PL248076B1

PL248076B1 - End mill

Info

Publication number: PL248076B1
Application number: PL442961A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Żyłka; Rafał Flejszar; Marcin Płodzeń
Original assignee: Podkarpackie Centrum Innowacji Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2022-11-27
Filing date: 2022-11-27
Publication date: 2025-10-13
Also published as: PL442961A1

Abstract

Frez walcowo-czołowy posiadający część chwytową (1) walcową oraz część roboczą (2) z ostrzami (3) ukształtowanymi śrubowo, przy czym w części roboczej (2) znajdują się co najmniej trzy ostrza (3) skrawające, ukształtowane po linii śrubowej o kącie od 30° do 50°. Ostrza (3) w części roboczej walcowej (2) frezu posiadają stały kąt natarcia wynoszący od 10° do 15°, a powierzchnia przyłożenia składa się z łysinki będącej powierzchnią walcową o szerokości od 0,01 mm do 0,05 mm, mierzoną w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza (3), przy czym szerokość łysinki wyznaczana jest od końca promienia zaokrąglenia ostrza (3) do początku pierwszego ścinu oraz z dwóch, a pierwszy ścin posiada pierwszy kąt pochylenia od 8° do 12° i drugi ścin posiada drugi kąt pochylenia od 20° do 30°, przy czym oba kąty są mierzone w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza (3), a ostrze (3) jest zaokrąglone promieniem zaokrąglenia i promień zaokrąglenia ostrza (3) mierzony w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza (3) wynosi od 0,015 mm do 0,025 mm, a ponadto pomiędzy promieniem zaokrąglenia ostrza (3), a łysinką jest zachowany warunek styczności.A cylindrical end mill having a cylindrical gripping part (1) and a working part (2) with helical-shaped blades (3), wherein the working part (2) has at least three helical-shaped cutting blades (3) with an angle of 30° to 50°. The blades (3) in the cylindrical working part (2) of the milling cutter have a constant rake angle of 10° to 15°, and the clearance surface consists of a chamfer being a cylindrical surface with a width of 0.01 mm to 0.05 mm, measured in a plane perpendicular to the blade (3), wherein the width of the chamfer is determined from the end of the radius of rounding of the blade (3) to the beginning of the first chamfer, and of two, and the first chamfer has a first inclination angle of 8° to 12° and the second chamfer has a second inclination angle of 20° to 30°, wherein both angles are measured in a plane perpendicular to the blade (3), and the blade (3) is rounded with a rounding radius and the rounding radius of the blade (3) measured in a plane perpendicular to the blade (3) is from 0.015 mm to 0.025 mm, and furthermore between the radius of rounding of the blade (3) and the bald spot is the condition of contact maintained.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest frez walcowo-czołowy posiadający część chwytową walcową oraz część roboczą z ostrzami ukształtowanymi śrubowo, przy czym w części roboczej znajdują się co najmniej trzy ostrza skrawające ukształtowane po linii śrubowej o kącie od 30° do 50°. Frez walcowo-czołowy według wynalazku może być stosowany w przemysłowych operacjach obróbki skrawaniem.The invention is a milling cutter having a cylindrical shank and a working part with helical-shaped cutting edges, wherein the working part includes at least three helical-shaped cutting edges with an angle of 30° to 50°. The milling cutter according to the invention can be used in industrial machining operations.

Proces frezowania jest jedną z najczęściej stosowanych odmian obróbki skrawaniem. Stosowany jest w wielu gałęziach przemysłu do wytwarzania różnorodnych wyrobów. Stale obserwuje się również nieustanny rozwój frezowania. Jedną z nowoczesnych odmian frezowania jest frezowanie szybkościowe HSC (z ang.: High Speed Cutting). Polega ono na frezowaniu z dużymi prędkościami skrawania, co pozwala na zwiększenie wydajności obróbki oraz jednoczesne uzyskanie wysokich jakości powierzchni. Stąd też obróbka szybkościowa stosowana jest głównie jako obróbka wykończeniowa. Ponadto bardzo często ma ona zastosowanie do obróbki elementów cienkościennych, gdzie zapewnienie stabilności procesu oraz dokładności i jakości powierzchni jest szczególnie utrudnione. Dlatego też aby spełnić wymagania jakościowe przedmiotu obrabianego w obróbce szybkościowej niezbędne jest stosowanie frezów o odpowiedniej geometrii.The milling process is one of the most commonly used types of machining. It is used in many industries to produce a variety of products. The continuous development of milling is also observed. One of the modern types of milling is HSC (High Speed Cutting). It involves milling at high cutting speeds, which allows for increased machining efficiency while simultaneously achieving high surface quality. Therefore, high-speed machining is primarily used for finishing. Furthermore, it is often used for machining thin-walled components, where ensuring process stability, accuracy, and surface quality is particularly difficult. Therefore, to meet the quality requirements of the workpiece in high-speed machining, it is essential to use milling cutters with appropriate geometry.

