СОСТАВНОЙ АБРАЗИВНЫЙ КРУГ

Полезная модель 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 и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрической формы и качеством обрабатываемой поверхности.
Известен абразивный круг с переменной плотностью абразивной массы в каждом из поперечных его сечений, увеличивающейся с уменьшением его радиуса, при этом 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 (см. авторское свидетельство №1645124, B24D 17/00, Бюл. №16, 1991).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, является наличие абразива с переменной зернистостью абразивной массы.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: сложность технологии изготовления абразивного круга, низкая эффективность обработки поверхностей деталей из вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрических форм из-за отсутствия четко выраженной зависимости величины размера зерна от твердости абразивного материала, невысокая скорость резания.
Известен абразивный круг, выполненный из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах (см. патент РФ №2282531, МПК B24D 5/14, Бюл. №24, 2006).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: наличие абразива с переменной зернистостью абразивной массы, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости; при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: неизвестны размеры стержней и соотношение в них основной абразивной массы и абразива большей зернистости и повышенной твердости, а также шаг синусоиды, образуемой стержнями на периферии круга, и невысокая скорость резания из-за вырывания центробежными силами стержней из основной абразивной массы вследствие их непрочной связи.
ст
ст
За прототип принят известный абразивный круг, выполненный из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, диаметр стержней d принимается равным (0,10-0,12) высоты круга, шаг вдоль синусоиды составляет 3 d, а соотношение в стержне основной абразивной массы одной зернистости и абразива большей зернистости и повышенной твердости принимается равным 2:1 (см. патент на полезную модель №98705, МПК B23D 5/14, Бюл. №30, 2010).
ст
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого составного абразивного круга является выполнение его из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3d и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах.
Причиной, препятствующей поставленной задаче, является не высокая скорость резания из-за вырывания центробежными силами стержней из основной абразивной массы вследствие их непрочной связи.
Задачей полезной модели является повышение прочности связи стержней с основной абразивной массой и увеличение скорости резания при использовании абразивного круга.
ст
ст
ст
ст
Технический результат достигается тем, что стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр d=(0,12-0,15)B, длину d=5d и конусность 1:10, причем стержни установлены с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней равно L=1,2d, где В - высота круга.
ст
ст
ст
ст
ст
Для достижения технического результата составной абразивный круг выполняется из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3d и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, а сами стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр d=(0,12-0,15)B, длину l=5d и конусность 1:10, причем стержни установлены с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней равно L=1,2d, где B - высота круга.
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
ст
Исходя из конструкции составного абразивного круга, выполненного из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещаются стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещаются с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3d и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, а сами стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр d=(0,12-0,15)B, длину l=5d и конусность 1:10, причем устанавливаются стержни с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней принимается равным L=1,2d (где B - высота круга), изготовление составного абразивного круга осуществляется в следующей последовательности. Форма с установленной в ней стальной ступицей с наружным диаметром d заполняется требуемой (основной) абразивной массой; после этого масса предварительно спрессовывается и в ней формируются углубления под конические стержни, имеющие в основании диаметр d=(0,12-0,15)B (где B - высота круга), длину l=5d и конусность 1:10, на расстоянии L=1,2d по заданной кривой (например, синусоиде) с шагом 3d таким образом, чтобы меньший диаметр конусного стержня выходил на периферию круга; затем, развернув и открыв форму, в созданные в основной абразивной массе углубления закладываются предварительно выполненные (опрессованные) конические стержни диаметром d длиной l из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистостью и повышенной твердости в соотношении 2:1; далее форма полностью заполняется основной абразивной массой, окончательно спрессовывается и подвергается обжигу. При этом используется основная абразивная масса и абразивная масса стержней с одними связующими компонентами, что также обеспечивает высокие прочностные характеристики составного абразивного круга.
Изготовленный составной абразивный круг устанавливается на шпинделе шлифовального станка. Отличительная особенность его заключается в том, что при вращении круга в зоне обработки возникают микроудары и микровибрации, которые происходят при входе крупнозернистого и более твердого абразива в соприкосновение с поверхностью обрабатываемой детали при постоянно меняющихся зонах контакта. За счет этого улучшается процесс резания, уменьшаются технологические остаточные напряжения в материале поверхностного слоя детали, значительно уменьшается засаливание инструмента, особенно при обработке вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов. Это положительно влияет на повышение точности геометрических форм детали и производительность обработки в целом, а установка в основной массе круга конических стержней с выходом меньшей стороны на периферию круга повышает прочность их сцепления с основной абразивной массой и противодействует выбрасыванию их центробежным силам, что способствует повышению прочности составного абразивного круга и обеспечивает возможность работы его на более высоких скоростях резания.
