ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ

Полезная модель относится к области механической обработки и может быть использована в конструкциях виброустойчивых сборных шлифовальных кругов, применяемых при торцовом шлифовании, в особенности хрупких, металлических и неметаллических материалов (термически и деформационно упрочненных металлических конструкционных материалов, а также неорганического стекла, керамики, полупроводниковых материалов и других).
Известен сборный шлифовальный круг, оснащенный однокаскадным виброгасителем, на монолитный корпус которого через упругий элемент, выполненный в виде эластичной кольцевой прокладки, установлены шлифовальные сегменты, которые образуют прерывистый режущий слой [1].
Недостатком конструкции известного шлифовального круга является то, что эластичная прокладка, являясь элементом крепления сегментной рабочей части инструмента, в процессе шлифования контактирует с обрабатываемой поверхностью. Результатом этого является дополнительный нагрев и термоизоляция зоны шлифования, вызывающая локальный перегрев контактирующих поверхностей обрабатываемой заготовки и инструмента. Заполнение материалом эластичной прокладки пространства между шлифовальными сегментами ухудшает условия охлаждения и смазки в зоне шлифования и затрудняет выход из нее продуктов обработки. Кроме того, в шлифовальном круге такой конструкции материал эластичной прокладки может иметь лишь ограниченную эластичность также и потому, что должен обладать необходимой жесткостью и прочностью для закрепления шлифовальных сегментов. Указанные особенности однокаскадной виброгасящей системы являются причиной конструктивного завышения жесткости упругого элемента, снижения эффективности амортизации и снижения качества поверхности. Ограничения по скорости шлифования являются причиной снижения производительности обработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является сборный шлифовальный круг, металлический корпус которого имеет тарельчатую форму и является упругим элементом. К корпусу, присоединено массивное кольцо с закрепленными на нем шлифовальными сегментами, которые образуют прерывистый режущий слой.[2].
Используемый в данном случае, упругий подвес шлифовальных сегментов выполнен по схеме однокаскадного виброгасителя, имеющего в составе своей конструкции один упругий элемент и дополнительную массу. Такой виброгаситель может быть настроен путем подбора жесткости упругого элемента и массы кольца на безрезонансный режим работы инструмента, используемого при высоких скоростях шлифования. При этом колебательное поведение механической системы такого инструмента определяется жесткостью упругого элемента (чем она меньше, тем меньше значение резонансной частоты, тем ниже значения скоростей шлифования, при которых наступает резонансное состояние инструмента, характеризуемое его катастрофическим взаимодействием с поверхностью заготовки) и значением дополнительной массы (чем она больше, тем большая энергия вибраций может быть рассеяна).
К недостаткам такого инструмента следует отнести нестабильность колебательного поведения его виброгасящей системы, из-за отсутствия в конструкции элементов, способных в динамике (при вращении инструмента) стабилизировать свойства смазывающе-охлаждающего технологического средства (далее СОТС), находящегося в зоне резания (контакта инструмента с заготовкой), при изменениях эксплуатационных свойств технологический системы непосредственно в процессе обработки, что приводит к появлению резонансных явлений, и как следствие к появлению брака - снижению качества шлифуемой поверхности.
Кроме того, к существенным недостаткам такого инструмента следует отнести и наличие в динамике двух упругих элементов: металлический корпус тарельчатой формы, который присутствуют в статическом состоянии, и слой СОТС находящийся в зоне резания (слой СОТС в динамике обладает упругими свойствами [3]). Появление в динамике второго упругого элемента (слоя СОТС) приводит к неверной настройке инструмента на безрезонансный режим работы, что приводит к снижению качества шлифуемой поверхности (браку), так как упругий подвес
инструмента из однокаскадного превращается в двухкаскадный. Работа инструмента без СОТС приводит к еще большему снижению качества шлифуемой поверхности и поэтому не допустима [4]. Также к недостаткам такого инструмента следует отнести его значительную массу, та как для рассеяния энергии колебаний применяется массивное кольцо с большой массой (для известной конструкции она составляет от 2 до 5 кг, в зависимости от условий обработки).
