ВРАЩАЮЩИЙСЯ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
ROTARY GRINDING TOOL

Область техники, к которой относится изобретения
Настоящее изобретение относится к вращающемуся шлифовальному инструменту, подходящему для удаления шероховатостей и трещин, например, на поверхности стальной плиты.
Уровень техники
Обычно шероховатости с поверхности стальной плиты удаляют шлифованием ее поверхности. Шлифование поверхности является важным процессом для механической обработки стальной плиты. К примеру, когда отшлифованную стальную плиту изгибают для формирования стены резервуара нефтяной цистерны, трещины на поверхности подаваемой стальной плиты, оставшиеся на отшлифованной поверхности, могут привести к ее поломке за счет изгибающих напряжений. Таким образом, необходимо, чтобы шлифование поверхности завершалось без каких-либо остаточных трещин на шлифованной поверхности. Обычно на отшлифованную поверхность наносят покрытия, чтобы защитить поверхность, и отшлифованная поверхность должна иметь шероховатость, подходящую для покрытия.
Как средство для образования таких шлифованных поверхностей применяется вращающийся шлифовальный инструмент, в котором группа слоев листов тканного/бумажного абразива в форме диска образует цилиндрический шлифовальный узел. Причем этот шлифовальный узел вращается вокруг центральной оси, чтобы шлифовать предназначенную для шлифовки поверхность с помощью периферийной поверхности шлифовального узла, т.е. периферийной кромкой каждого из листов тканного/бумажного абразива.
Когда применяется шлифовальный узел, состоящий из группы легкорасслаиваемых плоских листов тканного/бумажного абразива, шлифованная поверхность микроскопически шлифуется только периферийной кромкой каждого листа тканного/бумажного абразива и не шлифуется участками между листами тканного/бумажного абразива. Таким образом, периферийные кромки каждого листа тканного/бумажного абразива вступают в контакт со шлифованной поверхностью с образованием множества полосообразных неровностей на завершенной шлифованной поверхности.
С другой стороны, в патенте Японии №2004-1145 (параграфы 0006, 0015, 0016 и Рисунок 2) [1] представлен вращающийся шлифовальный инструмент, в котором периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива имеют извилистую форму, чтобы предотвращать получение полосообразных неровностей, таким образом, завершая шлифованную поверхность с требуемой шероховатостью поверхности.
Фиг.8 показывает вращающийся шлифовальный инструмент, представленный в вышеуказанном документе [1]. Во вращающемся шлифовальном инструменте 12 группа туго стянутых внутренней металлической арматурой 8 многослойных листов тканного/бумажного абразива 7, внутренняя металлическая арматура изогнута, образуя шлифовальный элемент 9, имеющий извилистую периферийную кромку, а группа шлифовальных элементов 9 собираются в слои, образовывая цилиндрический шлифовальный узел 11. В процессе вращения узла 11 эта конфигурация позволяет периферийным кромкам листов тканного/бумажного абразива 7 двигаться возвратно-поступательно в направлении центральной оси, чтобы привести периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива 7 в контакт со всей шлифующей поверхностью.
Шлифовальный узел [1] имеет структуру, в которой группа шлифовальных элементов наслаиваются, причем каждая из них состоит из группы листов тканного/бумажного абразива, туго стянутых внутренней металлической арматурой, так что эти внутренние металлические арматуры соседних шлифующих элементов соприкасаются друг с другом, легко образуя зазор толщиной в два раза больше толщины пластины, составляющей внутреннюю металлическую арматуру между листами тканного/бумажного абразива этих соседних шлифующих элементов.
Щель между листами тканного/бумажного абразива может послужить причиной неравномерной плотности распределения зерен абразива в шлифующем элементе, что может вызывать изменения шероховатости поверхности на шлифованной поверхности или к уменьшению износостойкости шлифовального узла в результате уменьшения плотности распределения зерен абразива или засорения зернами абразива.
