ЭЛЬБОРОВЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ

Полезная модель относится к производству инструмента из сверхтвердых абразивных материалов. Эльборовые шлифовальные круги используются для чистового высокопроизводительного шлифования плоских, цилиндрических и фасонных поверхностей ответственных деталей из труднообрабатываемых материалов (закаленных конструкционных и инструментальных сталей, жаропрочных никелевых сплавов и т.д.).
Известен из уровня техники эльборовый шлифовальный круг на керамической связке, состоящий из эльборосодержащего рабочего слоя и корпуса (ГОСТ 17123-79 Круги эльборовые шлифовальные. Типы и основные размеры, стр. 2-8).
Толщина эльборосодержащего рабочего слоя, которая может быть от 5 до 25 мм, выбирается в зависимости от типоразмера шлифовального круга с учетом особенностей его работы и требуемого ресурса эксплуатации (ГОСТ 17123-79 Крути эльборовые шлифовальные. Типы и основные размеры, стр. 2-3).
Корпус шлифовального круга изготавливается из жеских материалов, в качестве которых могут быть использованы: абразивно-керамические композиции на основе электрокорунда или карбида кремния с плотной структурой, металл или пластмасса.
Недостатком известной конструкции эльборового шлифовального круга является отсутствие возможности использования эльборосодержащего слоя на всю толщину до полного его износа. Это обусловлено необходимостью завершения процесса шлифования заранее с тем, чтобы не допустить контакта корпуса с обрабатываемой поверхностью. Практика показывает, что необходимая величина оставшейся части эльборосодержащего слоя, например, у кругов для традиционного круглого или плоского шлифования может составлять 5…20% от исходной величины рабочего слоя. Указанный недостаток в большей мере проявляется при шлифовании фасонных поверхностей деталей. Например, при шлифовании зубчатого колеса толщина эльборосодержащего слоя, который необходимо оставить после окончания обработки не должна быть меньше высоты зуба и в некоторых случаях может достигать 50% и более от исходной величины рабочего слоя.
Таким образом существенно снижается возможный ресурс работы эльборового шлифовального круга, а иногда его применение становится экономически невыгодным, так как стоимость эльбора до 5000 раз превосходит стоимость, например, абразивного зерна электрокорунда белого.
Техническим результатом от предлагаемой полезной модели является использование всей толщины рабочего слоя из эльбора, что в свою очередь повышает ресурс работы шлифовального круга.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что эльборовый шлифовальный круг, содержащий корпус и рабочий слой из эльбора на керамической связке, согласно полезной модели, дополнительно между рабочем слоем и корпусом содержит вспомогательный слой, выполненный из абразивного материала на основе микрокристаллического корунда на керамической связке с минимальной толщиной, составляющей 0,1…1 от толщины рабочего слоя.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на чертеже схематично изображен продольный разрез эльборового шлифовального крута (рис. 1)
Эльборовый шлифовальный круг содержит корпус 1, рабочий слой из эльбора 2 и вспомогательный слой 3 из микрокристаллического корунда.
Эльборовый шлифовальный круг работает следующим образом. Шлифование деталей выполняется рабочим слоем 2 из эльбора, в ходе чего этот слой изнашивается. При достижении полного износа рабочего слоя 2 в работу вступает вспомогательный рабочий слой 3 из микрокристаллического корунда, который позволяет довести обработку поверхности детали до конца без ущерба качеству, а затем произвести смену инструмента.
Отличительной особенностью микрокристаллического корунда в сравнении, например, с электрокорундом белым являются его более высокие режущие свойства. По своим физико-механическим свойствам зерно микрокристаллического корунда находится между электрокорундом белым и эльбором. Благодаря своему микрокристаллическому строению зерно при большей, до 3-х раз, чем у электрокорунда прочности обеспечивает работу шлифовального круга в режиме умеренного самозатачивания с постоянным обновлением режущих кромок [Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами, - М: Машиностроение. 2007. 688 с].
