Высокоэффективный режущий и шлифовальный круг, сохраняющий форму
HIGH-EFFICIENCY CUTTING AND GRINDING WHEEL, PRESERVING SHAPE

Изобретение относится к шлифовальным инструментом, а более конкретно к недеформируемым высокоэффективным шлифовальным кругам (дискам).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обработка металлов и неметаллических материалов заканчивается с помощью шлифовального круга. Шлифовальный круг, имеющий плоскую поверхность шлифования (или плоскую шлифовальные дорожки), используется для обработки плоскости и образующих колеса, имеющего неплоские (специальные формы) лицевые поверхности, для чего используется специальное шлифование краем шлифовального круга.
У шлифовального круга имеются два важных показателя - эффективность измельчения и деформация шлифовальной поверхности, которые используются для оценки производительности шлифовального круга.
1. Эффективность измельчения
Большое количество тепла и отходов шлифования производятся в процессе шлифовки шлифовальным кругом, так что шлифовальный круг должен быть охлажден во время обработки (плоского шлифования и специального фигурного шлифования). Способ охлаждения включает в себя подачу охлаждающей воды путем охлаждения механизма шлифовального станка и позволяет охлаждающей воде, чтобы действовать на шлифовальной поверхности. Охлаждающая вода способна охлаждать обрабатываемую поверхность заготовки, а также удалять большинство отходов. Скорость охлаждения и удаления отходов непосредственно влияют на качество и эффективность обработки.
Станок содержит внешнее охлаждение шлифовального станка и внутреннее охлаждение станка в соответствии с разницей в режимах охлаждения.
1) механизм внешнего охлаждения шлифовального станка имеет простую структуру и в основном включает в себя охлаждающий трубопровод, соединенный с источником давления. Трубы охлаждения установлены рядом с рабочим столом. Охлаждающая жидкость истекает из охлаждающей трубы и непосредственно действует на обрабатываемые поверхности заготовки, однако, охлаждающая жидкость быстро удаляется от обрабатываемой поверхности заготовки под действием центробежной силы при вращении шлифовального круга. Кроме того, рабочая поверхность плотно прикреплена к заготовке во время шлифования, и чипы, полученные в измельчении, образуют стойкий слой против хладагента, так что охлаждающую жидкость на самом деле трудно ввести рабочую поверхность во время обработки, но только функции в охлаждении шлифовального круга до и после измельчения.
2) внутреннее охлаждение реализуется, если станок снабжен шлифовальным кругом, имеющим внутреннее средство охлаждения. Хладагент может непосредственно воздействовать на рабочую поверхность шлифования. Как правило, охлаждающий эффект от режима внутреннего охлаждения лучше, чем в режиме внешнего охлаждения. Устройство внутреннего охлаждения шлифовального круга выполнено с впускным отверстием для воды, расположенным по оси отверстия основания, соответственно выход воды из вращающегося вала шлифовального круга осуществляется внутри шлифовального станка. Шлифовальный круг снабжен (небольшое количество) водяными каналами, расположенными на поверхности основания, и (небольшое количество) отверстиями для выпуска воды на шлифовальном круге. Хладагент поступает в канал вращающегося вала для установки шлифовального круга. Хладагент поступает далее в впускное отверстие в осевой канал шлифовального круга через выход воды из вращающегося вала, проходит через водные каналы и действует на рабочей поверхности после того, как выбрасывается из каналов шлифовального круга.
Известен шлифовальный круг, содержащий корпус, состоящий из основания в виде пластины с центральным отверстием для установки на вал и кольцевой прижимной пластины, соединенных резьбовыми элементами, установленными в опорных втулках между указанными пластинами, а также абразивное кольцо, закрепленное в корпусе между его пластинами, установленными с образованием кольцевого канала для впуска хладагента и кольцевой полости для заполнения хладагентом, соединенной с выполненными по наружной поверхности абразивного кольца отверстиями для выпуска хладагента (US 2011130081, прототип).