Задачей настоящего изобретения является решение вышеописанных проблем и создание вращающегося шлифовального инструмента с высокой износостойкостью, который может завершить поверхность с требуемой поверхностной шероховатостью.
Раскрытие изобретения
Для решения вышеописанной задачи настоящее изобретение предлагает вращающийся шлифовальный инструмент, в котором вокруг центральной оси непрерывно вращается, в основном, цилиндрический шлифовальный узел, который при вращении шлифует своей периферийной поверхностью объект шлифования, причем шлифовальный узел состоит из пары шлифовальных элементов на противоположных концах центральной оси и среднего участка состоящего из группы многослойных листов тканного/бумажного абразива и находящегося между парой шлифовальных элементов.
Шлифовальный элемент состоит из группы многослойных в основном круглых листов тканного/бумажного абразива с канальным отверстием в центре каждого, причем листы тканного/бумажного абразива туго стянуты кольцеобразной внутренней металлической арматурой через эти канальные отверстия. Внутреннюю металлическую арматуру шлифовального элемента делают извилистой формы, которая изгибается в направлении центральной оси, преобразовывая периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива в извилистую форму.
Средний участок состоит из группы листов тканного/бумажного абразива, отличающихся от листов тканного/бумажного абразива, составляющих шлифовальный элемент, наслоенных вдоль центральной оси. Средний участок туго стянут вдоль всей центральной оси парой шлифовальных элементов до такой степени, что каждый лист тканного/бумажного абразива быстро движется вдоль шлифовальных элементов и периферийные кромки каждого листа тканного/бумажного абразива преобразовываются в извилистую форму.
В соответствии с этой конфигурацией средний участок не содержит внутренней металлической арматуры, кроме одной необходимой пластины, которая составляет внутреннюю металлическую арматуру и помещается между листами тканного/бумажного абразива на границе между шлифовальным элемнтом и средним участком и соответственно листы тканного/бумажного абразива могут быть собраны в слои без зазоров. Это позволяет создать предельно равномерную плотность распределения зерен абразива в шлифовальном узле, чтобы стабилизировать шероховатость шлифованной поверхности, увеличивая плотность распределения зерен абразива и предотвращая засорение зернами абразива, и таким образом увеличивая износостойкость шлифовального узла.
Далее, поскольку периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива сформированы в извилистую форму, и, следовательно, разработанная форма в основном S-образного изгиба должна привести периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива в контакт со всей шлифуемой поверхностью. Это позволяет отшлифовать участки между листами тканного/бумажного абразива завершая, таким образом, шлифованную поверхность с требуемой шероховатостью поверхности.
Фланцы помещены в противоположные внешние стороны от шлифовального элемента вдоль центральной оси, и шлифовальный узел туго стянут фланцами вдоль центральной оси. Внутренние стороны поверхностей фланцев по центральной оси сформированы в извилистую форму, соответствующую извилистой форме внутренней металлической арматуры шлифовального элемента, чтобы предотвратить деформацию этой извилистой формы внутренней металлической арматуры шлифовального элемента при сильном стягивании шлифовального узла, таким образом, позволяя шлифовальному узлу быть крепко стянутым и прижатым и предотвращая образование зазоров между листами тканного/бумажного абразива.
В качестве методов получения периферийных кромок листов тканного/бумажного абразива средней части и шлифовального элемента извилистой формы могут быть приняты различные методы. Например, для средней части, листы тканного/бумажного абразива могут быть предварительно сформированы до некоторой степени прежде, чем будут туго стянуты шлифовальными элементами, или многослойные плоские листы тканного/бумажного абразива могут быть так стянуты и сжаты шлифовальными элементами, чтобы плотно прилегать по форме вдоль шлифовальных элементов.
Для шлифовального элемента листы тканного/бумажного абразива, предварительно сформированные в извилистую форму, могут быть стянуты внутренней металлической арматурой, также предварительно сформированной в извилистую форму. Или же внутренняя металлическая арматура может быть частично прижата вдоль центральной оси вместе с группой туго стянутых листов тканного/бумажного абразива с образованием извилистой формы, которая изгибается вверх и вниз в направлении центральной оси. Это позволяет стянуть периферийные кромки плоских листов тканного/бумажного абразива внутренней металлической арматурой и сформировать их в извилистую форму.
