PL247451B1

PL247451B1 - End mill

Info

Publication number: PL247451B1
Application number: PL443207A
Authority: PL
Inventors: Jacek Gonet; Rafał Dętkoś
Original assignee: Seger Cutting Tools Ozga Mikuszewski Spolka Jawna
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2025-07-07
Also published as: PL443207A1

Abstract

Frez walcowo - czołowy wykonany w technologii hybrydowej z wykorzystaniem druku 3D i obróbkę ubytkowa, z kanałami chłodzącymi wykonanymi wewnątrz narzędzia charakteryzuje się tym, że ma część roboczą składającą się z ośmiu równomiernie rozmieszczonych na obwodzie ostrzy skrawających oraz części chwytowej współpracującej z oprawką frezarską zabierakową, a ostrza wykonane są jako prawotnące, w których pochylenie krawędzi skrawającej (4) w kierunku osiowym stanowi kąt pochylenia ostrza równy 3°, a ostrza wykonane są jako dwuścinowe, których kąt natarcia wynosi 12°, natomiast kąty przyłożenia wynoszą odpowiednio 8° dla pierwszego kąta przyłożenia i 18° dla drugiego kąta przyłożenia, zaś szerokość pierwszej powierzchni przyłożenia wynosi 3 mm, a szerokość drugiego kąta przyłożenia jest wynikowa, którą ogranicza powierzchnia rowka wiórowego ukształtowanego po wyszlifowaniu średnicy rdzenia frezu na wymiar 80 mm, a kanał chłodzący znajduje się w każdym ostrzu i ma w przekroju osiowym kształt prostokąta, zaś w przekroju poprzecznym ma kształt fasolki o mniejszym promieniu przy osi narzędzia i większym na zewnątrz narzędzia i każdy z nich połączony jest kanałem doprowadzającym chłodziwo z oprawki poprzez zabierak.The cylindrical end mill made in hybrid technology using 3D printing and subtractive machining, with cooling channels made inside the tool, is characterized in that it has a working part consisting of eight cutting blades evenly distributed around the circumference and a gripping part cooperating with a driving milling holder, and the blades are made as right-cutting, in which the inclination of the cutting edge (4) in the axial direction is a blade inclination angle of 3°, and the blades are made as double-sided, the rake angle of which is 12°, while the relief angles are 8° for the first relief angle and 18° for the second relief angle, respectively, and the width of the first relief surface is 3 mm, and the width of the second relief angle is the resultant, which is limited by the surface of the chip flute formed after grinding the cutter core diameter to 80 mm, and the cooling channel is located in each blade and has a rectangular shape in the axial cross-section, and in the cross-section transversely, it has a bean shape with a smaller radius at the tool axis and a larger radius outside the tool, and each of them is connected by a channel supplying coolant from the holder through the driver.

Description

Przedmiotem wynalazku jest frez walcowo-czołowy mający zastosowanie w obróbce stopów aluminium stosowanych w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jak np. stopy aluminium przeznaczone do przeróbki plastycznej, a także odlewniczych stopów aluminium.The subject of the invention is a cylindrical end mill for use in the machining of aluminum alloys used in the aviation and automotive industries, such as aluminum alloys intended for plastic processing, as well as aluminum casting alloys.

W opisie patentowym CN113547139 przedstawiono wynalazek dotyczący frezu do obróbki wytaczania otworu wewnętrznego o dużej średnicy. Ujawniony frez do lekkiego wytaczania do obróbki otworu wewnętrznego o dużej średnicy zawiera korpus frezu, przy czym pierwsza głowica frezu jest umieszczona na lewej bocznej powierzchni korpusu frezu, druga głowica frezu jest umieszczona na lewym końcu zewnętrznej powierzchni korpusu noża, trzecia głowica tnąca jest umieszczona na prawym końcu zewnętrznej powierzchni korpusu noża, a rura z włókna węglowego jest umieszczona wewnątrz korpusu noża. Ten lekki wytaczak do otworów o dużej średnicy ma korpus frezu wykonany poprzez wykorzystanie techniki drukowania 3D i zastosowanie wysokowydajnego materiału z włókna węglowego jako wewnętrznego podparcia korpusu frezu.Patent CN113547139 discloses an invention relating to a milling cutter for machining a large-diameter internal hole. The disclosed light-duty boring cutter for machining a large-diameter internal hole includes a milling cutter body, wherein a first milling cutter head is disposed on the left side surface of the milling cutter body, a second milling cutter head is disposed on the left end of the outer surface of the cutter body, a third cutting head is disposed on the right end of the outer surface of the cutter body, and a carbon fiber tube is disposed inside the cutter body. This light-duty boring cutter for large-diameter holes has a milling cutter body manufactured by utilizing a 3D printing technique and using a high-performance carbon fiber material as an internal support for the milling cutter body.

