КОМБИНИРОВАННЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ДИСК ДЛЯ ЗАТОЧКИ ПРЕДМЕТОВ

Полезная модель относится к шлифовальным дискам для обработки различных предметов и может быть использована для эффективной предварительной и окончательной обработки деталей, инструмента или огранки алмазов.
В технике есть проблема, связанная с потребностью быстрой и тонкой заточки инструмента или детали. Для чего сегодня используют несколько шлифовальных кругов при заточке. Технической проблемой является то, что, например, при заточке штихелей, если менять круг, то после смены круга на полировальный не получится повторить тот же градус удерживания штихеля и на смену кругов уйдёт много времени.
Известны комбинированные шлифовальные круги, включающие расположенные по окружности чередующиеся секторы различной зернистости (SU595140, кл. B 24 D 5/14, 1978; SU608645, кл. B 24 D 5/14, 1979). В результате применения этих кругов улучшается качество обработанных деталей.
Известен комбинированный шлифовальный круг, состоящий из корпуса, несущего крупнозернистые абразивные слои, выдвижных вставок, несущих мелкозернистые абразивные слои, и механизма перемещения выдвижных вставок (SU1255414, кл. B 24 D 3/34 // B 24 D 17/00, 1986). Такой круг позволяет выполнять за одну операцию предварительную, окончательную обработку и выхаживание заготовок абразивными слоями разной зернистости без смены круга.
Известен комбинированный шлифовальный круг, содержащий корпус с жестко закрепленным на нем крупнозернистым слоем, выдвижные вставки с жестко закрепленными на них мелкозернистыми слоями и пружины, изготовленные из материала с термомеханической памятью, являющиеся опорами подвижных вставок и обеспечивающие их выдвижение при нагревании (RU, патент №2155130 С1, кл. B 24 D 5/14, 2000).
Известен комбинированный шлифовальный круг (RU2252132, публикация: 2005.05.20), содержащий корпус с жестко закрепленным на нем крупнозернистым абразивным слоем, подвижные вставки с мелкозернистыми слоями и механизм радиального перемещения вставок, выполненный в виде пружин, отличающийся тем, что механизм радиального перемещения каждой подвижной вставки включает два пневмоцилиндра, оси которых взаимно перпендикулярны, причем цилиндры, оси которых параллельны оси круга, соединены с клиновым зажимом, фиксирующим подвижные вставки с мелкозернистыми слоями.
Известен комбинированный шлифовальный круг (RU2113973, публикация: 1998.06.27), содержащий корпус с радиальными пазами и крупнозернистым абразивным слоем на периферии, размещенный соосно корпусу фланец с элементами балансировки круга, а также установленные в пазах корпуса с возможностью радиального перемещения элементы с мелкозернистым абразивным слоем и механизмом их радиального перемещения, снабженным электромагнитом, отличающийся тем, что корпус круга выполнен в виде планшайбы, а фланец установлен из условия контакта с элементами с мелкозернистым абразивным слоем и направления последних, при этом механизм радиального перемещения элементов с мелкозернистым абразивным слоем выполнен в виде последовательно установленных на планшайбе с внутренней стороны фланца кольцевого постоянного магнита, выполненного из ферромагнитного материала центрального распорного кольца, жестко соединенной с ним своим основанием лепестковой тарельчатой пружины и пружины возврата, размещенной между лепестковой тарельчатой пружиной и корпусом круга, причем электромагнит размещен вне корпуса с противоположной стороны относительно фланца, а лепестки тарельчатой пружины своей периферией жестко связаны с элементами с мелкозернистым абразивным слоем.
Известен комбинированный шлифовальный круг (RU2113340, публикация: 1998.06.20), на корпусе которого жестко закреплены элементы с крупнозернистым абразивным слоем, установлены с возможностью радиального перемещения элементы с мелкозернистым абразивным слоем, а также размещен механизм их радиального перемещения, снабженный термобиметаллической лентой, которая своими концами соединена с источником питания, отличающийся тем, что на корпусе по винтовой линии выполнена Т-образная канавка и в нее уложена термобиметаллическая лента, а элементы с крупнозернистым и мелкозернистым абразивным слоем выполнены в виде металлических лент с непрерывно нанесенными на них соответствующими абразивными слоями, причем лента с мелкозернистым абразивным слоем размещена в Т-образной канавке, а лента с крупнозернистым абразивным слоем - на корпусе по винтовой линии между витками Т-образной канавки, при этом механизм радиального перемещения ленты с мелкозернистым абразивным слоем выполнен в виде расположенной между указанной лентой и термобиметаллической лентой гидроподушки и закрепленных на концах ленты с мелкозернистым абразивным слоем ползушек с подпружиненными рычагами, предназначенными для возврата ленты в исходное положение.