Недостатки известных устройств обусловлены сложностью проблем, включая размещение средств внутреннего охлаждение, подключение воды на выходе вращающегося вала, обеспечение температуры воды на входе отверстия оси центральной оси и в точках шлифовального круга, а также герметизация соединений. Структура внутреннего охлаждения шлифовального станка в результате усложняется, а затраты на осуществление внутреннего охлаждения шлифовального станка увеличиваются. Кроме того, только специальный шлифовальный круг, имеющий охлаждающую структуру, пригоден для шлифовального станка с внутренним охлаждением, что приводит к увеличению комплексных расходов на обработку.
3) В случае, если применяется общий шлифовальный круг, используемый в шлифовальных станках с наружным охлаждением и внутренним охлаждением шлифовального круга по современной технологии, определяет, что последовательность, длину и количество выбросов частиц абразивного материала. Тем не менее, скорость нагнетания и количество выбросов частиц обрабатываемого и абразивного материала непосредственно влияет на качество и эффективность обработки. Учитывая трудность полного удаления стружки, качество и эффективность обработки уменьшается. Это является ключевым фактором, ограничивающим эффективность работы шлифовального круга.
2. Деформация измельчаемой поверхности
В случае неплоской формы шлифуемой поверхности, учитываются соответствующие требованию к состоянию заготовки, подлежащей обработке. Окончательное формирование формы заготовки обусловлено, в частности, дугообразной или другой геометрической формой, например правильной геометрической формой или неправильной геометрической формой, образованной прямыми линиями, дугообразными или криволинейными линиями.
Для заготовки специальной формы предусмотрен припуск на шлифуемых поверхностях. Предусмотренный припуск может не совпадать с формой шлифуемой поверхности, но в большинстве случаев геометрическая форма припуска на механическую обработку относительно регулярной (обычно квадратной) формы и заготовки является равномерной. В процессе обработки, в частности, на различных позициях в осевом направлении и специальных формах поверхности шлифовального круга, вероятно, не эквивалентны и даже имеют несколько различий, тем не менее, износ материала шлифовального круга должен быть равномерным. Таким образом, различные степени износа в местах с соответствующей обработкой и различными осевыми положениями специальной формы шлифовальной поверхности шлифовального круга, деформация специальной формы шлифовальной поверхности с последующим специальным использованием шлифовального круга могут происходить, требуя восстановления или замены в результате отказа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду вышеописанных проблем, одна задача изобретения состоит в создании недеформируемого и высокоэффективного долговечного шлифовального круга, который имеет повышенную антидеформирующую способность, улучшенные свойства в отношении равномерного и непрерывного удаления продуктов износа и охлаждения. Другой задачей и техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение эффективного охлаждения при работе шлифовального станка для уменьшения деформаций шлифовального круга и обеспечения, тем самым, сохранения формы, а также расширение возможностей и снижение трудоемкости для контроля состояния и оперативной замены абразивного кольца.
Сущность изобретения заключается в том, что шлифовальный круг содержит основание, состоящее из опорной пластины с центральным отверстием для установки на вал и кольцевой прижимной пластины, соединенных посредством болтов, установленных в опорных втулках между указанными пластинами, а также абразивное кольцо, закрепленное между пластинами основания, установленными с образованием кольцевого канала для впуска хладагента и кольцевой полости для заполнения хладагентом, соединенной с выполненными по наружной поверхности абразивного кольца отверстиями для выпуска хладагента.
Предпочтительно, опорная пластина основания выполнена с центральным кольцом, в котором выполнено упомянутое центральное отверстие для установки на вал, а кольцевая прижимная пластина - с отверстием, имеющим диаметр больше наружного диаметра центрального кольца опорной пластины, и образующим вокруг центрального кольца упомянутый кольцевой канал для впуска хладагента.
Предпочтительно, абразивное кольцо выполнено с кольцевым желобом на наружной поверхности.