Z kolei w opisie CN215941631 przedstawiono konstrukcję wzoru użytkowego z lekkim korpusem frezu z chłodzeniem wewnętrznym. Jest on utworzony przez drukowanie 3D, w którym szereg powierzchni montażowych do mocowania krawędzi skrawających jest rozmieszczonych w górnej końcowej części korpusu frezu wzdłuż kierunku obwodowego. Wewnętrzny kanał chłodzący dla krążącej cieczy chłodzącej jest umieszczony wewnątrz korpusu frezu i wewnętrzny kanał chłodzący jest połączony z powierzchnią korpusu frezu i tworzy otwór na powierzchni korpusu frezu. Na dolnym końcu umieszczona jest konstrukcja zaciskowa korpusu frezu, a część korpusu frezu oraz zakrzywione zamknięte puste wnęki do odciążenia korpusu frezu są umieszczone wewnątrz dolnego końca korpusu frezu.In turn, the description of CN215941631 presents a utility model design with a lightweight cutter body with internal cooling. It is formed by 3D printing, in which a plurality of mounting surfaces for mounting cutting edges are arranged on the upper end portion of the cutter body along the circumferential direction. An internal cooling channel for circulating coolant is arranged inside the cutter body, and the internal cooling channel is connected to the surface of the cutter body, forming an opening on the surface of the cutter body. A clamping structure is placed on the lower end of the cutter body, and a portion of the cutter body and curved closed hollow cavities for relieving the cutter body are arranged inside the lower end of the cutter body.

W opisie patentowym US2014321927 ujawniona została wkładka skrawająca służąca do obróbki metalu. Mocowana ona jest w uchwycie wkładki skrawającej przez sprężysty występ na uchwycie, który wchodzi w zagłębienie na trzonie wkładki. Zarówno wkładka skrawająca, jak i uchwyt, mogą być wytwarzane przy użyciu technik szybkiego prototypowania, takich jak drukowanie 3D.Patent US2014321927 discloses a cutting insert for metalworking. It is secured to a cutting insert holder by a resilient protrusion on the holder that engages a recess on the insert shank. Both the cutting insert and the holder can be manufactured using rapid prototyping techniques such as 3D printing.

Narzędzie do obróbki, które w obszarze ostrza narzędzia ma konstrukcję przystosowaną do transportu chłodziwa, przedstawiono w opisie patentowym US20150298221. Struktura chłodząca jest opcjonalnie zaprojektowana jako struktura porowata lub co najmniej jeden kanał chłodzący ma wygięty segment nawrotny, tak że dwa segmenty kanału są zorientowane w przeciwnych kierunkach. Struktura chłodząca jest zintegrowana z korpusem podstawowym narzędzia nośnego. Zgodnie ze sposobem według wynalazku struktura chłodząca jest wytwarzana za pomocą metody drukowania 3D.A machining tool that has a design adapted to transport coolant in the area of the tool tip is described in patent US20150298221. The cooling structure is optionally designed as a porous structure or at least one cooling channel has a curved reversing segment such that the two channel segments are oriented in opposite directions. The cooling structure is integrated into the base body of the supporting tool. According to the method of the invention, the cooling structure is manufactured using a 3D printing method.

W opisie patentowym US20180345388 ujawniono narzędzie do obróbki skrawaniem, w szczególności narzędzie uchwytu wiertła. Posiada ono monolityczny korpus podstawowy, rozciągający się w kierunku osiowym, który przynajmniej w jednej sekcji ma porowaty lub przypominający siatkę rdzeń. Struktura rdzenia jest zamknięta w obudowie zewnętrznej. Porowata lub siatkowata konstrukcja rdzenia służy do transportu chłodziwa. Korpus podstawy jest wytwarzany za pomocą metody druku 3D.Patent US20180345388 discloses a machining tool, specifically a drill chuck tool. It comprises a monolithic base body extending axially, which, in at least one section, has a porous or mesh-like core. The core structure is enclosed in an outer housing. The porous or mesh-like core structure serves to transport coolant. The base body is manufactured using a 3D printing method.

