klíčová rozhodnutí při návrhu obráběcího prostředí a podmínek. Vnitřní chlazení je v současné době velmi propagováno z důvodu zvýšení produktivity obrábění. Řezná kapalina je přiváděna tělem držáku až k trysce vyskytující se poblíž VBD. Tento postup se často používá u nástrojů s VBD pro obrábění vnitřních ploch, kupříkladu vnitřní soustružnické nože a vrtáky, z důvodu vyplachování třísek z místa řezu - standardní a tlakové chlazení se totiž do hlubokých vnitřních struktur dostává s obtížemi.

Z dokumentu US 9895755 B2 je znám obráběcí nástroj opatřený řeznou destičkou s vnitřními kanály pro řezné medium vyráběný odebíráním materiálu pomocí laseru. Touto metodou jsou v řezné destičce vytvořeny kanálky o stejném průměru v celé své délce, přičemž vývody kanálků ústí na čelo nebo hřbet řezné destičky. Toto řešení neumožňuje zvýšení rychlosti průtoku na vývodu kanálku v důsledku stálého průřezu kanálků. V dokumentu US 7955032 B2 je popsán nástroj s řeznou destičkou, tvořenou dutinou, ke které přiléhá dutá destička, která je opatřena zářezy přivádějící řeznou kapalinu čelně na jednotlivé řezné hrany. Z dokumentu US 10124412 B2 je dále znám soustružnický nůž uložen v držáku, jímž je veden kanálek ústící do podložky obsahující dutiny pro cirkulaci řezné kapaliny, na kterou je upnutelná řezná destička, z které řezné kanálky nevyúsťují v blízkosti řezné hrany. Obdobná řešení jsou známa rovněž z dokumentů US 9656323 B2 či US 8057130 B2. Dále je známo řešení sestavy soustružnického

- 1 CZ 310604 B6 nástroje popsané v WO 2012070046 AI, které sestává z držáku, v jehož lůžku je upnutelná řezná destička, která je tvořena kanálky, jejichž vývody směřují na čelo řezné destičky. Ze stavu techniky je kupříkladu známo řešení popsáno v dokumentu CZ 309280, kdy soustružnický nůž sestávající z vyměnitelné řezné destičky, držáku zakončeného lůžkem pro umístění vyměnitelné řezné destičky, kde v držáku je vytvořen kanálek pro přivedení řezné kapaliny do vyměnitelné řezné destičky. Kanálek je vyveden dnem lůžka, přičemž spodní plocha vyměnitelné řezné destičky navazuje na vývod kanálku navazujícím otvorem vnitřního rozvodu řezné kapaliny ve vyměnitelné řezné destičce. Vývod vnitřního rozvodu řezné kapaliny ve vyměnitelné řezné destičce směřuje na čelo vyměnitelné řezné destičky a/nebo hřbet vyměnitelné řezné destičky. Stav techniky rovněž reprezentuje řešení popsané v dokumentu CZ 309223, kdy nástroj pro obrábění obsahující nosič řezné destičky, alespoň jednu řeznou destičku upevnitelnou v sedle nosiče a upínací trysku pro upnutí řezné destičky a zároveň pro přívod řezné kapaliny k řezné destičce. Nosič je opatřen přívodem řezné kapaliny obsahujícím vyústění směřující na čelo řezné destičky a vyústění směřující na hřbet řezné destičky. Nástroj dále obsahuje vyměnitelnou doplňkovou trysku připevnitelnou k nosiči, která je opatřena alespoň jedním kanálkem určeným pro přívod řezné kapaliny na hřbet řezné destičky alespoň dvěma vývody.

V dokumentu US 9511421 je popsáno řešení obráběcího nástroje s upínacím nástavcem přiložitelným k nosiči obráběcího nástroje. Nosič upínacího nástroje je rovněž uzpůsoben pro upnutí a vložení vyměnitelné řezné destičky směřování chladicího media ze zásobníku je zajištěno pomocí vybrání v nástavci, jímž chladicí kapalina ze zdroje chladicí kapaliny vstupuje do vývodu a směřuje na čelo řezného nástroje.

Ve spisu US 10300532 je popsán rovněž nástroj na obrábění sestávající z nosiče uzpůsobeného pro upnutí řezné destičky, která je v nosiči upevněna pomocí šroubu, procházejícím otvorem ve středu řezné destičky. K nosiči je přiložitelná upínací tryska válcového tvaru ve tvaru trubky s nástavcem, který jednak slouží k upevnění nástroje v nosiči a jednak k rozvodu chladicí kapaliny vnitřními kanálky na čelo řezné destičky. Obdobné řešení obráběcího nástroje je známo ze spisu EP 3167985 či US 8529162.

