АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЙ КРУГ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЗЕРНИСТОСТЬЮ
DIAMOND-ABRASIVE WHEEL WITH COMBINED GRIT

Изобретение относится к машиностроению, к механической обработке материалов связанным абразивом (алмазом, эльбором и др.) - к шлифованию, в частности к изготовлению шлифовальных кругов с периферийной рабочей поверхностью, имеющей слои различной зернистости.
Известен абразивный прерывистый круг, периферийная рабочая поверхность которого выполнена в виде чередующихся абразивных выступов и впадин, при этом каждый выступ выполнен с зернистостью абразива, последовательно убывающей (возрастающей) в окружном направлении [1. а.с. СССР №1388269, МПК B24D 5/14. Абразивный прерывистый круг. И.М.Баюкли. Заявка 3916411/31-08, 26.06.1985; 15.04.1988. Бюл. №14].
Известный абразивный прерывистый круг имеет существенный недостаток - это возбуждение вибраций из-за прерывистой режущей рабочей поверхности, состоящей из выступов и впадин. При этом изготовление выступов с различной убывающей или возрастающей зернистостью - трудоемкий процесс, а образованные впадины снижают механическую прочность круга и не позволяют работать на максимальных скоростях. Возникающие вибрации ухудшают шероховатость обрабатываемой поверхности, не позволяют интенсифицировать процесс обработки, снижают производительность, повышают себестоимость изготовления и снижают стойкость инструмента.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей изготовления и восстановления шлифовальных кругов на вулканитовых, бакелитовых и глифталевых связках, снижение себестоимости изготовления кругов, не требующее дорогого специального технологического оборудования, повышение производительности обработки и стойкости круга, получение сложнопрофильных, например шлифовальных, кругов с аксиально-смещенным режущим слоем [2. Патент РФ №2275294, МПК B24D 5/02, В24В 55/02. Синусоидальный алмазно-абразивный круг. Степанов Ю.С., Катунин А.В., Афанасьев Б.И., Катунин А.А., Самойлов Н.Н., Фомин Д.С. Заявка 2004128013, 20.09.2004; 27.04.2006. Бюл. №12].
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого алмазно-абразивного круга с комбинированной зернистостью, имеющего ступицу и периферийную рабочую часть, причем периферийная рабочая часть выполнена в виде комплектов концентрических слоев с зернистостью абразива в комплекте, последовательно убывающей в радиальном направлении, при этом число слоев в комплекте равно числу переходов (черновой, получистовой, чистовой и т.д.) для конкретных условий шлифования заготовок.
Особенности конструкции предлагаемого алмазно-абразивного круга поясняются чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого алмазно-абразивного круга, у которого пять комплектов концентрических слоев по два слоя с крупной и мелкой зернистостью абразива в комплекте, вид сбоку, условно принято: темные слои - крупнозернистые, светлые слои - мелкозернистые; на фиг.2 - то же, частичный продольный разрез; на фиг.3 - установка и схема формирования предлагаемого круга с крупнозернистыми и мелкозернистыми слоями; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 - сушильная камера с формированными кругами, вид сверху (относительно фиг.3), верхняя крышка условно снята; на фиг.6 - элемент Б на фиг.4, нанесение и разравнивание первого слоя связки с помощью сопла; на фиг.7 - сечение В-В на фиг.3, нанесение алмазно-абразивных зерен и вдавливание их в слой связки с помощью сопла; на фиг.8 - сечение В-В на фиг.3, комплект из двух концентрических слоев с мелкой и крупной зернистостью абразива; на фиг.9 - шлифовальный круг с аксиально-смещенным режущим слоем, имеющий ступицу и синусоидальную периферийную поверхность, общий вид; на фиг.10 - шлифовальный круг с аксиально-смещенным режущим слоем, имеющий ступицу и синусоидальную периферийную поверхность с пятью комплектами концентрических слоев по два слоя с крупной и мелкой зернистостью абразива в комплекте, частичный продольный разрез; на фиг.11 - сушильная камера с формированными шлифовальными кругами с аксиально-смещенным режущим слоем и комбинированной зернистостью, вид сверху, верхняя крышка условно снята.