В качестве листа тканного/бумажного абразива могут использоваться различные материалы для основы, такие как бумага, ткань или нетканое полотно и абразивные зерна различных фракций и состава. Если в качестве материала основы используется пористый лист и покрывается абразивными зернами, то большое количество абразивных зерен может прилипнуть к материалу основы (пористый лист), таким образом, уменьшая силу нажима при шлифовке.
Как было описано выше, согласно настоящему изобретению, шлифовальный узел имеет среднюю часть, состоящую из группы многослойных листов тканного/бумажного абразива и расположенную между парой шлифовальных элементов, и таким образом не создается никаких зазоров между листами тканного/бумажного абразива внутренней металлической арматурой в отличие от конструкции, состоящей из наслоенных шлифовальных элементов. Это улучшает вид продукта, позволяет создать предельно равномерную плотность распределения зерен абразива, позволяет закончить шлифованную поверхность с требуемой поверхностной шероховатостью, увеличивает плотность распределения абразивных зерен и предотвращает засорение абразивными зернами, таким образом, увеличивая износостойкость шлифовального узла.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 (а) - вид спереди вращающегося шлифовального инструмента согласно настоящему изобретению, (b) - вид сверху, (с) - вид сбоку;
Фиг.2 - вид вращающегося шлифовального инструмента в перспективе;
Фиг.3 (а) - вид в перспективе шлифовального элемента, (b) - вид сбоку;
Фиг.4 (а) - вид спереди шлифовального элемента, (b) - вид в разрезе по линии А-А, (с) - вид в разрезе по линии В-В;
Фиг.5 - развернутый вид внешней периферийной поверхности фланца;
Фиг.6 - развернутый вид внешней периферийной поверхности шлифовального элемента;
Фиг.7 показывает форму шлифованной поверхности в разрезе;
Фиг.8 - вид в перспективе вращающегося шлифовального инструмента, известного из уровня техники.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1 и 2, вращающийся шлифовальный инструмент 1, в соответствии с изобретением, состоит из осевого вала 2, в который может быть вставлен работающий от двигателя вращающийся вал. Цилиндрический шлифовальный элемент 3 прочно крепится к внешней периферийной части осевого вала 2 и к паре кольцеобразных фланцев 4, ограничивающих противоположные концы осевого вала 2 для того, чтобы удерживать шлифующий элемент 3 в осевом направлении.
Осевой вал 2 сделан, к примеру, из стали цилиндрической формы с расположенными по всей периферии пазами, в которые вставлены С-образные упорные кольца 5, чтобы предотвратить смещение фланцев 4, которые установлены во внешних периферийных поверхностях противоположных концов осевого вала 2. Поддерживающие пластины 6 в форме дисков сделаны с подшипниками, через которые прилажены ходы вращающегося вала к внутренним перифериям противоположных концов осевого вала 2.
Шлифовальный узел 3 состоит из группы листов тканного/бумажного абразива 7, расположенных в осевом направлении, и образован парой шлифовальных элементов 9, находящихся в противоположных концах оси, и средним участком 10 расположенным между парой шлифовальных элементов 9.
Листы тканного/бумажного абразива 7 состоят из основы листа, такой как бумага, ткань или сетка, с поверхностью, покрытой абразивными зернами, такими как глинозем или карбид кремния, примерами являются листы тканного/бумажного абразива производства компаний Riken Corundum Co. Ltd. или Sankyo Rikagagu Co., Ltd. Лист тканного/бумажного абразива 7 преобразован в кольцевую форму, имеющую отверстие (отверстие для осевого вала) 7а в центре, соответствующее осевому валу 2.