Z kolei opis patentowy US20190047060 przedstawia wynalazek dotyczący narzędzia obrotowego oraz nośnika i wkładki skrawającej takiego narzędzia obrotowego. Nośnik zawiera gniazdo, które zawiera kilka powierzchni bocznych, pomiędzy którymi można włożyć wkładkę skrawającą. Wkładka skrawająca zawiera powierzchnię boczną oraz powierzchnię styku, która opiera się o odpowiednią powierzchnię boczną w stanie włożonym. Ponadto, w narzędziu utworzony jest co najmniej jeden kanał chłodziwa, który zawiera pierwszy kanał i drugi kanał, który przylega do pierwszego kanału, przy czym pierwszy kanał przebiega wewnątrz elementu nośnego aż do otworu wylotowego. Drugi kanał przebiega w obrębie wkładki skrawającej od otworu wlotowego do wylotu chłodziwa. Otwór wylotowy i otwór wlotowy tworzą interfejs do przenoszenia chłodziwa z elementu nośnego do wkładki skrawającej. Otwór wylotowy jest umieszczony w jednej z powierzchni bocznych, a otwór wlotowy jest umieszczony w jednej z powierzchni stykowych.Patent US20190047060, in turn, describes an invention relating to a rotary tool and a carrier and cutting insert for such a rotary tool. The carrier comprises a socket comprising several side surfaces between which a cutting insert can be inserted. The cutting insert comprises a side surface and a contact surface that abuts against the corresponding side surface in the inserted state. Furthermore, at least one coolant channel is formed in the tool, comprising a first channel and a second channel adjacent to the first channel, wherein the first channel extends within the carrier to an outlet port. The second channel extends within the cutting insert from the inlet port to the coolant outlet port. The outlet port and the inlet port form an interface for transferring coolant from the carrier to the cutting insert. The outlet port is located in one of the side surfaces, and the inlet port is located in one of the contact surfaces.

Przykładowe powyższe rozwiązania są skomplikowane w budowie oraz kosztowne w produkcji. Żywotność tych frezów jest krótka ze względu na małą wytrzymałość ostrza, a obróbka bardzo miękkich materiałów, jakimi są np. stopy aluminium, praktycznie nie jest możliwa, gdyż ostrza szybko się tępią i nagrzewają przez co nie odprowadzają wiórów, co powoduje ich szybsze zużycie. Narzędzia wykonane metodą wydruku 3D nie są drogie w wykonaniu, ale posiadają znacznie niższą jakość i żywotność ze względu na wykorzystany materiał do ich wykonania.The solutions mentioned above are complex in design and expensive to produce. Their lifespan is short due to the blade's low strength, and machining very soft materials, such as aluminum alloys, is practically impossible because the blades quickly dull and overheat, preventing them from removing chips, which causes them to wear out more quickly. Tools made using 3D printing are inexpensive to manufacture, but their quality and lifespan are significantly lower due to the materials used.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym frez walcowo-czołowy wykonany w technologii hybrydowej z wykorzystaniem druku 3D i obróbki ubytkowej, z kanałami chłodzącymi wykonanymi wewnątrz narzędzia charakteryzuje się tym, że ma część roboczą składającą się z ośmiu równomiernie rozmieszczonych na obwodzie ostrzy skrawających oraz części chwytowej współpracującej z oprawką frezarską zabierakową, a ostrza wykonane są jako prawotnące, w których pochylenie krawędzi skrawającej w kierunku osiowym stanowi kąt pochylenia ostrza równy 3°, a ostrza wykonane są jako dwuścinowe, których kąt natarcia wynosi 12°, natomiast kąty przyłożenia wynoszą odpowiednio 8° dla pierwszego kąta przyłożenia i 18° dla drugiego kąta przyłożenia, zaś szerokość pierwszej powierzchni przyłożenia wynosi 3 mm, a szerokość drugiego kąta przyłożenia jest wynikowa, którą ogranicza powierzchnia rowka wiórowego ukształtowanego po wyszlifowaniu średnicy rdzenia frezu na wymiar 80 mm, a kanał chłodzący znajduje się w każdym ostrzu i ma w przekroju osiowym kształt prostokąta, zaś w przekroju poprzecznym ma kształt fasolki o mniejszym promieniu przy osi narzędzia i większym na zewnątrz narzędzia i każdy z nich połączony jest kanałem doprowadzającym chłodziwo z oprawki poprzez zabierak, a geometria ostrza nadawana jest finalnie w procesie szlifowania 5-osiowego na szlifierce narzędziowej. Korzystnie, gdy frez walcowo-czołowy ma korpus wykonywany z proszku stalowego, którego twardość po spiekaniu nie przekracza 40 HRC, natomiast samo ostrze jest napawane warstwą, której twardość osiąga 70 HRC.This objective was achieved in the solution according to the invention, in which the end mill made in hybrid technology using 3D printing and subtractive machining, with cooling channels made inside the tool, is characterized in that it has a working part consisting of eight cutting blades evenly distributed on the circumference and a shank part cooperating with a driving milling holder, and the blades are made as right-cutting, in which the inclination of the cutting edge in the axial direction is a blade inclination angle of 3°, and the blades are made as dihedral, the rake angle of which is 12°, while the relief angles are 8° for the first relief angle and 18° for the second relief angle, respectively, and the width of the first relief surface is 3 mm, and the width of the second relief angle is the result, which is limited by the surface of the chip flute formed after grinding the cutter core diameter to 80 mm, and the cooling channel is located in each blade and has the shape in the axial cross-section Rectangular, while in cross-section it has a bean shape with a smaller radius at the tool axis and a larger radius outside the tool. Each of them is connected by a coolant supply channel from the holder via a driver. The cutting edge geometry is finally determined during a 5-axis grinding process on a tool grinder. It is preferable for the end mill to have a body made of steel powder, the hardness of which after sintering does not exceed 40 HRC, while the cutting edge itself is hardfaced with a layer whose hardness reaches 70 HRC.