Все известные аналоги комбинированных шлифовальных кругов являются сложными техническими устройствами, в которых используются динамические вставки с жестко закрепленными на них мелкозернистыми слоями и пружины, либо механизмы смещения вставок.
Технической проблемой подобного рода решений является их сложность.
Известно решение SU1215971, опубликовано:   1986.03.07, в котором основная рабочая часть круга состоит из абразива с повышенной твердостью и абразивной способностью, представляющего собой гофрированный диск. В радиальных впадинах, образованных гофрами диска, выполнены участки из материала с пониженной твердостью и абразивной способностью, расположенные на противоположных торцах круга. Каждый такой участок перекрыт по глубине соседним, расположенным на противоположном торце круга.
При поперечной подаче вращающийся шлифовальный круг врезается в обрабатываемую деталь, при этом каждая точка обрабатываемой поверхности поочередно контактирует с частями шлифовального круга с повышенной твердостью и абразивной способностью - диском и с участками круга с пониженной твердостью и абразивной способностью, обеспечивая, таким образом, оптимальную теплонапряженность процесса.
Технической проблемой аналога является неконтролируемость процесса тонкой заточки.
Так, при использовании в комбинированном диске подобного рода в качестве основы - обдирочного круга, а в качестве вставок - мелкозернистых для полировки, возникает проблема.
Например, чтобы выправить затачиваемый предмет градусное положение руки или квадранта при заточке меняется и погрешность заточки очень большая. Затачиваемый предмет невозможно перемещать со слоя на слой для получения нужной шероховатости, так как при любом положении детали в процессе вращения диска ее будут касаться сразу оба слоя.
В технике известны различные шлифовальные круги, например, патенты RU31751U, публикация 2003.08.27, RU2191682, публикация 2002.10.27, SU590296, публикация 1978.01.30, RU23403U, публикация 2002.06.20, RU73265U, публикация 2008.05.20, SU72072, публикация 1948.01.01, и другие, в которых описаны шлифовальные круги, состоящие из двух частей - рабочей и нерабочей.
При этом рабочая часть выполняется из абразивных зерен на органической или керамической связках, а нерабочая часть имеет более мелкие зерна по сравнению с рабочей частью. В качестве абразива в рабочей части шлифовального круга могут использоваться любые природные или искусственные абразивы.
Однако в технике не используются шлифовальные круги, в которых рабочая часть одновременно состояла бы из абразивных зерен на органической и керамической связках, что не позволило устранить вышеуказанные недостатки, в отличие от заявленной полезной модели.
Задачей полезной модели является устранение указанных технических проблем, присущих известным аналогам и прототипу.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции комбинированного шлифовального диска для заточки предметов, в котором все элементы с абразивным слоем разной зернистости статичны и при этом в процессе заточки предмета обеспечиваются условия, когда его касается либо только один абразивный слой, либо другой. Причем, обеспечивается возможность проведения предварительных и окончательный затирочных (заточных) и доводочных работ за одну установку, как самого круга, так и затачиваемого предмета в виде инструмента или детали.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен комбинированный шлифовальный круг для заточки предметов, имеющий нерабочую и рабочую поверхности, где на рабочей поверхности диска присутствуют одновременно крупнозернистые и мелкозернистые абразивы, отличающийся тем, что рабочая часть выполняется состоящей из цилиндров, в которых один цилиндр выполнен по диаметру, соответствующему сквозному отверстию в другом цилиндре большего диаметра, и при этом цилиндры жестко закреплены соответственно внешней и внутренней поверхностями, соединенными в процессе термообработки путем склеивания, причем один цилиндр выполнен на керамических или иных связках, а другой - на органических связках.
