ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при шлифовании электропроводных труднообрабатываемых высокопрочных материалов повышенной твердости с обеспечением высокой точности геометрической формы детали и качеством обрабатываемой поверхности.
Известен комбинированный шлифовальный круг (см. патент РФ №2152869, B24D 5/14, бюл. №20, 2000 г.), содержащий жестко закрепленную на корпусе по винтовой линии металлическую ленту, несущую крупнозернистый абразивный слой, и металлическую ленту, несущую мелкозернистый абразивный слой, уложенную в Т-образные пазы корпуса по винтовой линии и опирающуюся через гидропласт на термобиметаллическую ленту, соединенную с источником электрического тока, при этом крупнозернистый абразивный слой выполнен прерывистым, а мелкозернистый - непрерывным.
Признаки, совпадающие: наличие крупнозернистого и мелкозернистого абразива, источник электрического тока.
Причины, препятствующие поставленной задаче: сложность конструкции, невысокая надежность, малая эффективность при шлифовании труднообрабатываемых материалов.
Известен шлифовальный круг из нетокопроводящего материала (см. авторское свидетельство №1705047, В24В 49/00, бюл. №2, 1992 г.), содержащий токопроводящие элементы, нанесенные по обеим торцам, а с целью расширения технологических возможностей токопроводящие элементы выполнены сплошными по всей поверхности торцов круга.
Признаки, совпадающие: содержит нетокопроводящий материал, токопроводящие элементы, нанесенные по обоим торцам круга.
Причины, препятствующие поставленной задаче; сложность конструкции, невысокая надежность, малая эффективность при шлифовании труднообрабатываемых материалов, невысокая точность геометрических форм и невысокое качество поверхности обработанных деталей.
За прототип принят шлифовальный круг (см. патент РФ №2319600, B24D 5/14, В23Н 5/06, бюл. №8, 2008 г.), содержащий токопроводящие элементы на торцах и выполненный из нетокопроводного абразивного материала, снабжен дополнительными радиально размещенными в нетокопроводном абразивном материале токопроводящими элементами, выполненными в виде расширяющихся от центра стержней, включающих абразив с добавлением чугуна и армированных электродами, связанными с токопроводящими элементами на торцах шлифовального круга, при этом твердость абразива стержней больше твердости абразива нетокопроводного материала круга.
Признаки, совпадающие: нетокопроводной абразивный материал, токопроводящие элементы на торцах, дополнительные радиально размещенные в нетокопроводном абразивном материале токопроводящие элементы в виде расширяющихся от центра стержней, включающих абразив с добавлением чугуна, армированных электродами, связанными с токопроводящими элементами на торцах шлифовального круга, твердость абразива стержней больше Твердости абразива нетокопроводного материала круга.
Признаки, препятствующие поставленной задаче: невысокая надежность конструкции круга вследствие разрушения абразива стержней вокруг электродов из-за высокой скорости вращения круга и его вибрации при шлифовании труднообрабатываемых высокопрочных материалов повышенной твердости, а также частый разрыв электродов вследствие их сильного нагрева при трении об обрабатываемую поверхность детали, вызывающего неравномерное распределение напряжений по длине.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности конструкции шлифовального круга и обеспечение безопасности его работы при шлифовании труднообрабатываемых высокопрочных материалов повышенной твердости.
Технический результат заключается в том, что электроды по длине выполнены ступенчатыми квадратного сечения с зазубринами на ребрах, расположенными в шахматном порядке, причем сечение прикрепляемой к токопроводящим элементам части электрода больше, чем сечение соприкасающейся с обрабатываемой поверхностью частью электрода.
Для достижения технического результата шлифовальный круг содержит токопроводящие элементы на торцах и выполнен из нетокопроводного абразивного материала, снабжен дополнительными радиально размещенными в нетокопроводном абразивном материале токопроводящими элементами, выполненными в виде расширяющихся от центра стержней, включающих абразив с добавлением чугуна и армированных электродами, связанными с токопроводящими элементами на торцах шлифовального круга, при этом твердость абразива стержней больше твердости абразива нетокопроводного материала круга, а электроды по длине выполнены ступенчатыми квадратного сечения с зазубринами на ребрах, расположенными в шахматном порядке, причем сечение прикрепляемой к токопроводящим элементам части электрода больше, чем сечение соприкасающейся с обрабатываемой поверхностью частью электрода.
Шлифовальный круг (рис.1, а) выполнен из нетокопроводного абразивного материала 1 с токопроводящими элементами 2 на торцах, снабжен дополнительными радиально размещенными в нетокопроводном абразивном материале токопроводящими элементами, выполненными в виде расширяющихся от центра стержней 3, включающих абразив с добавлением чугуна и ступенчатые электроды 4 квадратного сечения с зазубринами, расположенными в шахматном порядке (рис.1, б) и связанными с токопроводящими элементами 2 на торцах шлифовального круга, при этом твердость абразива стержней 3 больше твердости абразива нетокопроводного материала 1, а сечение прикрепляемой к непроводящим элементам части электрода больше, чем сечение соприкасающейся с обрабатываемой поверхностью частью электрода.