Ze spisu EP 2873477 je známo řešení obráběcího nástroje pro upnutelného do obráběcího stroje, obsahující nosič řezné destičky, kde řezná destička je upevněná v sedle nosiče a upínací trysku navazující na vyústění přívod řezné kapaliny, kdy řezná kapalina procházející kanálkem v upínací trysce směřuje na čelo řezné destičky, přičemž nosič je opatřen dalším přívodem řezné kapalin, který v jednom místě ústí na hřbet řezné destičky. Řešení dále obsahuje připevnitelnou trysku, která směřuje na hřbet řezné destičky, avšak pouze jedním vývodem z trysky, ke chlazení řezné destičky tedy dochází pouze lokálně tj. bodově. Není zde tedy zohledněna potřeba variability chlazení řezných destiček s ohledem na konstrukční variabilitu řezných destiček. Nevýhodou tohoto řešení je tedy nemožnost variability nastavení chlazení hřbetu řezné destičky podle tvaru a velikosti řezné destičky.

Výše popsaná řešení jsou tedy soustředěna zejména na chlazení čela řezných destiček s cílem snížení opotřebení obráběcího nástroje, tj. zvýšení trvanlivosti a životnosti čela řezných destiček. Nevýhodou těchto řešení je skutečnost, že neumožňují snadnější konfiguraci chladicího média, resp. vlastnosti chladicího média jsou závislá na vlastnostech chladicího média vstupujícího do těla nástroje a nelze je dodatečně konfigurovat vyústěním řezné kapaliny. To výrazně omezuje použití řezného nástroje pro široké spektrum obráběcích technologií.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení. Obráběcí nástroj sestává z těla nástroje zakončeného držákem řezné destičky, která obsahuje alespoň jedno lůžko, ve kterém je uložena řezná destička, kdy z držáku řezné destičky zakončeného lůžkem pro umístění řezné destičky vystupují vývody z vnitřních kanálků

-2CZ 310604 B6 procházejícími tělem nástroje, kdy z přívodu chladicí kapaliny a/nebo přívodu plynného media směřujících z přívodu chladicí kapaliny a přívodu plynného média do vývodu pro distribuci chladicího kapalného media směřujícího z vývodu směřujících na čelo řezné destičky a z vývodu směřujícího na hřbet řezné destičky, přičemž mezi vývody a přívody a jsou vnitřní kanálky jsou opatřeny směšovací komorou chladicího kapalného media a chladicího plynného média sestávající z dutiny a dýzy pro míšení chladicího media. Alespoň jeden z vnitřních kanálků je opatřen bočním otvorem uzpůsobeným pro vložení regulačního členu. Tím je výhodně šroub, který je vložen do otvorů opatřených závitem.

Pro optimální průchod chladicího média je optimální, pokud je směšovací komora je válcovitá. Z hlediska vlastností chladicího média je plocha průřezu dutiny je větší než plocha průřezu do téže dutiny vstupujících vnitřních kanálků. Další alternativou je řešení, kdy je plocha průřezu dutiny je menší než plocha průřezu do téže dutiny vstupujících vnitřních kanálků. Výhodně jsou vývody ve tvaru dýzy. Potřebný tlak chladicího média je výhodně optimalizován, když se vnitřní kanálky (K) se směrem k vývodům zužují.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn izometrický pohled na obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení.

Na obr. 2 je znázorněn izometrický pohled na obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení se zobrazením tohoto systému obsahujícího dva přívody chladicího média.

Na obr. 3 je znázorněn pohled na obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení shora se zobrazením tohoto systému.

Na obr. 4 je znázorněn izometrický pohled na obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení se zobrazením tohoto systému obsahujícího jeden přívod chladicího média.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad I:

Ubírací soustružnický nůž s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení sestává z těla T soustružnického nože uzpůsobeného k distribuci chladicího média. Ubírací soustružnický nůž je zakončen držákem D řezné destičky B. Držák D řezné destičky obsahuje jedno lůžko U, ve kterém je uložena řezná destička B, kdy z držáku D řezné destičky B zakončeného lůžkem U řezné destičky B vystupuje vývod V chladicího media ve formě výstupku směřující na čelo řezné destičky B. Z držáku D řezné destičky B dále vystupuje vývod VI chladicího média zapuštěný v jeho těle směřující na hřbet řezné destičky B. Vývod V chladicího média směřující na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média směřující na hřbet řezné destičky B jsou výstupem dvou vnitřních kanálků K. Vnitřní kanálky K procházejí tělem T ubíracího soustružnického nože. Vnitřní kanálky K ústí do těla T soustružnického ubíracího nože z přívodu P chladicí kapaliny a z přívodu P' plynného média, v tomto provedení je mediem natlakovaný vzduch. Přívod P chladicí kapaliny je ve formě otvoru se závitem. Mezi vývod V chladicího media na čelo řezné destičky B a vývod VI chladicího média na hřbet řezné destičky B a přívod P chladicí kapaliny a přívod PÍ natlakováného vzduchu, které jsou propojeny vnitřními kanálky K je včleněna směšovací komora D chladicího kapalného média a chladicího plynného média. Směšovací komora D sestává z dutiny K1 a dýzy K2 pro míšení chladicí kapaliny a chladicího plynného média. Kanálky K směřující k vývodu V a vývodu VI z přívodu P a PÍ jsou každý opatřen bočním otvorem O uzpůsobeným pro vložení regulačního členu Z, v tomto konkrétním provedení se jedná o šroub. Otvory O jsou opatřeny závity. Směšovací komora D je válcovitá. Plocha průřezu dutiny K1