Предпочтительно, внутренний цилиндр выполнен на керамических связках, а внешний цилиндр - на органических связках.
В качестве органической связки может быть использована бакелитовая либо вулканитовая, либо шелаковая, либо глифталиевая, либо иная полимерная органическая связка.
Допустимо, что шлифовальный диск содержит по меньшей мере один дополнительный промежуточный цилиндр между внутренним и внешним на рабочей части диска со среднезернистыми абразивами, выполненный с различными органическими или керамическими связками.
Допустимо, что шлифовальный диск содержит опорный корпус.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема устройства полезной модели (вид с торца в разрезе).
На фиг.2 показана схема устройства полезной модели с опорным корпусом (вид с торца в разрезе).
На фиг.3 показан пример полезной модели из трех торов (вид в объеме).
На фиг.4 показан опытный образец №2 согласно полезной модели.
На фиг.5 - фиг.7 показаны стоп-кадры видео процесса заточки штихеля с помощью опытного образца №1.
На фиг.8 (А, Б) показаны стоп-кадры видео процесса заточки штихеля с помощью опытного образца №2.
На фиг.9 (А, Б) показаны стоп-кадры видео процесса огранки алмаза с помощью опытного образца №2.
На фиг.10 (А, Б) показаны стоп-кадры видео процесса огранки алмаза с помощью опытного образца №2, после смены угла заточки.
На чертежах: 1 - нерабочая часть, 2 - крупнозернистый абразивный слой, 3 - мелкозернистый абразивный слой, 4 - ось шлифовального диска, 5 - сквозное отверстие диска, 6 - опорный корпус, 7 - среднезернистый абразивный слой.
Осуществление полезной модели
В заявленной полезной модели применяется шлифовальный круг, имеющий нерабочую и рабочую поверхности, где на рабочей поверхности диска присутствуют одновременно крупнозернистые и мелкозернистые абразивы.
Новым является то, что (см. фиг.1) рабочая часть выполняется состоящей из цилиндров, в которых один цилиндр выполнен по диаметру, соответствующему сквозному отверстию в другом цилиндре большего диаметра, и при этом цилиндры жестко закреплены соответственно внешней и внутренней поверхностями, соединенными в процессе термообработки путем склеивания, причем один цилиндр выполнен на керамических связках, а другой - на органических связках.
Такой принцип последовательного соединения цилиндров с разными абразивными поверхностями обеспечивает достижение поставленной задачи - в процессе заточки предмета обеспечить условия, когда его касается либо только один абразивный слой, либо другой.
Предпочтительно, чтобы внутренний цилиндр был выполнен на керамических связках, а внешний цилиндр - на органических связках, что создает большее удобство при плавном переходе с одного круга на другой, так как с внутреннего круга переходить на внешний проще, чем обратно.
Шлифовальный круг в центре имеет нерабочую часть 1, имеющую центральное сквозное отверстие 5, с центром в оси 4 вращения диска. За нерабочей частью 1 расположен крупнозернистый 2 абразивный слой (внутренний цилиндр), а на внешней поверхности - мелкозернистый 3 абразивный слой (внешний цилиндр).
При необходимости (см. фиг.2) шлифовальный диск может содержать опорный корпус 6 для повышения прочности, который представляет собой диск со сквозным центральным отверстием, который своей плоскостью закреплен к нижней поверхности шлифовального диска.
Допустимо, что используется по меньшей мере один дополнительный промежуточный цилиндр между внутренним и внешним на рабочей части диска со среднезернистыми абразивами, выполненный с различными органическими или керамическими связками.
На фиг.3 показан пример диска из трех абразивных цилиндров, с плавным переходом от крупнозернистого абразивного слоя 2 к среднезернистому 7, а затем к мелкозернистому 3. Чем больше выполняется цилиндров с различными абразивными поверхностями, тем точнее и острее производится заточка.
Связка шлифовальных кругов – это связующее вещество, при помощи которого абразивные зерна шлифовального инструмента соединяются в массу высокой прочности. Использование при изготовлении шлифовальных кругов связок различного характера влияет на прочность (оборудования) конструкции, тип материала и вид работ, в которых его применение будет максимально эффективным.
При изготовлении абразивного инструмента используют два основных вида связок – неорганическую и органическую.