Цель заявленной полезной модели - повышение качества шлифуемой поверхности.
Предложенный шлифовальный круг состоит из металлического корпуса тарельчатой формы, присоединенного к корпусу металлического отбойника с закрепленными на нем шлифовальными сегментами с боковыми поверхностями спиральной формы, которые образуют прерывистый режущий слой.
Согласно заявленному решению шлифовальный круг, отличается тем, что к корпусу присоединен металлический отбойник, а шлифовальные сегменты выполнены с боковыми поверхностями спиральной формы.
Это позволяет стабилизировать колебательное поведение виброгасящей системы инструмента в динамике (при вращении инструмента), так как стабилизируются свойства СОТС, находящегося в зоне резания (контакта инструмента с заготовкой), при изменениях эксплуатационных свойств технологический системы непосредственно в процессе обработки, за счет применения присоединенного к корпусу металлического отбойника, по которому СОТС, через отверстия произвольной формы, доставляется непосредственно в зону резания, и шлифовальных сегментов с боковыми поверхностями спиральной формы.
Протекая по канавкам, которые образованны спиральными боковыми поверхностями шлифовальных сегментов, в динамике, СОТС приобретает стабильные свойства (охлаждающие, смазочные, диспергирующие, моющие и демпфирующие [5]). Кроме того, в динамике, СОТС, протекая по спиральным канавкам образованным боковыми поверхностями шлифовальных сегментов, под действием центробежных сил оказывает давление на боковые поверхности шлифовальных сегментов, часть отбойника не занятого шлифовальными сегментами (он образует верхнюю часть канавки) и обрабатываемую заготовку (она образует нижнюю часть канавки). В результате давления на часть отбойника не занятого шлифовальными сегментами и обрабатываемую заготовку создается подъемная сила, стремящаяся оторвать инструмент от заготовки на определенную (конструктивными параметрами инструмента: массы инструмента и внешнего и внутреннего диаметра шлифовальных сегментов) величину [6]. Величина отрыва инструмента изменяется под действием внешней нагрузки (при изменении силы прижима инструмента к заготовке). Таким образом, проявляются упругие свойства СОТС [7]. Величина отрыва инструмента не превышает максимального размера вылета зерна из связки (в противном случае не будет осуществляться процесс резания [6]).
Это позволяет использовать в данном случае, упругий подвес шлифовальных сегментов выполненный по схеме двухкаскадного виброгасителя, имеющего в составе своей конструкции два упругих элемента (металлический корпус тарельчатой формы который присутствуют в статическом состоянии, и слой СОТС находящийся в зоне резания) и промежуточную массу (в качестве промежуточной массы выступает металлический отбойник с закрепленными шлифовальными сегментами, находящийся между корпусом и слоем СОТС). Такой виброгаситель может быть настроен путем подбора соотношения жесткостей упругих элементов и массы кольца на безрезонансный режим работы инструмента, используемого при высоких скоростях шлифования (жесткость слоя СОТС определяется конструктивными параметрами инструмента [6]).
Это также позволяет обеспечить более точную, стабильную и простую настройку инструмента за счет применения в качестве упругих элементов виброгасителя металлической тарельчатой пружины (корпус), обладающей близкими к линейным упругими характеристиками и слоя СОТС (только в динамике), снизить массу инструмента, за счет применения упругого подвеса шлифовальных сегментов выполненного по схеме двухкаскадного виброгасителя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 показан предпочтительный вариант реализации заявленного шлифовального круга.
Шлифовальный круг состоит из: металлического корпуса, выполненного в виде металлической тарельчатой пружины 1, металлического отбойника 2, оснащенного отверстиями
1
для подачи СОТС в зону резания, с припаянными к нему шлифовальными сегментами 3. Шлифовальные сегменты 3, выполнены с боковыми поверхностями спиральной формы с определенным углом захода (угол захода спиральных канавок β (угол между образующей спиральной канавки и направлением единичного вектора окружной координаты q[8]) равен 20° (β=20°)), изготовляются методом порошковой металлургии. Составные части шлифовального круга закреплены механически (для случая заявленной полезной модели резьбовыми крепежными элементами 4).