Obróbka frezarska ma zastosowanie do większości materiałów konstrukcyjnych. Jednym z materiałów często frezowanych szybkościowo są stopy aluminium. Ze względu na właściwości stopów Al ich obróbka wymaga stosowania odpowiednio wysokich prędkości skrawania oraz dedykowanych geometrii ostrza. Stąd też obróbka szybkościowa stopów aluminium jest nadal przedmiotem badań.Milling is applicable to most structural materials. One of the materials frequently subjected to high-speed milling is aluminum alloys. Due to the properties of aluminum alloys, their machining requires the use of appropriately high cutting speeds and dedicated cutting geometry. Therefore, high-speed machining of aluminum alloys is still a subject of research.

Jednym z kluczowych czynników mających wpływ na przebieg procesu obróbki frezarskiej szybkościowej stopów aluminium oraz jakość części po obróbce jest geometria ostrza frezu. W frezowaniu stosuje się różnorodne frezy różniące się budową, rozmieszczeniem i geometrią ostrzy, sposobem wykonania oraz odmianą konstrukcyjną. Jednym z typów frezów bardzo często stosowanych w praktyce przemysłowej są monolityczne frezy trzpieniowe walcowo-czołowe. Są to narzędzia wieloostrzowe posiadające ostrza zarówno na części czołowej oraz części walcowej. Tego typu frezy pracują zazwyczaj z posuwem promieniowym, wtedy główne krawędzie skrawające znajdują się na ostrzach walcowych. W przypadku ich zastosowania w obróbce wykończeniowej ostrza walcowe kształtują ostateczne parametry jakościowe wytwarzanych części oraz wyrobów, m.in. chropowatość powierzchni oraz dokładność wymiaru i kształtu. Spełnienie wymaganej jakości zależy w głównej mierze od geometrii ostrza.One of the key factors influencing the high-speed milling process of aluminum alloys and the quality of the finished part is the cutter's cutting edge geometry. A variety of milling cutters are used in milling, differing in their structure, blade arrangement and geometry, manufacturing method, and design. One type of milling cutter frequently used in industrial practice is the monolithic end mill. These are multi-tooth tools with cutting edges on both the front and the cylindrical end. These cutters typically operate with radial feed, with the main cutting edges located on the cylindrical blades. When used in finishing, cylindrical blades determine the final quality parameters of the manufactured parts and products, including surface roughness and dimensional and shape accuracy. Meeting the required quality requirements depends primarily on the cutter's cutting edge geometry.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL405992 B frez zgrubno-wykańczający charakteryzuje się tym, że ma co najmniej cztery rowki wiórowe o radełkowanej powierzchni oraz co najmniej cztery bezfazowe ostrza skrawające na powierzchni obwodowej, których płaszczyzna przyłożenia obniżona jest o 0,01-0,02 mm względem radełkowanej powierzchni oraz posiada przesunięcie płaszczyzny przyłożenia względem rowków wiórowych. Geometria bezfazowego ostrza skrawającego ma skręt spirali rowka wiórowego o kąt 30°- 38°, a kąt natarcia wynosi 7° - 16°, kąt przyłożenia wynosi 8°- 16°, natomiast kąt pomocniczej płaszczyzny przyłożenia wynosi 16° - 30°, zaś promieniowy kąt przyłożenia powierzchni radełkowanej wynosi 6° - 12°.Known from Polish patent description PL405992 B, a roughing-finishing milling cutter is characterized in that it has at least four chip flutes with a knurled surface and at least four chamfer-free cutting edges on the peripheral surface, the clearance plane of which is lowered by 0.01-0.02 mm relative to the knurled surface and has a clearance plane offset relative to the chip flutes. The geometry of the chamfer-free cutting edge has a chip flute spiral angle of 30°-38°, a rake angle of 7°-16°, a relief angle of 8°-16°, a minor relief plane angle of 16°-30°, and a radial relief angle of the knurled surface of 6°-12°.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 416523 B frez walcowo-czołowy, posiadający chwyt i część roboczą, w której znajdują się co najmniej cztery ostrza oraz rowki wiórowe o zmiennej głębokości, charakteryzuje się tym, że ostrza frezu wykonane są parami, a ich podział zawiera się w przedziale 3° + 5°, natomiast rozmieszczone pomiędzy ostrzami wiórowe rowki składają się z części (A), przebiegającej przez całą długość części roboczej i mają głębokość odpowiadającą 15% średnicy części roboczej frezu oraz z części (B) przebiegającej od czoła na długości odpowiadającej wielkości średnicy części roboczej frezu i mają głębokość odpowiadającą 20% średnicy części roboczej frezu, a promień (R2) styczny do powierzchni natarcia (Z), umiejscowiony w części (B) wiórowych rowków zawiera się w przedziale pomiędzy 13% - 16% wielkości średnicy części roboczej, zaś promień (R1), będący stycznym do powierzchni natarcia (Z), umiejscowiony w części (A) wiórowych rowków zawiera się w przedziale pomiędzy 8% - 10% wielkości średnicy części roboczej, natomiast kąt (a), leżący w płaszczyźnie (G) prostopadłej do linii śrubowej ostrza, zawarty pomiędzy płaszczyzną (H) prostopadłą do osi frezu, będącą styczną do linii śrubowej, przechodzącą przez ostrze, a powierzchnią natarcia (Z) zawiera się w przedziale od 7° do 10°.It is known from the Polish patent description PL 416523 B a cylindrical end mill having a shank and a working part in which there are at least four blades and chip flutes of variable depth, characterized in that the cutter blades are made in pairs and their division is in the range of 3° + 5°, while the chip flutes arranged between the blades consist of a part (A), running along the entire length of the working part and have a depth corresponding to 15% of the diameter of the working part of the cutter and of a part (B) running from the front along a length corresponding to the diameter of the working part of the cutter and have a depth corresponding to 20% of the diameter of the working part of the cutter, and the radius (R2) tangential to the rake surface (Z), located in the part (B) of the chip flutes is in the range between 13% - 16% of the diameter of the working part, and the radius (R1), being tangential to the rake surface (Z), located in the part (A) of the chip flutes is in the range between 8% - 10% of the diameter of the working part, while the angle (a), lying in the plane (G) perpendicular to the helix of the blade, between the plane (H) perpendicular to the axis of the cutter, being tangent to the helix passing through the blade, and the rake face (Z) is in the range from 7° to 10°.

