ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ

Предлагаемая полезная модель относится к инструментам для металлообработки, а именно к конструкциям шлифовальных кругов для абразивной обработки.
Известна конструкция шлифовальных кругов в виде тел вращения различной формы, содержащих абразивный материал. ("Абразивные материалы и инструменты", Каталог НИИМаш., М., 1981 г., стр.63-71, 87). Известные шлифовальные круги обеспечивают высокую точность и хорошую чистоту обработанной поверхности при высокой производительности процесса. Недостатком же известной конструкции шлифовального круга является большая непрерывная площадь контакта рабочей поверхности со шлифуемой поверхностью изделия. С одной стороны, чем больше площадь контакта, в работе одновременно участвует больше абразивных зерен, тем выше производительность шлифования. Однако, с другой стороны, при этом возрастает работа, количество выделяющегося тепла и температура в зоне резания. Несмотря на кратковременность нагрева и использование смазочно-охлаждающих жидкостей, это приводит к возникновению высоких температур, достигающих критических величин. Это приводит к появлению структурных изменений в шлифуемом материале изделия и внешне проявляется в образовании прижогов шлифуемой поверхности и микротрещин, особенно при обработке вязких сталей с низкой теплопроводностью. Такие дефекты недопустимы, поскольку резко ухудшается качество обрабатываемого изделия, снижая его долговечность.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков и достигаемому результату, является шлифовальный круг в виде тела вращения, содержащий абразивный материал, на рабочей поверхности которого вдоль оси круга или под углом к ней выполнены прямоугольные канавки (Якимов А.В., Оптимизация процесса
шлифования, М., "Машиностроение", 1975 г., с.26, 43, 97, рис.14, 62). В результате этого на рабочей поверхности шлифовального круга образуется ряд чередующихся выступов и впадин определенной протяженности. За счет интервалов разрыва контакта рабочей поверхности круга с обрабатываемой деталью удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать образования дефектов обработанной поверхности в виде прижогов и микротрещин.
Однако, известный шлифовальный круг также имеет существенные недостатки. Выступающие участки круга, несущие абразивные зерна, входят в контакт с изделием практически сразу по всей ширине круга. Это приводит к изменению площади поперечного сечения среза от нуля до максимума и снова до нуля при выходе выступающего участка круга из контакта с изделием. Такое резкое изменение площади поперечного сечения среза при повороте круга на каждый угловой шаг расположения канавок вызывает резкое колебание сил резания и моментов, а, следовательно, неравномерную периодическую нагрузку на инструмент, станок и обрабатываемое изделие. При этом форма канавок, а именно, прямоугольная, является неблагоприятной, с легко разрушаемыми прямыми углами, что приводит к потере геометрических параметров круга. Все это приводит к износу шлифовального круга, уменьшению срока его службы, к понижению качества обрабатываемой поверхности и к снижению производительности труда.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества обрабатываемой поверхности изделия, увеличение производительности труда и увеличение срока службы шлифовального круга.
Указанная задача решается следующим образом:
У шлифовального круга в, виде тела вращения, содержащего абразивный материал, на рабочей поверхности которого выполнены канавки, предлагается располагать их по винтовым линиям с углом подъема ω=30'-10° и осевым шагом t между ними, которые выбирают из условий
и
где: В - ширина круга, мм
D - наружный диаметр круга, мм
k - целое число (k=1, 2, 3...),
z - число винтовых канавок на круге
Канавки в предлагаемом шлифовальном круге выполнены в форме равнобедренных треугольников высотой (глубина канавки) h=0,3-3 мм и углами у основания φ равными 3-60°.
Предполагаемый шлифовальный круг за счет расположения канавок на винтовых линиях, с указанной величиной их подъема, обеспечивает при работе прерывистость контакта рабочей поверхности круга с обрабатываемым изделием и снижает термодинамическую напряженность процесса шлифования. Это, в свою очередь, позволяет повысить качество изготовления детали, производительность процесса шлифования за счет увеличения режимов резания, снизить трудоемкость изготовления деталей и повысить работоспособность самого инструмента.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической информации не было обнаружено решения, содержащего совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".
Промышленная применимость предлагаемого решения видна из описания.
На фиг.1 - изображена развертка рабочей поверхности шлифовального круга.
На фиг.2 - разрез А-А.
Шлифовальный круг представляет из себя тело вращения, содержащее абразивный материал, на рабочей поверхности которого выполнены канавки, расположенные на винтовых линиях с углом подъема ω=30'-10° и осевым шагом t между ними.