Для определения оптимальных размеров конусных стержней и расстояния между их осями при установке в составном абразивном круге были выполнены испытания кругов с различными параметрами установленных в них стержней. Абразивные круги размером 400x60x127 мм изготавливались из электрокорунда белого 25А зернистости 20 (основная абразивная масса), а стержни изготавливали из электрокорунда 25А зернистости 20 с добавлением в основную абразивную массу электрокорунда хромтитанистого 95А повышенной твердости и зернистости 40 в соотношении 2:1. При изготовлении составных абразивных кругов использовалась связка керамическая К1.
поп
д
max
ост
ст
ст
ст
ст
a
Испытания составных абразивных кругов на прочность и эффективность проводились на круглошлифовальном станке мод. 3М151, оборудованном специальным защитным кожухом. Обработке подвергались цилиндрические образцы из стали 12Х2Н4А, имеющие ступень диаметром 36 мм и длиной 50 мм. Шлифование этих ступеней осуществлялось по методу врезания с поперечной подачей S=0,6 мм/мин и скоростью вращения обрабатываемого образца V=0,36 м/с. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5-процентный водный раствор эмульсола Укринол-1. Оценочными показателями при испытаниях составных абразивных кругов были приняты максимальная скорость вращения круга V, при которой не происходило его разрушение, и показатели качества обработанной поверхности детали: параметр шероховатости Ra, величина технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя аост и относительная площадь поверхности детали AS, подвергнутая прижогу. Результаты испытаний приведены в таблице 1, из анализа которой видно, что наилучшие показатели по максимальной скорости вращения круга Vmax и показателям качества поверхностного слоя обработанных цилиндрических образцов из стали 12Х2Н4А R, σ и ΔS были получены при использовании составных абразивных кругов, у которых были установлены конусные стержни, имеющие в основании диаметр d=(0,12-0,15)B, длину l=5d, конусность 1:10 и расстояние между осями L=l,2d, где B - высота круга.
ст
ст
Проведены сравнительные испытания абразивных кругов, изготовленных по прототипу (см. патент на полезную модель №98705, МПК B23D 5/14, Бюл. №30, 2010) и по предлагаемой полезной модели со следующими характеристиками: диаметр стержней d=8 мм; длина стержней l=40 мм; меньший диаметр стержней составлял 5,5 мм; расстояние между осями стержней у основания - 10 мм; шаг синусоиды - 24 мм. Абразивные круги размером 400×60×127 мм изготавливались из электрокорунда белого 25А зернистости 20 (основная абразивная масса), а стержни изготавливали из электрокорунда 25А зернистости 20 с добавлением в основную абразивную массу электрокорунда хромтитанистого 95А повышенной твердости и зернистости 40 в соотношении 2:1. При изготовлении абразивных кругов использовалась связка керамическая K1.
поп
д
max
a
ост
a
ост
Сравнительные испытания кругов на прочность и эффективность проводились на круглошлифовальном станке мод. 3М151, оборудованном специальным защитным кожухом. Обработке подвергались цилиндрические образцы из сталей 12Х2Н4А, 20ХH2МA и 60ГСА, имеющие ступень диаметром 36 мм и длиной 50 мм. Шлифование этих ступеней осуществлялось по методу врезания с поперечной подачей S=0,6 мм/мин и скоростью вращения обрабатываемого образца V=0,36 м/с. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5 - процентный водный раствор эмульсола Укринол-1. Оценочными показателями при испытаниях абразивных кругов были приняты максимальная скорость вращения круга V, при которой не происходило его разрушение, и показатели качества обработанной поверхности детали: R, σ и ΔS. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2, из анализа которой следует, что составные абразивные круги, изготовленные по предлагаемой полезной модели, имеют более высокую прочность, позволяющую выполнять обработку поверхностей деталей из вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости сталей на скоростях в 1,4-1,6 раза выше, чем при использовании абразивных кругов, изготовленных по прототипу (см. патент на полезную модель №98705, МПК B23D 5/14, Бюл. №30, 2010). При этом достигается более высокое качество обработанной поверхности детали по показателям R, σ и ΔS.