Шлифовальный узел 9 состоит из группы многослойных листов тканного/бумажного абразива 7, которые удерживает и сжимает кольцеобразная внутренняя металлическая арматура 8, вставленная через отверстия 7а. Как показано на Фигурах 3 и 4, внутренняя металлическая арматура 8 состоит из цилиндрической части 8а, расположенной вдоль осевого вала 2, и части фланца 8b, который изогнут в аксиально-противоположных направлениях, и сохраняет в осевом направлении периферийные кромки отверстий 7а листов тканного/бумажного абразива 7. Внутренняя металлическая арматура 8 частично сжата верхними и нижними профилями с образованием извилистой формы с изгибами вверх и вниз в осевом направлении, и таким образом периферийные кромки листов тканного/бумажного абразива 7 шлифовального элемента 9 также образуют извилистую форму.
Средняя часть 10 состоит из группы аксиально наслоенных листов тканного/бумажного абразива 7 и компактно сжатых в осевом направлении парой шлифовальных элементов 9 так, чтобы соответствовать по форме шлифовальному элементу 9, и таким образом периферийная кромка каждого листа тканного/бумажного абразива 7 составляющего среднюю часть 10 преобразовывается в извилистую форму.
Фланцы 4 помещены на аксиально-противоположных внешних сторонах шлифовального элемента 9, чтобы держать и сжимать шлифовальный узел 3, причем внутренние поверхности осевых сторон преобразованы в извилистую форму, соответствующую извилистой форме внутренней металлической арматуры 8.
max
min
Как показано в Фиг.5, внутренние поверхности сторон фланцев 4 в осевом направлении имеют S-образные изгибы, имеющие комбинацию из изгибающихся линий и требуемой аксиальной амплитуды. 8-образный изгиб, в соответствии с изображением, представляет собой плавный изгиб, имеющий цикл 180° и амплитуду (ΔН=H-H) в пределах 7-20 мм, причем при величине периферийной длины (L) равной 373,66 мм, средний градиент (θ) между вершинами кривой составляет 4-12°, и радиус кривой (R) составляет 114,08-313,41 мм. Эти значения установлены так, чтобы шлифовальный узел 3 был аксиально стянут по кривой изгиба, чтобы преобразовывать внешнюю кромку каждого листа тканного/бумажного абразива 7 в извилистую форму.
Как показано на Фиг.6, во внешней периферийной поверхности шлифовального узел 3, внешняя кромка каждого листа тканного/бумажного абразива 7 имеет S-образный изгиб, длина между вершинами внешних осевых концов равна шлифующей ширине (b), и длина между вершинами внутренних осевых сторон равна эффективной шлифующей ширине (be). Точнее, эффективная ширина шлифовки (be) равна ширине участка, где листы тканного/бумажного абразива 7 непрерывно вступают в контакт со шлифуемой поверхностью.
В особенности в положении Р1 в пределах диапазона эффективной ширины шлифовки (be) в ширине шлифовки (b), внешний край каждого листа тканного/бумажного абразива 7 вступает в контакт, затем внешний край каждого смежного листа тканного/бумажного абразива 7 последовательно вступает в контакт, и таким образом шлифуемая поверхность шлифуется до определенной глубины шлифовки (d). В положении Р2 вне диапазона эффективной ширины шлифовки (be) в контакт вступают внешние края листов тканного/бумажного абразива 7 в противоположных осевых концах, и затем пока листы тканного/бумажного абразива 7 в противоположных осевых концах снова не вступят в контакт внешние края листов тканного/бумажного абразива 7 в контакт не вступают. Таким образом, в эффективной ширине шлифовки (be) глубина шлифовки в Р2 меньше, чем глубина шлифовки (d), и, как показано на Фиг.7, шлифуемая поверхность имеет в основном трапециевидную частную форму.
Далее, вращающийся шлифовальный инструмент 1 согласно настоящему изобретению будет сравнен с ближайшим известным вращающимся шлифовальным инструментом 12 (ближайшим аналогом), в котором шлифовальный узел 11 состоит из группы наслоенных шлифовальных элементов 9. В качестве листа тканного/бумажного абразива 7 для образования шлифовальных элементов 3 и 11, использовался лист тканного/бумажного абразива, имеющий пористый материал основу и шероховатость зернистости 80 (MG#80, производства Sankyo Rikagagu Co. Ltd.).