Угол подъема винтовых линий расположения канавок и осевой шаг между ними выбираются из условий
и
Канавки выполнены в форме равнобедренных треугольников с высотой h=0,3-3 мм и углами φ у основания равными 3°-60°.
На фиг.1 показана развертка рабочей поверхности плоского круга прямого профиля (форма ПП) с двумя винтовыми канавками (z=2), с шагом Н каждой из канавок, равным половине ширины В круга (k=2) и осевым шагом t между винтовыми канавками, равным четвертой части ширины круга.
1
2
Винтовые канавки образуют на рабочей поверхности круга ряд чередующихся выступов 1 и впадин 2 протяженностью L и L делая ее прерывистой. Рабочая поверхность выступов 1 содержит абразивные зерна, а впадины 2 в зоне контакта с изделием абразивных зерен не содержат.
Профилирование винтовых канавок на рабочих поверхностях шлифовального круга производят накатным роликом или алмазным резцом, смонтированными на специальных приспособлениях.
Предлагаемый шлифовальный круг работает следующим образом.
Круг устанавливают на шпинделе, а обрабатываемое изделие в центрах на столе шлифовального станка.
Шлифовальному кругу сообщают два движения: вращательное вокруг своей оси и поступательное в глубину обрабатываемого изделия (поперечная подача) для постепенного снятия припуска.
Обрабатываемому изделию также сообщают движения: вращательное вокруг оси и поступательное вдоль оси (продольная подача) с целью обработки изделия на всей требуемой длине.
В результате указанных движений, рабочая поверхность шлифовального круга вступает в контакт с обрабатываемой поверхностью изделия и абразивными зернами, содержащимися на ней, осуществляя процесс резания.
При контакте выступающего участка рабочей поверхности круга с обрабатывающим изделием происходит процесс резания и повышение температуры в зоне контакта. При дальнейшем повороте шлифовального круга к обрабатываемому изделию подходит канавка (впадина) на рабочей поверхности круга и процесс резания прекращается. За период прерывания процесса температура в зоне контакта снижается. Такое периодически прерывистое шлифование значительно снижает тепловую напряженность процесса и предотвращает образование дефектов шлифуемой поверхности
от прижогов ее и микротрещин. В свою очередь, это дает возможность увеличить режимы резания и повысить производительность труда.
1
2
Тепловая напряженность процесса шлифования зависит от соотношения длин выступов L и впадин L на рабочей поверхности круга и может регулироваться при заданном режиме работы, путем изменения глубины h и величины угла φ в указанных выше пределах.
Винтовое расположение канавок дополнительно влияет на температуру в зоне резания (понижает ее), поскольку способствует прокачке охлаждающей жидкости через впадины.
Расположение канавок по винтовой линии к оси шлифовального круга обеспечивает плавную работу его. Каждый выступ рабочей поверхности круга входит в контакт со шлифуемой поверхностью постепенно, достигает максимального соприкосновения с ней, а затем, при подходе следующей винтовой канавки, также постепенно выходит из контакта.
Кроме того, в отличие от известного шлифовального круга в предлагаемом, за счет расположения канавок по винтовой линии, одновременно в работе будут участвовать не один, а, в зависимости от угла подъема винтовой линии и числа винтовых канавок, несколько выступов рабочей поверхности шлифовального круга. Это также обеспечивает улучшение плавности работы предлагаемого шлифовального круга. Объясняется это тем, что в этом случае выход из контакта со шлифовальным изделием одного выступа рабочей поверхности круга мало изменяет суммарную площадь сечения среза.
Процесс шлифования предлагаемым кругом будет протекать совершенно спокойно в том случае, если суммарная площадь поперечного сечения среза будет оставаться постоянной в течение всего времени обработки. Это достигается рациональным выбором угла подъема винтовой линии по предложенной зависимости, когда ширина круга В будет кратной осевому шагу канавок t в целых числах В/t=z·k.
Кроме того, предлагаемая форма канавок, в виде равнобедренных треугольников с прочными тупыми углами, менее склонна к разрушению, чем у известного круга, и повышает его работоспособность.
Таким образом, предлагаемая конструкция шлифовального круга позволяет повысить качество обработки изделия за счет уменьшения
термодинамической напряженности процесса и плавной работы круга, повысить стойкость и работоспособность круга за счет рационального выбора угла подъема винтовых линий канавок и повысить производительность труда за счет возможности увеличения режимов резания.