Предлагаемый алмазно-абразивный круг имеет ступицу 1 и периферийную рабочую часть 2, последняя состоит из концентрических слоев 3, 4 и т.д. с различной зернистостью, например слой 3 - выполнен из крупнозернистого (КЗ) абразива, слой 4 - из мелкозернистого (МЗ) абразива. Слои 3, 4 и т.д. образуют комплект концентрических слоев с зернистостью абразива в комплекте, последовательно убывающей в радиальном направлении от периферии к центру. Число слоев 3, 4 и т.д. в комплекте равно числу переходов (черновой, получистовой, чистовой и т.д.) для конкретных условий шлифования заготовок. Таким образом, если заготовки будут подвергаться шлифованию в три перехода, например черновое, получистовое и чистовое шлифование, то число слоев в комплекте - должно быть три, это крупнозернистый, среднезернистый (СЗ) и мелкозернистый слои. На фиг.1, 2, 9, 10 показаны алмазно-абразивные круги, у которых пять комплектов концентрических слоев по два слоя с крупной и мелкой зернистостью абразива в комплекте, условно показаны: темные слои - крупнозернистые, светлые слои - мелкозернистые. Следовательно, эти круги предназначены для шлифования заготовок в два перехода: черновой и чистовой.
Таким образом, имеет место объединение при двух различных зернистостях по диаметру круга чернового и чистового шлифования в однооперационное. При трех зернистостях - в один прием реализуется черновое, получистовое и чистовое шлифование и т.д.
Выбор количества слоев с различной зернистостью и соотношение их толщин может быть рассчитано по известным зависимостям, либо определено экспериментально для конкретных условий обработки.
Конструктивно круг с комбинированной зернистостью может быть выполнен на установке (см. ниже), основанной на наращивании алмазно-абразивных слоев на жидкой консистентной связке с последующим затвердеванием в сушильной камере, где возможно получение обычных, прерывистых и с аксиально-смещенным режущим слоем шлифовальных кругов.
ф
Перед началом процесса формирования изготовляют из легкоразрушаемого материала (например, из картона, пластмассы и т.п.) ось 5 и боковые диски 6, определяющие высоту L и наружный диметр D формируемого шлифовального круга. Собранный каркас, состоящий из оси 5 и дисков 6, для изготовления пакета из нескольких кругов (согласно фиг.5 и 11, для четырех кругов) устанавливают в сушильной камере 7 с возможностью вращения со скоростью V формирования инструмента.
Р
ПР
С
Ось 5 имеет индивидуальный привод вращения (не показан). Подача и нанесение на жидкую связку алмазно-абразивных зерен осуществляется сжатым воздухом, подаваемым в сопло 8, соединенное с компрессором (не показан). Сопло 9 служит для подачи жидкой связки и разравнивания, сопло 8 - для подачи алмазно-абразивных зерен. Сопла имеют приводы для радиальной S и продольной S подач, кинематически связанных с вращением оси 5, из расчета: радиальная подача, равная высоте одного слоя связки с внедренными алмазно-абразивными зернами за один оборот оси, а продольная возвратно-поступательная подача равна величине амплитуды А при повороте оси на один шаг t аксиально-смещенного режущего слоя.
Основные технологические переходы совершаются с помощью двух сопел 8 и 9 при непрерывном вращении оси 5 с дисками 6.
P
ПР
С
Для подачи жидкой связки из отдельной емкости (не показана) используется сопло 9, ширина l которого зависит от высоты L круга за вычетом боковых зазоров Z. Сопло 9 совершает радиальную подачу S, равную толщине одного слоя, наносимого за один оборот оси 5, и продольную S подачу, равную амплитуде А синусоидального круга.
Р
ПР
Разравнивания слоя консистентной связки осуществляется соплом 9, совершающим движения подач S и S. Количество наносимой связки регулируют изменением зазора между соплом 9 и предыдущим слоем связки.
P
ПР
Для подачи алмазно-абразивных зерен из отдельной емкости (не показана) используется сопло 8, ширина l которого зависит от высоты L круга за вычетом боковых зазоров Z. Сопло 8 совершает радиальную подачу S, равную толщине одного слоя, наносимого за один оборот оси 5, и продольную S подачу при формировании синусоидальных кругов. Подача алмазно-абразивных зерен осуществляется через сопло 8 с помощью воздушно-абразивной струи под давлением, из условия закрепления алмазно-абразивных зерен в связке. Подача алмазно-абразивных зерен разной зернистости осуществляется через собственные сопла. На фиг.3 показано сопло 8, имеющее два канала для подачи крупнозернистого и мелкозернистого абразива.