- 3 CZ 310604 B6 směšovací komory d je v tomto provedení větší než plocha průřezu do téže dutiny K1 směšovací komory d vstupujících vnitřních kanálků K. Vývod V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývod V' chladicího média na hřbet řezné destičky B jsou ve tvaru dýzy. Vnitřní kanálky K se směrem k vývodu V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývodu V' chladicího média na hřbet řezné destičky B zužují.

Přivedením chladicí kapaliny a chladicího plynu z přívodu P chladicí kapaliny a z přívodu P' natlakovaného vzduchu, vnitřními kanálky K v těle T ubíracího nože do prostoru dutiny Kl směšovací komory d skrze dýzu K2 vznikne mlha. Její parametry lze regulovat množstvím chladicí kapaliny a chladicího plynu vstupujících do prostoru dutiny D směšovací komory Kl. Míhaje pak následně rozvedena vnitřními kanálky K k vývodu V chladicího média směřující na čelo řezné destičky B a vývodu Vý chladicího média směřující na hřbet řezné destičky B. Mlha lubrikuje povrch řezné destičky B v místě čela a hřbetu, ale neposkytuje tak intenzivní ochlazování jako chladicí kapalina. Průtok chladicího média ve formě mlhy lze regulovat s ohledem na místo, které je předmětem chlazení prostřednictvím regulačních členů Z v podobě stavěčích šroubů v otvorech O. V případě potřeby lze utažením šroubu Z jeden z kanálků kupříkladu úplně zaslepit/zaškrtit.

Příklad II:

Rohový soustružnický nůž s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení sestává z těla T soustružnického nože uzpůsobeného k distribuci chladicího média. Rohový soustružnický nůž je zakončen držákem D řezné destičky B. Držák D řezné destičky obsahuje jedno lůžko L, ve kterém je uložena řezná destička B. Z držáku D řezné destičky B zakončeného lůžkem L řezné destičky B vystupuje vývod V chladicího média ve formě výstupku vystupujícího z čelní plochy rohového soustružnického nože směřující na čelo řezné destičky B. Z držáku D řezné destičky B dále vystupuje vývod Vý chladicího média zapuštěný v jeho těle směřující na hřbet řezné destičky B. Vývod V chladicího média směřující na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média směřující na hřbet řezné destičky B jsou výstupem dvou vnitřních kanálků K. Vnitřní kanálky K procházejí tělem T ubíracího soustružnického nože. Vnitřní kanálky K ústí do těla T soustružnického ubíracího nože z přívodu P chladicí kapaliny a z přívodu P' plynného média, v tomto provedení je médiem natlakovaný vzduch. Přívod P chladicí kapaliny je ve formě otvoru se závitem. Mezi vývod V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývod V' chladicího média na hřbet řezné destičky B a přívod P chladicí kapaliny a přívod P' natlakovaného vzduchu, které jsou propojeny vnitřními kanálky K je včleněna směšovací komora D chladicího kapalného média a chladicího plynného média. Směšovací komora D sestává z dutiny Kl a dýzy K2 pro míšení chladicí kapaliny a chladicího plynného média. Kanálky K směřující k vývodu V a vývodu V z přívodu P a Pj jsou každý opatřen bočním otvorem O uzpůsobeným pro vložení regulačního členu Z, v tomto konkrétním provedení se jedná o šroub. Jeden přívod chladicího média rovněž ústí do prostoru dýzy K2 směšovací komory d. Otvory O jsou opatřeny závity. Směšovací komora D je válcovitá. Plocha průřezu dutiny Kl směšovací komory d je v tomto provedení větší než plocha průřezu do téže dutiny Kl směšovací komory d vstupujících vnitřních kanálků K. Vývod V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média na hřbet řezné destičky B jsou ve tvaru dýzy. Vnitřní kanálky K se směrem k vývodu V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývodu Vý chladicího média na hřbet řezné destičky B zužují.