W opisanych wynalazkach dotyczących frezów brak jest rozwiązań umożliwiających uzyskanie jak najlepszych parametrów jakościowych cienkościennych przedmiotów wykonanych ze stopu aluminium po szybkościowej obróbce wykończeniowej. W cytowanych oraz innych znanych w stanie techniki frezach brak jest rozwiązań, których mikrogeometria pozwalałaby na uzyskiwanie chropowatości powierzchni na poziomie parametru Ra = 0,25 um przy zachowaniu odchyłki kształtu nie przekraczającej 0,01 mm, gdzie parametry te byłyby osiągane przy jednoczesnym zachowaniu wydajności skrawania Q = 3000 mm³/min dla elementów cienkościennych.The milling cutter inventions described herein lack solutions that enable the achievement of the best possible quality parameters for thin-walled workpieces made of aluminum alloy after high-speed finishing. The cited and other milling cutters known in the art lack solutions whose microgeometry would allow for a surface roughness of Ra = 0.25 um while maintaining a shape deviation of no more than 0.01 mm, where these parameters would be achieved while maintaining a cutting efficiency of Q = 3000 ^mm³ /min for thin-walled workpieces.

Celem wynalazku jest uzyskanie frezu walcowo-czołowego umożliwiającego otrzymanie jak najlepszych parametrów jakościowych cienkościennych przedmiotów wykonanych ze stopu aluminium po szybkościowej obróbce wykończeniowej, którego mikrogeometria pozwalałaby na uzyskiwanie chropowatości powierzchni na poziomie parametru Ra = 0,25 um przy zachowaniu odchyłki kształtu nie przekraczającej 0,01 mm, gdzie parametry te byłyby osiągane przy jednoczesnym zachowaniu wydajności skrawania Q = 3000 mm³/min dla elementów cienkościennych.The aim of the invention is to obtain an end mill enabling the best possible quality parameters of thin-walled objects made of aluminum alloy after high-speed finishing, the microgeometry of which would allow for obtaining surface roughness at the level of the parameter Ra = 0.25 um while maintaining the shape deviation not exceeding 0.01 mm, where these parameters would be achieved while maintaining the cutting efficiency of Q = 3000 ^mm3 /min for thin-walled elements.