Закрепление алмазно-абразивных зерен происходит в сушильной камере 7, куда попадает очередной слой связки с внедренными в него алмазно-абразивными зернами при непрерывном вращении оси, где связка затвердевает. Операция формирования шлифовальных кругов осуществляется непрерывным способом путем последовательного заполнения каждого из отсеков, образованных дисками 6 (на фиг.5, 11 можно различить четыре отсека, т.е. сформировано четыре алмазно-абразивных круга), и состоит из следующих переходов:
нанесение слоя связки на ось 5 между разделительными дисками 6. Количество наносимой связки регулируется изменением зазора между осью 5 и соплом 9 для первого слоя и предыдущим слоем и соплом 9 для последующих слоев;
нанесение алмазно-абразивных зерен на слой связки производится механическим способом с помощью сжатого воздуха, подаваемого под давлением в сопло 8, при непрерывно вращающейся оси. Нанесение алмазно-абразивных зерен на слой связки с помощью сжатого воздуха может производится электростатическим способом, при котором алмазно-абразивные зерна под воздействием сил электростатического поля ориентируется так, что большая ось абразивных зерен располагается радиально оси круга. Таким образом, на ось наносится слой радиально расположенных зерен, в результате чего повышается режущая способность круга. Плотность нанесения алмазно-абразивных зерен механическим способом с помощью сжатого воздуха регулируется количеством подаваемого из питателя (не показан) алмазно-абразивных зерен и давлением сжатого воздуха, при электростатическом способе - напряжением на электродах (не показаны) и расстоянием между ними; подача крупнозернистого или мелкозернистого абразива осуществляется включением одного или другого канала сопла 8;
сушка очередного слоя связки с внедренными алмазно-абразивными зернами в сушильной камере при непрерывном вращении оси. Температура сушки - от 30° до 130° в зависимости от вида связки.
После достижения нужного наружного диаметра заготовки окончательно сушатся в сушильной камере 4…5 часов при температуре 90°…130°.
По окончании сушки пакета со шлифовальными кругами его разделяют путем поломки оси и боковых дисков, и полученные круги подвергаются контролю на отсутствие трещин, сколов, пузырей и других дефектов. Далее производят измерение фактической твердости кругов и их маркировку.
Пример. На описанной выше и изготовленной установке по разработанной технологии были сформированы алмазно-абразивные круги с аксиально-смещенным режущим слоем (АРС) размерами 350×40×127 мм для шлифования серого чугуна СЧ 15. Круги имели комбинированную зернистость с двумя слоями для чернового и чистового шлифования. Крупнозернистые слои изготовлены из зерна марки 54С, номер зернистости 40, степень твердости С1 с наполнителем из пульвербакелита. Мелкозернистые слои - 24А, 20, С1 с наполнителем из пульвербакелита.
В обычных кругах, полученных традиционным способом - прессованием, чем больше диаметр круга, тем труднее получить равномерную плотность во всех его частях. Частицы шихты под давлением прессования практически не перемешиваются в плоскостях, перпендикулярных к направлению прессования. Этот недостаток устраняется при формировании предлагаемых кругов с комбинированной зернистостью.
Сравнительные испытания изготовленных с комбинированной зернистостью кругов с АРС показали, что они имеют достаточный запас прочности и вполне безопасны в работе. Условия их эксплуатации ничем не отличаются от обычных. Перед установкой на шпиндель шлифовального станка круги подвергались статической и динамической балансировке. В процессе шлифования и правки алмазно-металлическим карандашом не наблюдалось поломок и скалываний режущих кромок.
С
Круги с комбинированной зернистостью могут быть изготовлены с аксиально-смещенным режущим слоем различного диаметра D, амплитуды А и шага синусоиды t, а также традиционных типов ПП, К, 3П, 2П, ПВ, ЧЦ, ПВД, ПВДС, ЧК, Т, 1Т, ПВК, ПВДК, ПН, отрезных кругов и др.
Конструкция кругов позволяет восстанавливать первоначальные рабочие размеры изношенных кругов путем наращивании алмазно-абразивных слоев на жидкой консистентной связке на оставшейся ступице с последующим затвердеванием в сушильной камере.
Предлагаемая конструкция кругов расширяет технологические возможности изготовления и восстановления шлифовальных кругов на вулканитовых, бакелитовых и глифталевых связках, снижает себестоимость изготовления кругов, не требует дорогого специального технологического оборудования и позволяет получать сложнопрофильные шлифовальные круги.