Příklad III:

Hladící soustružnický nůž s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení sestává z těla T soustružnického nože uzpůsobeného k distribuci chladicího média. Rohový soustružnický nůž je zakončen držákem D řezné destičky B. Držák D řezné destičky obsahuje jedno lůžko L, ve kterém je uložena řezná destička B. Z držáku D řezné destičky B zakončeného lůžkem L řezné destičky B vystupuje vývod V chladicího média ve formě výstupku vystupujícího z čelní plochy rohového soustružnického nože směřující na čelo řezné destičky B. Z držáku D řezné destičky B dále vystupuje vývod Vý chladicího média zapuštěný v jeho těle směřující na hřbet řezné destičky

-4CZ 310604 B6

B. Vývod V chladicího média směřující na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média směřující na hřbet řezné destičky B jsou výstupem dvou vnitřních kanálků K. Vnitřní kanálky K procházejí tělem T ubíracího soustružnického nože. Vnitřní kanálky K ústí do těla T soustružnického ubíracího nože z přívodu P chladicí kapaliny. Přívod P chladicí kapaliny je ve formě otvoru se závitem. Mezi vývod V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média na hřbet řezné destičky B a přívod P chladicí kapaliny, které jsou propojeny vnitřními kanálky K je včleněna směšovací komora D chladicího kapalného média. Směšovací komora D sestává z dutiny K1 s dýzou K2 pro míšení chladicí kapaliny a chladicího plynného média. Kanálky K směřující k vývodu V a vývodu Vý z přívodu P jsou každý opatřen bočním otvorem O uzpůsobeným pro vložení regulačního členu Z, v tomto konkrétním provedení se jedná o šroub. Otvory O jsou opatřeny závity. Směšovací komora D je válcovitá. Plocha průřezu dutiny K1 směšovací komory d je v tomto provedení větší než plocha průřezu do téže dutiny K1 směšovací komory d vstupujících vnitřních kanálků K. Vývod V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývod Vý chladicího média na hřbet řezné destičky B jsou ve tvaru dýzy. Vnitřní kanálky K se směrem k vývodu V chladicího média na čelo řezné destičky B a vývodu Vý chladicího média na hřbet řezné destičky B zužují.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný zejména v konstrukci nástrojů pro operace třískového obrábění, zejména kovových materiálů.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení, vyznačující se tím, že sestává z těla (T) obráběcího nástroje uzpůsobeného k distribuci chladicího média a zakončeného držákem (D) řezné destičky (B), která obsahuje alespoň jedno lůžko (L), ve kterém je uložena řezná destička (B), kdy z držáku (D) řezné destičky (B) zakončeného lůžkem (L) pro umístění řezné destičky (B) vystupuje vývod (V) chladicího média směřující na čelo řezné destičky (B) a vývod (V') chladicího média směřující na hřbet řezné destičky (B) z vnitřních kanálků (K) procházejících tělem (T) nástroje, přičemž mezi vývod (V) chladicího média směřujícího na čelo řezné destičky (B), vývod (V') chladicího média směřujícího na hřbet řezné destičky a přívod (P) chladicí kapaliny a/nebo přívod (P ) chladicího plynu je včleněna směšovací komora (d) chladicí kapaliny a chladicího plynu, pro míšení chladicí kapaliny a chladicího plynu, přičemž alespoň jeden z vnitřních kanálků (K) a/nebo směšovací komora (d) jsou opatřeny bočním otvorem (O) uzpůsobeným pro vložení regulačního členu (Z) pro škrcení chladicího média.
2. 2. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení podle nároku 1, vyznačující se tím, že směšovací komora (d) je válcového tvaru aje tvořená dutinou (Kl) s dýzou (K2).
3. 3. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plocha průřezu dutiny (Kl) směšovací komory (d) je větší než plocha průřezu do téže dutiny (Kl) směšovací komory (d) vstupujících vnitřních kanálků (K).
4. 4. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plocha průřezu dutiny (Kl) směšovací komory (d) je menší než plocha průřezu do téže dutiny (Kl) směšovací komory (d) vstupujících vnitřních kanálků (K).
5. 5. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení podle nároku 1, 2, 3 nebo 4, vyznačující se tím, že vývod (V) chladicího média směřující na čelo řezné destičky (B) a/nebo vývod (V') chladicího média směřující na hřbet řezné destičky (B) je ve tvaru dýzy.
6. 6. Obráběcí nástroj s konfigurovatelným systémem vnitřního chlazení podle nároku 1, 2, 3, 4 nebo 5, vyznačující se tím, že vnitřní kanálky (K) se směrem k vývodu (V) chladicího média směřující na čelo řezné destičky (B) a/nebo k vývodu (V') chladicího média směřující na hřbet řezné destičky (B) zužují.