Frez walcowo-czołowy posiadający część chwytową walcową oraz część roboczą z ostrzami ukształtowanymi śrubowo, przy czym w części roboczej znajdują się co najmniej trzy ostrza skrawające ukształtowane po linii śrubowej o kącie od 30° do 50°, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ostrza w części roboczej walcowej frezu posiadają stały kąt natarcia wynoszący od 10° do 15°, a powierzchnia przyłożenia składa się z łysinki będącej powierzchnią walcową o szerokości od 0,01 mm do 0,05 mm, mierzoną w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza, przy czym szerokość łysinki wyznaczana jest od końca promienia zaokrąglenia ostrza do początku pierwszego ścinu, oraz z dwóch ścinów, a pierwszy ścin posiada pierwszy kąt pochylenia od 8° do 12° i drugi ścin posiada drugi kąt pochylenia od 20° do 30°, przy czym oba kąty są mierzone w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza, a ostrze jest zaokrąglone promieniem zaokrąglenia i promień zaokrąglenia ostrza mierzony w płaszczyźnie prostopadłej do ostrza wynosi od 0,015 mm do 0,025 mm, a ponadto pomiędzy promieniem zaokrąglenia ostrza, a łysinką jest zachowany warunek styczności.A cylindrical end mill having a cylindrical shank part and a working part with helical shaped blades, wherein the working part has at least three cutting blades shaped in a helical line with an angle of 30° to 50°, according to the invention is characterized in that the blades in the cylindrical working part of the milling cutter have a constant rake angle of 10° to 15°, and the clearance surface consists of a chamfer being a cylindrical surface with a width of 0.01 mm to 0.05 mm, measured in a plane perpendicular to the blade, wherein the width of the chamfer is determined from the end of the radius of the blade rounding to the beginning of the first chamfer, and two chamfers, wherein the first chamfer has a first inclination angle of 8° to 12° and the second chamfer has a second inclination angle of 20° to 30°, wherein both angles are measured in a plane perpendicular to the blade, and the blade is rounded radius of the rounding and the radius of the blade rounding measured in a plane perpendicular to the blade is from 0.015 mm to 0.025 mm, and in addition the condition of contact is maintained between the radius of the blade rounding and the chamfer.

Dzięki zastosowaniu frezu walcowo-czołowego charakteryzującego się unikalną geometrią ostrzy walcowych w obszarze krawędzi skrawającej i powierzchni przyłożenia według wynalazku możliwe jest uzyskanie jak najlepszych parametrów jakościowych cienkościennych przedmiotów wykonanych ze stopu aluminium po szybkościowej obróbce wykończeniowej. We frezie walcowo-czołowym według wynalazku wprowadzono modyfikacje ostrza oraz powierzchni przyłożenia w skali mikro w stosunku do frezów znanych w stanie techniki. Opracowana mikrogeometria frezu pozwala na uzyskiwanie chropowatości powierzchni na poziomie parametru Ra = 0,25 um przy zachowaniu odchyłki kształtu nie przekraczającej 0,01 mm. Ponadto parametry te mogą zostać osiągnięte przy jednoczesnym zachowaniu wydajności skrawania Q = 3000 mm³/min dla elementów cienkościennych.By using an end mill with a unique cylindrical blade geometry in the cutting edge and clearance area, the invention enables the achievement of the highest possible quality parameters for thin-walled workpieces made of aluminum alloy after high-speed finishing. The end mill according to the invention incorporates micro-scale modifications to the blade and clearance area compared to prior art cutters. The developed micro-geometry of the cutter allows for a surface roughness of Ra = 0.25 um while maintaining a shape deviation of no more than 0.01 mm. Furthermore, these parameters can be achieved while maintaining a cutting efficiency of Q = 3000 ^mm³ /min for thin-walled workpieces.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, na fig. od 1 do 2. Fig. 1 przedstawia frez walcowo-czołowy w rzucie z boku, a fig. 2 przedstawia szczegół ostrza w przekroju A-A prostopadłym do ostrza frezu.The subject of the invention is shown in an embodiment in the drawing, in figs. 1 to 2. Fig. 1 shows the end mill in a side view, and fig. 2 shows a detail of the blade in a cross-section A-A perpendicular to the cutter blade.

