АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Полезная модель относится к области производства абразивного инструмента, в частности высокопористого электрокорундового инструмента на керамической связке.
Известен высокоструктурный шлифовальный инструмент из абразивной массы, содержащий абразив из смеси абразивных зерен с различной зернистостью, размеры которых составляют 60-160 мкм и 160-420 мкм, керамическую связку, наполнитель в виде смеси полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 85 до 560 мкм и другие добавки (патент RU №2493956, МПК B24D 3/18, B24D 3/34, 27.09.2013). Таким образом, в абразивном инструменте соотношение размера частиц порообразователя и размера абразивного зерна составляет 0,2-9,3.
Недостатком данного инструмента является повышенная хрупкость полых сферических частиц из алюмосиликата, что ведет к снижению прочности инструмента в целом, а также к уменьшению пористости за счет сокращения дополнительных пор на рабочей поверхности. А также засаливание рабочей поверхности, повышение теплонапряженности процесса шлифования и сил резания, что значительно снижает стойкость и производительность инструмента.
Известен шлифовальный круг, содержащий абразивные зерна, керамическую связку и тонкостенные электрокорундовые сферические частицы, величина которых равна 0,45-0,65 величины абразивных зерен, а количество составляет 0,5-0,54 количества абразивных зерен при содержании последних 30-37% (авторское свидетельство SU №1073082, МПК B24D 3/14, 15.02.1984).
Известен высокоструктурный абразивный инструмент из абразивной массы, включающей абразив из смеси абразивных зерен двух различных зернистостей с размерами в пределах 60-160 мкм и 160-500 мкм, керамическую связку, наполнитель в виде смеси полых сферических частиц из легкоплавкого стекла и полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 85 до 560 мкм и соответствующие добавки (патент RU №2536576, МПК B24D 3/18, B24D 3/34, 27.12.2014). Таким образом, в абразивном инструменте соотношение размера частиц порообразователя и размера абразивного зерна составляет 0,17-9,3.
Недостатком данных инструментов является невозможность получения удовлетворительного качества по равномерности и однородности структуры инструментов из-за резкого различия по удельному весу частиц наполнителя и абразивных зерен. Такое различие приведет к расслоению абразивной массы при ее смешивании и формировании заготовок инструментов. Это повлечет появление локальных очагов повышенной плотности, а, следовательно, неоднородного характера распределения твердости черепка инструментов, что повысит их неуравновешенность и снижение качества обработки и производительности процесса шлифования. Кроме этого, повышенная хрупкость полых сферических частиц дает высокую вероятность их разрушения еще на стадии формирования структуры инструментов, особенно при прессовании формовок. Это приведет к снижению прочности инструмента в целом, а также к уменьшению их пористости за счет сокращения дополнительных пор на рабочей поверхности. Последнее обстоятельство приводит к засаливанию рабочей поверхности, повышению теплонапряженности процесса шлифования и сил резания, что значительно снижает стойкость и производительность инструмента.
Известен абразивный инструмент из абразивной массы, содержащей абразивные зерна из электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, порообразователь и другие компоненты (авторское свидетельство SU №1689355, МПК С04В 35/18, С04В 35/63, B24D 3/18, С09K 3/14, 07.11.1991). При этом, соотношение размера частиц порообразователя и размера абразивного зерна составляет 0,8-8,0, 1,3-6,7 и 2,5-14,5 соответственно для зерен, имеющих размеры 160-500 мкм, 60-120 мкм и 7-40 мкм.
Недостатком данного инструмента является неоднородность структуры инструмента из-за резкого различия размера частиц наполнителя и абразивных зерен, в результате чего образуются локальные очаги повышенной плотности, способствующие неоднородному характеру распределения твердости черепка инструментов.
Наиболее близким является абразивный инструмент, содержащий электрокорундовые абразивные зерна, керамическую связку и частицы карбида бора в качестве абразивного огнеупорного наполнителя, в котором частицы абразивного огнеупорного порообразующего наполнителя имеют равный размер и одинаковую форму с абразивными зернами, при этом отношение объема частиц наполнителя к объему абразивных зерен находится в пределах 0,10-0,15 (патент RU №2215643, МПК B24D 3/18, 10.11.2003).
Недостатком известного инструмента является то, что в процессе шлифования наблюдается ускоренный износ инструмента из-за возникающих повышенных усилий вырывания из связки частиц наполнителя за счет их большого размера, и как следствие, происходит дополнительное разрушение керамической связки вокруг абразивных зерен, что приводит к ослаблению их закрепления и преждевременному удалению с рабочей поверхности инструмента. Все это приводит к существенному снижению стойкости и производительности инструмента.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения прочности и стойкости абразивного инструмента.