Предпочтительно, опорная пластина и прижимная пластина выполнены с одинаковым наружным диаметром и с внутренними проточками по периферии, образующими кольцевую канавку, в которой упомянутое абразивное кольцо закреплено с помощью клея.
Предпочтительно, абразивное кольцо выполнено с равномерно расположенными вдоль наружной поверхности сквозными радиальными отверстиями круглой или овальной формы для выпуска хладагента.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 приведен общий вид - объемное изображение шлифовального круга по настоящему изобретению;
на Фиг. 2 приведен вид спереди шлифовального круга по фиг. 1;
на Фиг. 3 приведена структурная схема внутренней части шлифовального круга по фиг. 2;
на Фиг. 4 (а) изображена диаграмма, показывающая распределение по области выработки шлифовальной поверхности специальной формы в виде кольцевого желоба на фиг. 1-3, в котором, осевая ширина области обработки несущественно больше, чем толщина обработки детали;
на Фиг. 4 (б) изображена диаграмма, показывающая распределение по области переработки на шлифовальной поверхности в виде кольцевого желоба на фиг. 1-3, в котором осевая ширина обработки области меньше толщины обработки детали;
на Фиг. 5 изображена схема, показывающая поверхность заготовки, обрабатываемой с помощью кольцевого желоба.
На чертежах используются следующие цифровые позиции: основание 1, опорная пластина основания 1-1, кольцевая прижимная пластина 1-2, абразивное кольцо 2, отверстия 2-1, поверхность обработки 2-2, кольцевой канал на входе 3, опорные втулки 4, кольцевая полость 5, болты 6, центральное кольцо 7 и заготовка 8.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для дальнейшей иллюстрации изобретения эксперименты, подробно недеформируемый и высокоэффективный шлифовальный круг описаны ниже в сочетании с чертежами.
Шлифовальный круг, содержащий корпус 1, состоящий из основания в виде пластины 1-1 с центральным отверстием для установки на вал и кольцевой прижимной пластины 1-2, соединенных болтами 6, установленными в опорных втулках 4 между указанными пластинами 1-1, 1-2, а также абразивное кольцо 2, закрепленное в корпусе 1 между его пластинами 1-1, 1-2, установленными с образованием кольцевого канала 3 для впуска хладагента и кольцевой полости 5 для заполнения хладагентом, соединенной с выполненными по наружной поверхности абразивного кольца 2 отверстиями 2-1 для выпуска хладагента.
Болты (эквивалентно: винты, шурупы, шпильки и т.п.) 6 установлены в резьбовые отверстия, выполненные в прижимной пластине 1-2.
Пластина 1-1 основания выполнена в центральной части с выступающим с одной стороны центральным кольцом 7, в котором выполнено центральное отверстие для установки на вал, и с окружающей кольцо 7 периферийной поверхностью, с одной стороны которой установлены абразивное кольцо 2 и прижимная пластина 1-2, выполненная с отверстием, охватывающим кольцо (ступицу) 7 пластины 1-1 основания с образованием вокруг последней кольцевого осевого канала 3 для впуска хладагента.
Абразивное кольцо 2 может быть составным из нескольких элементов или монолитным и выполнено с кольцевым желобом на наружной поверхности.
Пластина 1-1 основания и прижимная пластина 1-2 выполнены с одинаковым наружным диаметром и с односторонними проточками по периферии, установленными навстречу друг другу с образованием кольцевой канавки, в которой с помощью клея установлено абразивное кольцо 2.
Абразивное кольцо 2 выполнено с равномерно расположенными вдоль наружной поверхности 2-2 сквозными радиальными отверстиями 2-1 для выпуска хладагента круглой или овальной формы.