Шлифовальный круг получают следующим образом. Из токопроводящего материала (металла) изготавливают ступенчатые электроды 4 квадратного сечения, на ребрах которых в шахматном порядке делают зазубрины. В первую полуформу устанавливают предварительно выполненные (спрессованные) стержни 3 из абразива большей твердости с добавлением чугуна и армированными электродами 4, закрепленными на токопроводящем элементе 2, заполняют ее основной абразивной массой 1 и спрессовывают. Аналогично подготавливают вторую полуформу. Затем обе полуформы соединяют, дополнительно спрессовывают и подвергают обжигу. правками) и уменьшается количество прижогов на обработанной поверхности детали.
Выполнение металлических электродов 4 ступенчатыми квадратного сечения и с зазубринами на ребрах, расположенными в шахматном порядке, позволяет надежно удерживать их в абразивной массе стержня 3 в результате повышенной сопротивляемости сдвигу в осевом направлении электродов за счет наличия у них зазубрин, расположенных в шахматном порядке и на ступенях с разным квадратным сечением. Зазубрины на ребрах электродов и их квадратное сечение обеспечивают высокую сцепляемость электродов с абразивом стержней и не допускают их разрыва из-за неравномерного распределения напряжений по длине электродов вследствие высоких скоростей вращения круга и его вибрации при шлифовании труднообрабатываемых высокопрочных материалов повышенной твердости. Кроме того, увеличение площади сечения в прикрепляемой к токопроводящим элементам круга части электрода способствует улучшению теплоотдачи от электрода к нетокопроводному абразивному материалу стержней. Это также приводит к снижению температурных напряжений в материале электродов и исключает их разрыв. Процесс шлифования становится более безопасным, протекает более стабильно, без вибраций, что приводит к увеличению стойкости инструмента и улучшению показателей качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
При работе шлифовальный круг устанавливается на шпинделе шлифовального станка. К его токопроводящим элементам 2 на торцах подсоединяются коммутаторы (не показано), посредством которых подается электрический ток низкого напряжения. Электрический ток, распределяясь в зоне контакта стержней шлифовального круга с поверхностью обрабатываемой детали пропорционально контактным электрическими напряжениям (или поверхностному сопротивлению материала), создает эффект разупрочнения или диспергирования поверхностного слоя металла, который удаляется абразивным зерном шлифовального круга. При этом выделяется дополнительное количество тепла, идущее на размягчение материала поверхностного слоя обрабатываемой детали и образование тонкой наноструктурной оксидной пленки. В результате в зоне контакта создаются условия для полусухого трения, что ведет к снижению коэффициента трения между абразивным зерном и материалом поверхностного слоя обрабатываемой детали, а также уменьшению вибрации круга. Вследствие этого повышается стойкость шлифовального круга (время между двумя последовательными правками) и уменьшается количество прижогов на обработанной поверхности детали, повышается точность геометрических форм шлифованных деталей.
На круглошлифовальном станке мод. 3А151 проведены сравнительные испытания по определению эффективности использования предлагаемого шлифовального круга по сравнению с прототипом. В качестве основного абразивного материала при изготовлении шлифовальных кругов был принят электрокорунд белый марки 23А, материалом стержней служил эльбор марки ЛКВ и зернистости 160/125 - абразив большей твердости. Шлифованию подвергались валики диаметром 30 мм и длиной 250 мм, изготовленные из стали 20ХН2МА, закаленной до твердости HRC 42…46, и сплава 45Х25Н20С2А, имеющего твердость в состоянии поставки HRC 38…42. Были приняты следующие режимы шлифования: скорость вращения круга - 35 м/с, скорость вращения обрабатываемых валиков - 0,55 м/с, продольная подача круга - 0,02 м/с, поперечная подача - 0,01 мм/дв.ход. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5-ти процентный водный раствор эмульсола «Укринол-1». Электрический ток силой 2 А и напряжением 6 В подавался на токопроводящие элементы шлифовального круга от источника постоянного питания Б5-47.
a
Определялись шероховатость обработанной поверхности валика по параметру R, среднее число прижогов на всей длине валика N, геометрическая погрешность формы ΔФ (приведенная некруглость обработанного валика) и время между правками круга.
a
Результаты сравнительных испытаний шлифовальных кругов показали (см. таблицу 1), что использование предлагаемого шлифовального круга способствует улучшению качественных показателей поверхностного слоя деталей из труднообрабатываемых высокопрочных материалов повышенной твердости (по параметрам R и N), повышению геометрической формы по параметру ΔФ и увеличению стойкости шлифовального круга (за счет увеличения времени между правками). При этом исключается разрыв электродов и обеспечивается безопасность процесса шлифования.
Таблица 1
Результаты сравнительных испытаний шлифовальных кругов
Шлифовальный круг
Обрабатываемый материал
Показатели обработки
Время между правками, мин.
R<i>a</i>, мкм
N, шт.
ΔФ, мкм
Прототип
сталь 20ХН2МА
1,12
14
58
32
сплав 45Х25Н20С2А
1,22
17
52
28
Предлагаемый
сталь 20ХН2МА
0,95
6
31
54
сплав 45Х25Н20С2А
1,03
5
24
45