Zaletą takiego rozwiązania jest prosta i niezawodna konstrukcja frezu, dzięki której zapewniona jest optymalna sztywność narzędzia przy zachowaniu wymaganej produktywności dla wysoko wydajnego frezowania, a także możliwość obróbki trudnoobrabialnych technologicznie części. Zastosowana hybrydowa technologia wykonania w postaci wydruku 3D sprawia, że narzędzie jest relatywnie tanie w produkcji przez ograniczoną do minimum ilość obróbki ubytkowej. Dodatkowo, dzięki tej metodzie wykonania, możliwe było uformowanie wewnętrznych rowków chłodzących, co dodatkowo korzystnie wpływa na sposób chłodzenia narzędzia i odprowadzanie ciepła powstającego podczas obróbki.The advantage of this solution is the simple and reliable design of the cutter, which ensures optimal tool stiffness while maintaining the required productivity for high-performance milling, as well as the ability to machine technologically difficult-to-machine parts. The hybrid 3D printing technology used makes the tool relatively inexpensive to produce by minimizing the amount of machining required. Furthermore, this manufacturing method allows for the formation of internal cooling grooves, which further improves tool cooling and heat dissipation during machining.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok czołowy frezu, fig. 2 przedstawia przekrój osiowy frezu, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny w miejscu rowka chłodzącego i opisano poniżej.The subject of the invention in an embodiment example is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a front view of the milling cutter, Fig. 2 shows an axial cross-section of the milling cutter, Fig. 3 shows a cross-section at the location of the cooling groove and is described below.

Frez walcowo-czołowy został wykonany w technologii hybrydowej w której wykorzystano wydruk 3D powstały w metodzie SLM naprzemiennie z obróbką frezarską. Ostateczną geometrię nadano mu poprzesz szlifowanie ostrza na 5-osiowej szlifierce narzędziowej CNC. W technologii przyrostowej jako budulec zastosowano proszek stalowy, którego twardość wynosiła 35 HRC, natomiast ostrze 3 zostało napawane warstwą proszku, której twardość wynosiła 65 HRC.The end mill was manufactured using hybrid technology, which utilized 3D printing created using the SLM method, alternating with milling. The final geometry was achieved by grinding the blade on a 5-axis CNC tool grinder. In the additive technology, steel powder with a hardness of 35 HRC was used as the building material, while blade 3 was hardfaced with a layer of powder with a hardness of 65 HRC.