Учитывая то, что стоимость микрокристаллического корунда в несколько десятков раз ниже стоимости эльбора, то такие круги могут явиться более экономичной альтернативой эльборовому инструменту. Указанные обстоятельства создают предпосылки для использования микрокристаллического корунда в качестве материала для вспомогательного слоя, расположенного между основным рабочем слоем и корпусом. Роль этого слоя состоит в частичном участии в процессе шлифования после изнашивания основного слоя, что позволяет вести обработку без опасения за качество шлифованной поверхности.
Таким образом, заявленная полезная модель по сравнению с прототипом позволяет увеличить ресурс работы эльборового шлифовального круга до 15…20% при круглом или плоском шлифовании и до 50% при профильном шлифовании за счет возможности полного израсходования рабочего слоя.
Заявленный в формуле полезной модели интервал является необходимым и достаточным для достижения в совокупности с существенными признаками формулы поставленного технического результата, что подтверждается результатами экспериментальных исследований. При этом минимальная толщина вспомогательного слоя ограничена возможностями технологии изготовления абразивного инструмента на керамической связке и, как правило, составляет не менее 2…5 мм, а максимальная толщина выбирается исходя из экономической целесообразности таким образом, чтобы рост себестоимости изготовления инструмента не превышал увеличение ресурса его эксплуатации.
Экспериментальные исследования проводились при плоском шлифовании деталей из закаленной быстрорежущей стали марки Р6М5 (60…02 HRC) шлифовальными кругами типоразмера 1А1 200×20×32, изготовленными по прототипу из эльбора марки ЛКВ40 зернистостью 160/125, твердостью L с толщиной рабочего слоя 5 и 20 мм, и, изготовленными по полезной модели со вспомогательным слоем из микрокристаллического корунда зернистостью F100, твердостью L с различным соотношением толщин (см. табл.).
При изготовлении шлифовальных кругов по прототипу минимальная технически достижимая толщина вспомогательного из микрокристаллического корунда слоя для данной характеристики составила 2 мм.
Д
В таблице приведены данные по количеству деталей (N), обработанных шлифовальным крутом, изготовленным по прототипу и по полезной модели, а также о себестоимости изготовления кругов (С). Для сравнения в таблицах приведены достигнутые технико-экономические показатели процесса шлифования с применением инструмента, изготовленного по полезной модели.
Установлено, что на технический результат оказывает влияние только наличие у эльборового круга вспомогательного слоя, а не его толщина. Ресурс работы шлифовального крута, изготовленного по полезной модели увеличивается в среднем на 13,5…14,9%.
При изготовлении шлифовального круга с минимально возможной толщиной вспомогательного слоя для данной характеристики, равной 2 мм, рост себестоимости изготовления инструмента составил 4,6…4,9%.
Таблица
Результаты экспериментальных исследований шлифовальных кругов, изготовленных по прототипу и по полезной модели
№ п/п
Шлифовальный круг, изготовленный
Технико-экономические показатели
по прототипу
по полезной модели
s, мм
Nд, шт.
С, руб.
s<sub>1</sub>/s
Nд, шт.
С, руб.
Увеличение ресурса, %
Увеличение себестоимости инструмента, %
1
5
162
870
0,4
184
910
13,5
4,6
2
5
162
870
0,8
184
940
13,5
8,0
3
5
162
870
1,0
184
975
13,5
12,0
4
5
162
870
1,2
184
1030
13,5
18,4
5
20
637
2610
0,1
732
2740
14,9
4,9
6
20
637
2610
0,5
732
2915
14,9
11,7
7
20
637
2610
1,0
732
3107
14,9
19,0
8
20
637
2610
1,2
732
3350
14,9
28,3
Дальнейшее увеличение толщины вспомогательного слоя не оказало влияния на технический результат, а привело лишь к росту себестоимости изготовления шлифовального круга. Существенное превышение себестоимость и по сравнению с увеличением ресурса, имели шлифовальные круги и с толщиной вспомогательного слоя ≥1,0 от толщины рабочего слоя.