Обеспечение безрезонансного режима работы инструмента, осуществляется путем назначения жесткости пружины 1, массы отбойника 2 и внешнего и внутреннего диаметра шлифовальных сегментов 3, определяемых расчетным методом. Шлифовальные сегменты 3 с боковыми поверхностями спиральной формы с определенным углом захода образуют прерывистый режущий слой с канавками, создавая, во время вращения инструмента, в зоне резания слой СОТС со стабильными, для данных технологических условий, характеристиками.
Заявленный шлифовальный круг предназначен для обработки плоских поверхностей. Шлифовальный круг через монтажное отверстие в корпусе закрепляется на шпинделе станка. Удаление припуска с обрабатываемой поверхности осуществляется в результате контакта шлифовальных сегментов с обрабатываемой поверхностью при вращении и при продольной или круговой подаче заготовки в направлении перпендикулярном оси вращения шлифовального круга при приложении к нему постоянной или плавно изменяющейся статической нагрузки в направлении оси вращения.
Шлифовальный круг особенно эффективно может использоваться при проведении предварительного шлифования хрупких материалов различной номенклатуры в технологических условиях, при которых обеспечивается переменный контакт всей рабочей поверхности круга с поверхностью обрабатываемой заготовки или группы заготовок.
Источники информации:
1. Перерозин, М.А. Справочник по алмазной обработке стекла/ М.А.Перерозин. - М.: Машиностроение, 1987. Стр. 49-50, рис.2.12.
2. Глебов, В.В. Шлифовальный инструмент с виброгасителем для обработки и ремонта плоских поверхностей на деталях из хрупких неметаллических материалов/ В.В.Глебов, В.М.Сорокин, Д.А.Игнатьев // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов оборудования, инструмента и технологической оснастки: Матер. 8 международной практической кнферен.-выставки. Часть 1.СП6.: СГПУ. - 2006 - С.356-362. рис.3.
3. Глебов, В.В. Использование гидродинамического эффекта при шлифовании хрупких неметаллических материалов / В.В.Глебов, В.М.Сорокин, В.П.Пучков, Д.А.Игнатьев // Прогрессивные технологии в машино- и приборо-стр. Сб. стат. Всероссийск. науч. техн. конф. - Н.Новгород - Арзамас: НГТУ - Аф НГТУ. - 2004 - С.179-182. рис.2.
4. Перерозин, М.А. Справочник по алмазной обработке стекла/ М.А.Перерозин. - М.: Машиностроение, 1987. Стр. 10.
5. Шумячер, В.М. О гидродинамике СОЖ при фильтрации сквозь поровое пространство вращающегося шлифовального круга/В.М.Шумячер, В.А.Деменков//Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив-2005: Сб. статей междунар. Науч.-технич. Конфер. Волжский: Волжский институт строительства и технологий (филиал) ВолгГАСУ. - Волжский, 2005. - С.183-186.
6. Иванова, Т.Н. Абразивный инструмент с перфорированной поверхностью один из факторов повышения производительности /Т.Н.Иванова //Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив-2005: Сб. статей междунар. Науч.-технич. Конфер. Волжский: Волжский институт строительства и технологий (филиал) ВолгГАСУ. - Волжский, 2005. - С.11-14.
7. Маланоски, С.Б. (Malanoski, S.В.) Статические и динамические характеристики упорного подшипника со спиральными канавками/ С.Б.Маланоски, (S.B.Malanoski), С.Т.Пэн (С.Т.Pan) // Тр. ам. общ. ТОИР. - 1965. - №3. - С.13-26.
8. Дадаев, С.Г. Нестационарные модели газодинамических подшипников со спиральными канавками/ С.Г.Дадаев. - Монография Изд. ЧГТУ, 1996. - Стр. 8, 42, рис.3.1.