Frez został zaprojektowany i wykonany z częścią roboczą 1, w której znajduje się osiem dwuścianowych ostrzy skrawających 3 rozmieszczonych równomiernie co 45° oraz części chwytowej 2 współpracującej z oprawką frezarską zabierakową. Ostrza 3 wykonane są jako prawotnące, w których pochylenie krawędzi skrawającej 4 w kierunku osiowym stanowi kąt pochylenia 5 ostrza 3 równy 3°, a kąt natarcia 6 wynosi 12°. Wykonany frez posiadał kąty przyłożenia 7 wynoszące odpowiednio 8° dla pierwszego kąta przyłożenia i 18° dla drugiego kąta przyłożenia 8, natomiast szerokość pierwszej powierzchni przyłożenia 9 wynosiła 3 mm. Szerokość drugiego kąta przyłożenia była wartością wynikową, którą ograniczała powierzchnia rowka wiórowego 10 ukształtowanego po wyszlifowaniu średnicy rdzenia frezu na wymiar 8 mm. Średnica zewnętrzna frezu wynosiła 0100 mm, natomiast budowa oraz wymiary części chwytowej 2 umożliwiają montaż w standardowych obrabiarkach.The milling cutter was designed and manufactured with a working part 1 containing eight double-walled cutting blades 3 spaced evenly every 45°, and a shank 2 cooperating with a milling driver holder. The blades 3 are right-cutting, in which the inclination of the cutting edge 4 in the axial direction constitutes a helix angle 5 of blade 3 of 3°, and the rake angle 6 is 12°. The manufactured milling cutter had clearance angles 7 of 8° for the first clearance angle and 18° for the second clearance angle 8, respectively, while the width of the first clearance surface 9 was 3 mm. The width of the second clearance angle was the resulting value, which was limited by the surface of the chip flute 10 formed after grinding the cutter core diameter to 8 mm. The outer diameter of the milling cutter was 0100 mm, while the design and dimensions of the shank 2 enable installation in standard machine tools.

W każdym ostrzu 3 wykonany został kanał chłodzący 11. Miał on przekrój prostokąta, przy czym pole przekroju przy osi narzędzia wynosi 17 mm, zaś na zewnątrz narzędzia jest mniejszy i wynosi 14,5 mm. Każdy z kanałów chłodzących 11 połączony jest kanałem dolotowym 12 z wybraniem mocującym 13. Kanał chłodzący 11 wykonany jest 10 mm od czoła frezu i rozpoczyna się na średnicy 040 mm, a kończy na średnicy 050 mm. W przekroju poprzecznym kanał chłodzący 11 ma kształt fasolki o promieniu R8 mm przy osi narzędzia i promieniu R16 mm na zewnątrz. Kanał dolotowy 12 ma średnicę 05 mm.A cooling channel 11 was made in each blade 3. It had a rectangular cross-section, with a cross-sectional area of 17 mm at the tool axis, and smaller at 14.5 mm outside the tool. Each of the cooling channels 11 is connected by an inlet channel 12 to a mounting recess 13. The cooling channel 11 is made 10 mm from the face of the cutter and begins at a diameter of 0.40 mm and ends at a diameter of 0.50 mm. In cross-section, the cooling channel 11 has a bean shape with a radius of R8 mm at the tool axis and a radius of R16 mm outside. The inlet channel 12 has a diameter of 0.5 mm.

Przedmiot według wynalazku może być stosowany w obróbce części stosowanych w przemyśle lotniczym, energetycznym, maszynowym, a także w branży motoryzacyjnej.The object of the invention can be used in the processing of parts used in the aerospace, energy, machinery and automotive industries.

Claims

1. An end mill made in hybrid technology using 3D printing and subtractive machining, with cooling channels made inside the tool, characterized in that it has a working part consisting of eight cutting blades evenly distributed on the circumference and a shank part cooperating with a driving milling holder, and the blades are made as right-cutting blades, in which the inclination of the cutting edge in the axial direction is a blade inclination angle of 3°, and the blades are made as dihedral blades, the rake angle of which is 12°, while the relief angles are 8° for the first relief angle and 18° for the second relief angle, respectively, and the width of the first relief surface is 3 mm, and the width of the second relief angle is the resultant, which is limited by the surface of the chip flute formed after grinding the cutter core diameter to 80 mm, and the cooling channel is located in each blade and has a rectangular shape in the axial cross-section, and in in cross-section it has a bean shape with a smaller radius at the tool axis and a larger radius outside the tool, and each of them is connected by a coolant supply channel from the holder through the driver.

2. A cylindrical end mill according to claim 1, characterized in that the body is made of steel powder whose hardness does not exceed 40 HRC, while the blade itself is hardfaced with a layer whose hardness reaches up to 70 HRC.