АБРАЗИВНЫЙ КРУГ
ABRASIVE DISC

Предлагаемое изобретение относится к области механической обработки материалов, а именно к шлифованию и тонкому шлифованию и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при абразивной обработке вязких труднообрабатываемых, повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрической формы и качеством обрабатываемой поверхности.
Известен абразивный инструмент (см. авторское свидетельство №1611720, B24D 5/14, бюл. №45, 1990), содержащий корпус в виде металлической сетки, несущей абразив, а с целью повышения режущей способности инструмента абразив имеет различную абразивную способность и расположен в ячейках сетки, при этом каждый из абразивов расположен в ячейках в шахматном порядке, а в качестве абразива в ячейках сетки закреплены алмаз и карбид титана или в качестве абразива в ячейках сетки закреплены алмаз и электрокорунд.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: абразив имеет различную абразивную способность и разделен по твердости.
Причины, препятствующие получению технического результата: сложность технологии изготовления, не проявляется в достаточной мере зависимость различной величины размера зерна и твердости абразивного материала при обработке поверхности с высоким качеством поверхности, особенно вязких труднообрабатываемых материалов, требующих высокой точности геометрических форм.
Известен комбинированный шлифовальный инструмент (см. авторское свидетельство №1609628, B24D 5/06, 17/00, бюл. №44, 1990), выполненный в виде корпуса с выступами, содержащими абразивонесущие элементы с крупнозернистым слоем с целью повышения качества шлифования механизм перемещения выполнен в виде упругих термобиметаллических пластин, имеющих U-образную форму, абразивонесущий элемент с мелкозернистым слоем выполнен в виде эластичной вставки, на одной стороне которой закреплен абразив, причем другой стороной вставка закреплена на термобиметаллической пластине и на эластичной вставке закреплена шлифовальная шкурка.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: абразивонесущие элементы с крупнозернистым слоем, чередующиеся с участками с мелкозернистым слоем.
Причины, препятствующие получению технического результата: сложность конструкции, недостаточная надежность, неприменим при обработке поверхности с высоким качеством поверхности, особенно вязких труднообрабатываемых материалов с высокой точностью геометрических форм.
За прототип принят абразивный круг с переменной плотностью абразивной массы (см. авторское свидетельство №1645124, B24D 17/00, бюл. №16, 1991), в каждом из поперечных его сечений увеличивающейся с уменьшением его радиуса, отличающийся тем, что с целью повышения качества обработки за счет равномерности износа инструмента вдоль образующей круг выполнен конической формы и с переменной зернистостью абразивной массы, уменьшающейся с уменьшением радиуса инструмента.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: содержит абразив с переменной зернистостью абразивной массы.
Причинами, препятствующими получению технического результата, являются: достаточно сложная специальная технология изготовления абразивного круга, недостаточная эффективость при обработке поверхности с высоким качеством поверхности вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрических форм.
Задачей изобретения является улучшение обработки вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрических форм и повышение качества обрабатываемой поверхности.
Технический результат заключается в том, что абразивный круг выполнен из абразивных масс разной зернистости, а в основной абразивной массе одной зернистости в направлении от оси вращения круга к его рабочей поверхности размещены сужающиеся стержни, выполненные с добавлением к основной абразивной массе абразива большей зернистости и большей твердости и с обеспечением большей твердости связующего абразивной массы стержней, причем стержни размещены с образованием на рабочей поверхности круга геометрического рисунка.
Абразивный круг выполнен из абразивных масс разной зернистости, а в основной абразивной массе одной зернистости в направлении от оси вращения круга к его рабочей поверхности размещены сужающиеся стержни, выполненные с добавлением к основной абразивной массе абразива большей зернистости и большей твердости и с обеспечением большей твердости связующего абразивной массы стержней, причем стержни размещены с образованием на рабочей поверхности круга геометрического рисунка, что способствует повышению качества обрабатываемой поверхности с высокой точностью геометрических форм и увеличению периода стойкости круга между переточками, а также улучшает динамические характеристики, поскольку при уменьшении диаметра круга вследствие его износа и переточек уменьшается скорость резания, а размещение стержней в направлении ссуженного торца по отношению к оси круга уменьшает соответственно площадь его контакта с деталью.