К неорганическим связкам шлифовальных кругов относят изготовленные из веществ минерального происхождения – металлическую, силикатную, керамическую, магнезиальную, фосфатную. Их получают путем термической и химической обработки материалов. В результате происходит химическая реакция и образуется связующий материал с высокой прочностью.
К органическим связкам относят бакелитовую, вулканитовую, глифталевую, эпоксидную, поливинилформалевую, фенолформалдегидную, шелаковую и другие полимерные, которые изготавливаются из синтетических и природных материалов.
В качестве органической связки в заявленном устройстве может быть использована, например, бакелитовая либо вулканитовая, либо (шелковая) иная органическая связка.
Каждая связка имеет свои преимущества, которые необходимо изучить перед началом выполнения шлифовальных и (полировочных) полировальных работ.
В заявленной полезной модели опытным путем было установлено оптимальная комбинация органической и неорганической связок в единой рабочей поверхности шлифовального диска.
В качестве неорганической связки не применима такая керамическая связка, которая по своей структуре содержит соединения элементов, среди которых огнеупорная глина, полевой шпат, кварц, то есть которые при обработке в термической печи образовывают стеклоподобное или фарфороподобное вещество. Но при этом применимы алмазные абразивы.
Из-за хрупкости керамическую связку нельзя использовать для тонких и отрезных кругов, в основном они применимы для кругов с достаточной высотой профиля (дисков), работающих периферией, торцом или тарельчатых форм с тонкой кромкой.
В качестве органической связки может использоваться любая из связок: бакелитовая, вулканитовая (или) шелковая и пр.
Так, в качестве органической связки в заявленной полезной модели может использоваться бакелитовая связка (типа B). В ее структуру входит бакелит жидкой или порошкообразной консистенции. Бакелит – это смола с высоким уровнем прочности и эластичности, что делает её идеальным средством для выполнения чистового шлифования.
При использовании бакелитовой органической связки в нее добавляют полимерные связующие, что позволяет её делать как более твёрдую, так и более эластичную (т.е. используется связка органическая типа PL (полимерная).
Может применяться и вулканитовая связка, которая изготавливается из каучука, к которому добавляют серу и другие элементы. Формируется при прессовании каучука с примесями.
Вулканитовые органические связки могут быть не обязательно серной вулканизации. Например, можно использовать силикон, который относится к ацетатной вулканизации, но является таким же эластомером и будет маркироваться так же - R (ruber).
Бутадиеновые каучуки серной вулканизации используются сейчас только в России, в мире применяют другие каучуки с другими вулканизаторами.
Также для создания шлифовального диска на органических связках может применяться и шелковая, и глифталиевая органическая связка.
(Просто даже для бакелитовых типа B (по старому Б) есть марки Б1, Б2, Б3 и куча ещё).
Достоинством новой полезной модели является возможность не менять круг при обработке предмета. Это позволяет, например, при заточке штихеля, повторить тот же градус удерживания штихеля и за более короткое время, которое не уходит на смену кругов (как в известных аналогах, где только один тип шлифовального абразива).
Рабочей поверхностью является плоскость шлифовального круга. Каждый слой выполняется на отдельной связке (органической и неорганической) со своей зернистостью и определяет послойный характер обработки от грубой до финишной в зависимости от применяемости и потребностей производственных работ. Количество слоев не ограничено, но не менее двух. Наружный диаметр круга, высота и диаметр посадочного отверстия, толщина абразивного слоя, а так же наличие (или отсутствие) опорного корпуса должны обеспечивать требования безопасности в соответствии с техническим регламентом таможенного союза и соответствующих государственных стандартов.
Особенностью заявленного многослойного шлифовального круга является возможность совместить  характеристики нескольких различных по типу шлифовальный кругов в рамках одного шлифовального круга для проведения предварительных и окончательный затирочных и доводочных работ за одну установку, как самого круга, так и затачиваемого предмета в виде инструмента или детали.