Техническим результатом является повышение стойкости и производительности инструмента.
Технический результат достигается в абразивном инструменте, содержащем электрокорундовые абразивные зерна, керамическую связку и частицы карбида бора одинаковой формы в качестве порообразующего огнеупорного наполнителя, при этом частицы карбида бора выполнены изометрической формы с обкатанной поверхностью и размером 0,35÷0,45 размера абразивных зерен.
Применение частиц карбида бора размером 0,35÷0,45 размера электрокорундовых абразивных зерен, что в среднем в 2,5 раза меньше по величине в сравнении с частицами абразива, позволяет значительно снизить усилия вырывания этих частиц из связки при образовании поверхностной поры в процессе шлифования и уменьшить зоны разрушения связки вокруг абразивных зерен. Кроме этого, такое сочетание размеров частиц абразива и порообразующего огнеупорного наполнителя обеспечивает более плотную упаковку абразивных зерен и частиц наполнителя в черепке инструмента, обеспечивая повышение прочности инструмента в целом. Одинаковая изометрическая форма частиц карбида бора с обкатанной поверхностью, в отличие от обычных частиц, имеющих острые грани и вершины, способствует устранению локальных очагов повышенных напряжений вокруг этих частиц в процессе изготовления инструмента, приводящих к трещинообразованию в связке и ослаблению закрепления абразивных зерен и, как следствие, к их преждевременному удалению с рабочей поверхности инструмента, создавая на ней в процессе шлифования дополнительные поры без разрушения связки вокруг абразивных зерен.
Таким образом, в предлагаемом абразивном инструменте обеспечиваются прочностные характеристики, стойкость и более высокая его производительность.
Для испытания были изготовлены следующие абразивные шлифовальные круги: круг по прототипу (пример 4) и заявляемый инструмент. Характеристики заявляемого абразивного инструмента представлены в таблице.
кр
ст
Образец высокопористого абразивного инструмента с наполнителем из частиц карбида бора изометрической формы с обкатанной поверхностью и размером 0,35÷0,45 размера абразивных зерен изготавливали с использованием объемных процентов компонентов в соответствии с рецептурой прототипа (см. Таблицу). Из формовочной массы, состоящей из электрокорундового абразивного зерна, керамической связки и карбида бора готовились образцы «восьмерки» для сравнительных испытаний на механическую прочность предлагаемого инструмента. Прочность обожженных образцов на разрыв определялась на испытательной машине УММ-5. Сравнительные испытания абразивных кругов на эксплуатационные показатели: стойкость и производительность. Испытания проведены на плоскошлифовальном станке модели 3Е711. Обрабатывались образцы из стали ШХ15. Режимы шлифования: V=35 м/с, V=20 м/мин, t=0,01 мм/дв.х.
Из таблицы видно, что прочность образцов предлагаемого инструмента в 1,14 раза больше, чем у образцов инструмента прототипа. Анализ результатов по производительности и стойкости кругов, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый абразивный инструмент лучшими значениями этих показателей по сравнению с прототипом.
Повышение производительности инструмента происходит за счет выполнения частиц карбида бора изометрической формой с обкатанной поверхностью и размером 0,35÷0,45 размера абразивных зерен, что позволяет значительно снизить усилия вырывания этих частиц из связки при образовании поверхностной поры в процессе шлифования и уменьшить зоны разрушения связки вокруг абразивных зерен. Кроме этого, обеспечивается более плотная упаковка абразивных зерен и частиц наполнителя в черепке инструмента, повышая прочность инструмента в целом. Использование частиц наполнителя изометрической формы с обкатанной поверхностью по сравнению с обычными частицами, имеющими острые грани и вершины, способствует устранению локальных очагов повышенных напряжений вокруг этих частиц в процессе изготовления инструмента, приводящих к трещинообразованию в связке и ослаблению закрепления абразивных зерен и, как следствие, к их преждевременному удалению с рабочей поверхности инструмента, снижая его стойкость и производительность. При этом частицы наполнителя изометрической формы с обкатанной поверхностью будут более легко и быстро удаляться с рабочей поверхности инструмента, создавая на ней в процессе шлифования дополнительные поры без разрушения связки вокруг абразивных зерен.
Таким образом, абразивный инструмент, содержащий электрокорундовые абразивные зерна, керамическую связку и частицы карбида бора изометрической формы с обкатанной поверхностью и размером 0,35÷0,45 размера абразивных зерен, обладает повышенной стойкостью и производительностью.