Абразивный круг получают следующим образом. Форму заполняют слоем основной абразивной массой, предварительно опрессовывают, формируя углубления под закладку стержней, открыв форму в углубления, закладывают предварительно выполненные (опрессованые) стержни из абразива основной абразивной массы с добавлением к основной абразивной массе абразива большей зернистости и большей твердости и с обеспечением большей твердости связующего абразивной массы стержней (стержни могут быть круглого, элипсного, квадратного и др. сечения), далее заполняют форму слоем с основной абразивной массой, снова опрессовывают, формируя углубления под закладку стержней и т.д., пока не будет сформирован нужный геометрический рисунок на рабочей поверхности круга, после чего спрессовывают. При этом следует отметить, что величина зерна основной абразивной массы и стержней с большей твердостью не одинакова, поскольку в абразивную массу стержней добавлен абразив большей зернистости.
В качестве связующего, например, возможно применение керамической связки, которая позволяет изготавливать абразивный инструмент из всех абразивных материалов с различным содержанием как самого шлифовального материала, так и связки, регулируя тем самым структуру инструмента и его прочностные характеристики. В большей степени подходят спекающиеся керамические связки. Для получения связок с заданными химическим составом и физико-механическими свойствами используют разные минеральные материалы: различного рода глины и каолин, полевошпатовые материалы, тальк и др. Применение глин и каолина обусловлено их высокими связующей способностью и огнеупорностью, большой пластичностью. На качество связки влияет дозировка компонентов и полнота смешивания.
Формование абразивного инструмента производят способом полусухого прессования из формовочной смеси путем смешивания заданных количеств шлифовального материала связки и увлажнителя. Увлажнители играют роль временного связующего, вводят в смеси сухих порошков для придания смеси формовочных свойств, т.е. способности сохранять форму изделия после формования. Кроме того, увлажнители препятствуют расслоению компонентов смеси при хранении и укладке. При этом термическая обработка включает два этапа: сушку и обжиг.
Или, например, абразивный инструмент на бакелитовой связке: абразивными материалами являются нормальный электрокорунд, черный карбид кремния и в качестве более прочного для стержней циркониевый электрокорунд марки 38А. В качестве основы связки абразивного инструмента используют искусственную формальдегидную смолу - бакелит.
При получении абразивных смесей для формования на твердость инструмента оказывают влияние количество связки, режим термообработки (полимеризации или бакелизации) и др.
Также при подготовке абразивных смесей (массы основной зернистости и стержней) можно применять зерна двух-трех смежных номеров смеси, например карбида кремния и электрокорунда.
Повышению прочности связки стержней способствуют вводимые в состав порошкообразные асбест, каолин, глина, криолит и т.п.
Формование осуществляют способом холодного полусухого прессования, которое принципиально не отличается от полусухого прессования абразивных изделий на керамической связке. Затем отформованный холодным способом сырой круг укладывают в другую форму и подвергают термообработке на другом прессе, снабженном нагревателями.
Абразивный круг устанавливается на валу шлифовального станка. Отличительная его особенность заключается в том, что при работе возникают микроудары и микровибрации, которые происходят при входе крупнозернистого и более твердого абразива с более твердым связующим в соприкосновение с деталью, при этом постоянно меняются зоны контакта основной абразивной массы и стержней с добавлением к основной абразивной массе абразива большей зернистости и большей твердости и с обеспечением большей твердости связующего из абразивной массы. За счет этого улучшается процесс резания, уменьшаются технологические остаточные напряжения, значительно уменьшается засаливание инструмента, особенно при обработке вязких труднообрабатываемых и закаленных материалов. Это положительно влияет на улучшение точности геометрических форм, поскольку микроудары и микровибрации происходят в основном в зоне резания, а не между деталью и инструментом в целом. В результате существенно повышается производительность операции шлифования и снижается дисперсия показателей качества поверхностного слоя деталей, о чем свидетельствуют данные, полученные в производственных условиях при шлифовании образцов из сталей 12Х2Н4А и 20ХН2МА.
Таким образом, предложенный абразивный круг способствует улучшению качественных показателей поверхностного слоя (шероховатость, технологические остаточные напряжения, точность геометрической формы детали), существенно уменьшается количество прижегов на поверхности обработанной детали, увеличивается период стойкости круга между переточками за счет уменьшения его засаливания.
Предлагаемая конструкция приемлема для кругов цилиндрической и конической формы при шлифовании как плоских поверхностей на плоскошлифовальных станках, также цилиндрических наружных и внутренних поверхностей на соответствующих станках, в основном для кругов большого типоразмера.