Przedstawiony na fig. 1 frez walcowo-czołowy według wynalazku w przykładzie wykonania posiada część chwytową 1 walcową oraz część roboczą 2 z ostrzami 3 ukształtowanymi śrubowo. W części roboczej 2 znajdują się trzy ostrza 3 skrawające ukształtowane po linii śrubowej o kącie 35°.The end mill according to the invention shown in Fig. 1 in an example embodiment has a cylindrical gripping part 1 and a working part 2 with helical cutting edges 3. The working part 2 has three cutting edges 3 shaped in a helical line with an angle of 35°.

Przedstawiony na fig. 2 szczegół ostrza 3 frezu według wynalazku w przykładzie wykonania, w przekroju A-A prostopadłym do ostrza 3 frezu, ukazuje jedno z trzech ostrzy 3, które w części roboczej walcowej 2 frezu posiadają stały kąt natarcia 4 wynoszący 12°. Powierzchnia przyłożenia 5 składa się z łysinki 6 będącej powierzchnią walcową o szerokości 0,04 mm, mierzoną w płaszczyźnie A-A prostopadłej do ostrza 3, oraz z dwóch ścinów 8, 9. Szerokość łysinki 6 wyznaczana jest od końca promienia zaokrąglenia 7 ostrza 3 do początku pierwszego ścinu 8. Pierwszy ścin 8 posiada pierwszy kąt pochylenia 10 10° i drugi ścin 9 posiada drugi kąt pochylenia 11 25°, przy czym oba kąty 10, 11 są mierzone w płaszczyźnie A-A prostopadłej do ostrza 3. Ostrze 3 jest zaokrąglone promieniem zaokrąglenia 7 i promień zaokrąglenia 7 ostrza 3 mierzony w płaszczyźnie A-A prostopadłej do ostrza 3 wynosi 0,02 mm. Pomiędzy promieniem zaokrąglenia 7 ostrza 3, a łysinką 6 jest zachowany warunek styczności.The detail of the milling cutter blade 3 shown in Fig. 2 in an embodiment example, in cross-section A-A perpendicular to the milling cutter blade 3, shows one of the three blades 3 which in the cylindrical working part 2 of the milling cutter have a constant rake angle 4 of 12°. The relief surface 5 consists of a margin 6 which is a cylindrical surface with a width of 0.04 mm, measured in the plane A-A perpendicular to the blade 3, and two chamfers 8, 9. The width of the margin 6 is determined from the end of the fillet radius 7 of the blade 3 to the beginning of the first chamfer 8. The first chamfer 8 has a first inclination angle 10 10° and the second chamfer 9 has a second inclination angle 11 25°, wherein both angles 10, 11 are measured in the plane A-A perpendicular to the blade 3. The blade 3 is rounded with a fillet radius 7 and the fillet radius 7 of the blade 3 measured in the plane A-A perpendicular to the blade 3 is 0.02 mm. The condition of contact is maintained between the fillet radius 7 of the blade 3 and the margin 6.

Claims

Patent claim

1. A cylindrical end mill with a cylindrical gripping part (1) and a working part (

2) with blades (

3) helically shaped, wherein the working part (2) has at least three cutting blades (3) shaped in a helical line with an angle of 30° to 50°, characterized in that the blades (3) in the cylindrical working part (2) of the milling cutter have a constant rake angle (4) of 10° to 15°, and the clearance surface (5) consists of a chamfer (6)

4 PL 248076 B1 being a cylindrical surface with a width of 0.01 mm to 0.05 mm, measured in a plane perpendicular to the blade (3), wherein the width of the chamfer (6) is determined from the end of the radius of rounding (7) of the blade (3) to the beginning of the first chamfer (8), and from two chamfers (8, 9), and the first chamfer (8) has a first inclination angle (10) of 8° to 12° and the second chamfer (9) has a second inclination angle (11) of 20° to 30°, wherein both angles (10, 11) are measured in a plane perpendicular to the blade (3), and the blade (3) is rounded with a radius of rounding (7) and the radius of rounding (7) of the blade (3) measured in a plane perpendicular to the blade (3) is from 0.015 mm to 0.025 mm, and furthermore between the radius rounding (7) of the blade (3), and the chamfer (6) is the condition of contact maintained.