Преимущества многослойного круга в том, что: ненужно менять обдирочный на  шлифовальный круг, затем на полировальный для того чтобы выправить-заточить затачиваемый предмет. С многослойным кругом можно это сделать быстрее и точнее, т.к. градусное положение руки или квадранта при заточке не меняется, а погрешность очень минимальна. Затачиваемый предмет достаточно постепенно перемещают со слоя на слой по горизонтали на внешнюю или внутреннюю часть круга для получения нужной шероховатости. А если менять круг, то после смены круга на полировальный у вас с трудом получится повторить тот же градус удерживания затачиваемого предмета, на смену кругов уйдёт много времени.
В ходе испытаний были изготовлены опытные образцы шлифовального диска согласно полезной модели (см. пример на фиг.4).
Для опытного образца №1 рабочая часть была выполнена состоящей из двух цилиндров, последовательно соединенных в процессе связки и выполненных из абразивных зерен на органической и керамической связках, где в качестве органической связки была использована бакелитовая связка.
Для опытного образца №2 (см. пример на фиг.4) рабочая часть была выполнена состоящей из двух цилиндров, последовательно соединенных в процессе связки и выполненных из абразивных зерен на керамической связке типа V и органической связке типа PL.
Все образцы показали хорошие результаты при заточке штихеля, карбида вольфрама и огранке алмаза.
Полезная модель используется следующим образом.
В процессе заточки штихеля с (помощью) с помощью опытного образца №1 штихель фиксировали в квадранте под нужным углом. Затем (см. фиг.5) первым этапом производили заточку на внутреннем круге (обдирка). После чего меняли угол установки штихеля в квадранте и (см. фиг.6) плавно переходят с внутреннего на внешний круг. На внешнем круге (см. фиг.7) уже окончательно доводят заточку грани.
Аналогичным образом производили заточку штихеля с помощью опытного образца №2. На фиг.8 (А) виден этап обдирки, а на фиг.8 (Б) - этап заточки грани.
Огранка алмаза также проверялась с помощью опытных образцов №1 и №2 и показала хорошие результаты.
Например, из фиг.9 (А) виден этап обдирки грани, а на фиг.9 (Б) - этап заточки грани. После смены угла (на заточку другой грани) из фиг.10 (А) виден этап обдирки другой грани, а на фиг.10 (Б) - этап заточки другой грани.
Ниже показаны примеры изготовления шлифовального круга.
Пример 1
В качестве керамической связки использовали: оксид алюминия 30%, каолин 30%, оксид титана 20%, оксид хрома 20%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 10 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 1300°С (в пресс-форме под давлением 10 тонн), затем остужали.
В качестве органической связки использовали пульвербакелит 50% и каолин 50%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 5 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 100°С (180°С в пресс-форме под давлением 3 тонны), затем остужали.
Готовые формы цилиндров органической и керамической связки соединяли в единый шлифовальный диск и помещали в печь при температуре 180°С для спекания внутреннего и внешнего кругов и полимеризации пульвербакелита. Затем остужали до комнатной температуры. Изделие готово к использованию.
Пример 2
В качестве керамической связки использовали: оксид алюминия 40%, каолин 40%, алюмосиликат кобальта 20%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 10 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 1300°С (в пресс-форме под давлением 10 тонн), затем остужали.
В качестве органической связки использовали фенолформальдегидную смолу 50% и каолин 50%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 5 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 100°С (180°С в пресс-форме под давлением 3 тонны), затем остужали.
Готовые формы цилиндров органической и керамической связки соединяли в единый шлифовальный диск и помещали в печь при температуре 180°С для спекания внутреннего и внешнего кругов и полимеризации фенолформальдегидной смолы. Затем остужали до комнатной температуры. Изделие готово к использованию.
Пример 3
В качестве керамической связки использовали: оксид алюминия 40%, каолин 40%, оксид титана 20%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 10 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 1300°С (в пресс-форме под давлением 10 тонн), затем остужали.
В качестве органической связки использовали бакелитовый лак 90% и мел 10%. Ингредиенты смешивали в смесителе, прессовали под давлением 5 тонн и производили спекание цилиндра в вакуумной печи при температуре 100°С (180°С в пресс-форме под давлением 3 тонны), затем остужали.
Готовые формы цилиндров органической и керамической связки соединяли в единый шлифовальный диск и помещали в печь при температуре 180°С для спекания внутреннего и внешнего кругов и полимеризации бакелита. Затем остужали до комнатной температуры. Изделие готово к использованию.