Диаметр внешнего кольца в кольцевой пластины 1-2 равен диаметру окружности пластины 1-1, а диаметр внутреннего отверстия в кольцевой пластине 1-2 больше, чем наружный диаметр ступицы 7 пластины 1-1. Пластины 1-1 и 1-2 разделены с помощью полых опорных втулок 4, равномерно распределенных по окружности пластины 1-1. Болты 6 вставлены в опорные втулки 4 и аксиально скрепляют пластину 1-1 и пластину 1-2. При этом абразивное кольцо 2 закреплено и соединено (как правило, с помощью клея) внутренней частью, обращенной к окружным кромкам пластин 1-1 и 1-2, как показано на фиг. 1-3.
В случае обработки кромки дуги, в качестве примера, шлифовальная поверхность кольцевого желоба абразивного кольца 2 имеет форму дуги и снабжена круглыми или овальными отверстиями 2-1 для выпуска хладагента (воды), которые проходят по кольцевому желобу и равномерно распределены на шлифующей поверхности. Отверстия 2-1 обеспечивают обработку дугообразной шлифовальной поверхности в области 2-2, контактирующей с заготовкой 8. Количество частиц отверстий 2-1 больше, чем ноль, и меньше, чем 30 в диапазоне длины линии соприкосновения шлифовального кольца 2 и заготовки 8 при обработке шлифовальным кругом. Между тем, в соответствии с длиной окружности при разных осевых положениях в области 2-2 обработки, припуск соответствует положениям заготовки 8. Другими словами, соотношения длин окружности Ln при различных осевых положениях поверхности 2-2 объекта обработки и припусков Ап в соответствующих положениях заготовки 8 эквивалентны (Ln/An, LL/Δ1, L2/Δ2, L3/Δ3, … эквивалентны), тем самым обеспечивая эквивалентный износ (структуру истирания) на дугообразной поверхности шлифовального круга. То есть различные осевые положения шлифовального круга образуют соответствующие длины окружности в области обработки поверхности по припускам, которые должны быть сняты шлифовальным кругом в процессе обработки. Чем больше обрабатываемая часть заготовки 8, тем больше соответствующая общая длина окружности обработки. Чем меньше обрабатываемая часть заготовки, тем 7меньше соответствующая общая длина окружности обработки. Припуск и соответствующая общая длина окружности на разных позициях образуют константу пропорциональности С, тем самым обеспечивая эквивалентное истирание и деформацию шлифовального круга специальной формы, как показано на фиг. 1-2, 4(а), и 4(б).
Эквивалентные соотношения, приведенные выше, представляют собой идеальные соотношения. При невысоких требованиях к геометрии заготовки 8, диапазон его относительно велик, или изготовление шлифовального круга является слишком сложным, собственно разница разрешается выбором между константой С и коэффициентов пропорциональности Cn, которой определяется соотношение между значениями длина окружности Ln области обрабатываемой поверхности, выделенной в различных позициях в осевом направлении шлифовального круга, и припусков Ап в соответствующих положениях заготовки 8. Амплитуда разности константы пропорционального константы С и соотношения Сп удовлетворяет требованиям к показателям допустимой погрешности формы заготовки 8. Кроме того, ошибка формы происходит в области 2-2 обработки объекта из-за производственных погрешностей. Таким образом, разница между практическим значением соотношения и теоретическим значением соотношения формирует соответствующее отношение, которое является приближенным результатом ошибки формы заготовки 8 и обрабатывающей обработки шлифовального круга. Под действием указанных выше факторов, существуют отклонения от соотношения между общей длиной окружности Ln в различных позициях в осевом направлении и припуском обработки Ап в соответствующих положениях заготовки 8. Чем меньше разброс (дисперсия), тем ближе коэффициент пропорциональности с, тем лучше эффект эквивалентного износа.
Как показано на фиг. 5, материал заготовки 8 имеет толщину, например, 5 мм, кривизну подъема дуги 1,5 мм, минимальный припуск (что соответствует средней части заготовки в направлении толщины) от 1 мм и максимальному припуску на механическую обработку (соответствующему правой и левой сторонам торцов) 2,5 мм. Таким образом, доля соотношения между припуском в осевом направлении заготовки 8 и общей длиной окружности в соответствующем положении в области 2-2 обработки определяет минимальный припуск, при этом максимальный припуск = 1:2,5.