Сначала внешний вид шлифовального узла 3 в настоящем изобретении будет сравнен с внешним видом шлифовального узла 11 ближайшего аналога. Шлифовальный узел 11 ближайшего аналога имеет конструкцию, состоящую из группы слоев шлифовальных элементов 9, причем на границах между шлифовальными элементами 9 накладываются две пластины, которые составляют внутреннюю металлическую арматуру 8, создавая зазор между листами тканного/бумажного абразива 7. С другой стороны, шлифовальный элемент 3 в настоящем изобретении не содержит внутренней металлической арматуры 8 в среднем участке 10, кроме одной пластины, которая составляет внутреннюю металлическую арматуру 8 и помещается на границе между шлифующим элементом 9 и средним участком 10, не создавая при этом никаких зазоров между листами тканного/бумажного абразива 7, что обеспечивает хороший вид.
Сравнение средней шероховатости по десяти точкам RZ (сумма среднего значения высот самой высокой вершины к пятой по величине вершине и среднего значения глубин самого глубокого основания к пятой по величине глубине, при виде сточки от линии параллельной средней линии), при шлифовке шлифуемой поверхности средняя шероховатость шлифованной поверхности по десяти точкам традиционного продукта изменяется в пределах от 20 до 35 µm, в то время как средняя шероховатость шлифованной поверхности по десяти точкам настоящего изобретения стабильно 20 µm. Это может происходить, потому что не образуется никаких зазоров между листами тканного/бумажного абразива 7 в настоящем изобретении, и плотность распределения абразивных зерен предельно равномерна.
Сравнивая износостойкость, в ближайшем аналоге засорение листа тканного/бумажного абразива 7 может произойти в процессе шлифовки, в то время как в настоящем изобретении засорение не происходит в процессе шлифовки до тех пор, пока не износится шлифовальный узел 3 до 5 мм по радиусу от периферийной поверхности фланца 4. Непрерывное операционное время шлифовального узла 11 ближайшего аналога составляло 8-10 часов, в то время как непрерывное операционное время шлифовального узла 3 в настоящем изобретении составило 20 часов. Это может происходить, потому что не образуется никаких зазоров между листами тканного/бумажного абразива 7 в настоящем изобретении, чтобы увеличить плотность распределения абразивных зерен.
Далее будет описано влияние внешнего диаметра шлифовального узла 3 в настоящем изобретении. Внешний диаметр шлифовального узла 3 был принят 220 мм (периферийная скорость: 2625 м/мин), и таким образом непрерывное операционное время было увеличено в три раза по сравнению с тем, когда внешний диаметр шлифовального узла 3 был принят 200 мм (периферийная скорость: 2386 м/мин). Это может происходить, потому что увеличение периферийной скорости увеличивает качество шлифовки. Когда внешний диаметр шлифовального элемента 3 чрезмерно увеличен, извилистая ширина листа тканного/бумажного абразива 7 становится маленькой, что легко приводит к образованию полосообразных неровностей.
Вращающийся шлифовальный инструмент в настоящем изобретении применяется для шлифования поверхности стальной плиты с целью удаления с нее шероховатостей, таким образом, позволяя закончить шлифованную поверхность без каких-либо трещин и с равномерной поверхностной шероховатостью, подходящей для нанесения на нее покрытий. Шлифовальный элемент имеет высокую износостойкость, что позволяет проводить многочасовую шлифовку без замены шлифовального элемента, и подходит для шлифовки поверхности большой площади.
Таким образом, например, когда стальная плита изогнута, чтобы сформировать стену резервуара нефтяной цистерны, то трещины с поверхности подаваемой стальной плиты удалены как предпроцесс, чтобы препятствовать ее поломке за счет изгибающих напряжений.