Как показано на фиг. 4(а), при осевой ширине отверстий 2-1 выхода воды большей, чем ширина обрабатываемой поверхности заготовки 8, формируются микрорасстояния разрывной структуры шлифования или полуразрывной структуры шлифования. Полунепрерывная структура шлифования имеет гораздо меньшее биение, тем самым являясь оптимальной для обработки изделий, которые имеют высокие требования к развалу краев. При узком и высоком краях требуется, чтобы поперечная ширина выпускного отверстия 2-1 воды была больше, чем ширина поверхности обработки заготовки 8, чтобы сформировать непрерывную структуру шлифования, тем самым устраняя сужение края результате биения, как показано на фиг. 4(б).
Шлифовальный круг по изобретению имеет внутреннюю структуру охлаждения и применим для к внешнего охлаждения шлифовального станка. Хладагент (вода) на входе канала 3 охлаждающей воды представляет собой кольцеобразное отверстие, расположенное между пластинами 1-2 и 1-1. Полость 5 между пластинами 1-1 и 1-2 представляет собой область для хранения хладагента (воды) для размещения охлаждающей воды. Отверстия 2-1 соединены с полостью 5 хранения воды, как показано на фиг. 1 и 3.
При использовании шлифовального круга для обработки заготовки, трубы наружного охлаждения шлифовального станка соединяются с кольцеобразным отверстием канала 3 между ступицей 7 опорной пластины 1-1 основания и внутренним диаметром отверстия прижимной пластины 1-2. Охлаждающая вода поступает через кольцевой канал 3 в полость 5 и хранится в ней. Под действием центробежной силы охлаждающая вода из полости 5 хранения воды истекает на шлифовальную поверхность через отверстия 2-1 (круглой или овальной формы сквозных отверстий), тем самым реализуя внутреннее охлаждение заготовки 8. Обработка производится при шлифовке с истечением воды через отверстия 2-1 (круглой или овальной формы) и современно взаимодействует с ней. Если отверстия 2-1 переместить далеко от шлифуемой поверхности, вместе с вращением шлифовального круга, продукты износа равномерно удаляются под действием центробежной силы и потока воды.
Шлифовальный круг по изобретению обеспечивает своевременное и быстрое удаление продуктов износа от шлифовального круга, тем самым обеспечивая относительно хорошую высоту абразивных зерен, что способствует улучшению производительности шлифования абразивных зерен и повышению скорости резания с одновременным сохранением формы шлифовального круга. Между тем, поскольку продукты износа быстро удаляются, это способствует эффективности действия охлаждающей воды, отводу тепла, выделяемого при шлифовании из абразивных зерен и в результате трения, присутствие продуктов износа в значительной степени уменьшается, условия работы абразивных зерен улучшаются, условия работы абразивных зерен улучшаются, и срок службы шлифовального круга увеличивается. Кроме того, уменьшение воздействия теплоты трения также направлено на сохранение формы шлифовального круга и является полезным для улучшения качества поверхности заготовки 8.
Специальное использование: обработка шлифовальной поверхности сложной формы усложняется. Для этого она делится на множество секций, и используются множество соответствующих шлифовальных кругов, которые можно рассматривать как суперпозицию многих шлифовальных кругов. Когда два или более двух шлифовальных круга при работе расположены соосно и параллельно, полости 5 (области хранения воды) шлифовальных кругов 1 сообщены друг с другом.
Замена абразивного кольца 2 не представляет трудностей и не требует высокой квалификации, производится путем вывинчивания болтов 6.
Техническое решение по изобретению особенно применимо для обработки жестких металлов или неметаллических материалов. Кольцевой желоб 2 шлифовального круга выполнен из сверхтвердого абразивного материала. Область обработки 2-2 с помощью кольцевого желоба абразивного кольца 2 формируется путем одностадийной операции его формирования или комбинацией таких операций.