СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АБРАЗИВНО-АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА С ОДНОСЛОЙНЫМ АЛМАЗНО-ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ
EVALUATION OF CUTTING CAPACITY OF ABRASIVE-DIAMOND TOOL WITH SINGLE-PLY DIAMOND ELECTROPLATED COATING

Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к алмазным инструментам с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП), и может быть использовано для определения режущей способности этого инструмента.
Из уровня техники известен способ определения режущей способности абразивного инструмента, по которому взвешивают образец заготовки и испытуемый инструмент, проводят шлифование заготовки, повторно взвешивают образец заготовки и вычисляют режущую способность инструмента путем определения количества сошлифованного материала за цикл шлифования (Патент РФ №2250450, G01N 3/58, 2005).
Недостатком известного технического решения является то, что процесс определения режущей способности абразивного инструмента трудоемок и не позволяет оценить режущую способность инструмента без его частичного разрушения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ оценки режущей способности алмазного инструмента по концентрации алмазных зерен в объеме алмазоносного слоя инструмента, основанный на определении весового или объемного содержания алмазов, используемых при получении алмазоносного слоя (В.Н. Бакуль, «Основы проектирования и технология абразивного и алмазного инструмента», М., «Машиностроение», 1975, стр.164-167).
Недостатком известного способа является то, что данный способ нельзя использовать для определения концентрации в алмазоносном слое инструмента с АГП, так как при изготовлении данного инструмента нет однозначного соответствия между количеством алмазного порошка, помещенного в гальваническую ванну, и количеством, закрепленным на поверхность инструмента, также нет возможности оценить концентрацию в однослойном АГП, так как ее оценка производится в объеме алмазоносного слоя.
Техническая задача заявленного изобретения заключается в определении процентной концентрации алмазных зерен в рабочем слое алмазного инструмента с однослойным гальваническим покрытием, что в итоге позволяет оценить режущую способность инструмента.
Техническим результатом является обеспечение способности сохранения геометрической точности образующей рабочей поверхности.
Поставленная техническая задача решается посредством того, что согласно изобретению инструмент устанавливают на плоскости стола электронного микроскопа, затем оптическим методом определяют количество алмазных зерен на поверхности АГП на площади, задаваемой зернистостью алмазного порошка, после чего определяют концентрацию алмазов в процентах по следующей зависимости:
<mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>*</mo><mfrac><mrow><mn>1000</mn><mo>*</mo><mi>Z</mi><mi>π</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>±</mo><mn>0,03</mn><mi>A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mi>K</mi><mo>*</mo><mi>S</mi><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>A</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>A</mi><mo>⋅</mo><mn>10,15</mn></mrow><mrow><msqrt><mi>A</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где
Z - количество алмазных зерен на поверхности алмазоносного слоя заданной площади S;
А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции, мм;
К - коэффициент изометричности алмазного зерна;
2
S - площадь измеряемой поверхности гальванического покрытия, (0,3-5) мм.
Сущность изобретения заключается в определении концентрации алмазов для инструмента с алмазно-гальваническим покрытием (АГП).
Способ определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием из следующих последовательных действий:
1. Определение оптическим методом количества алмазных зерен на участке АГП заданной площади;
2. Определение процентной концентрации алмазов по зависимости:
<mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>*</mo><mfrac><mrow><mn>1000</mn><mo>*</mo><mi>Z</mi><mi>π</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>±</mo><mn>0,03</mn><mi>A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mi>K</mi><mo>*</mo><mi>S</mi><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>A</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>A</mi><mo>⋅</mo><mn>10,15</mn></mrow><mrow><msqrt><mi>A</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>
Способ определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием осуществляется следующим образом. Инструмент устанавливается на плоскости стола электронного микроскопа, затем оптическим методом определяется количество алмазных зерен на поверхности АГП на площади, задаваемой зернистостью алмазного порошка, а затем определяется концентрация алмазов в АГП инструмента.
3
1
Так как АГП имеет один слой, для определения концентрации рассчитывается площадь, которую занял бы алмазоносный слой объемом 1 см на поверхности S, толщиной Н, которая зависит от среднего диаметра алмазных зерен основной фракции А.
<mrow><msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>V</mi><mi>H</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mi>H</mi><mo>=</mo><mi>A</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>10.15</mn></mrow><mrow><msqrt><mi>A</mi></msqrt></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
где
1
3
S - площадь наибольшей грани параллелепипеда объемом 1 см и толщиной Н;
3
V - объем алмазоносного слоя 1 см;
Н - толщина алмазоносного слоя;
А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции.
3
Учитывая, что при 100% объемной концентрации алмазы в 1 см алмазоносного слоя занимают 25% от этого объема, определяется какое количество алмазных зерен Z находится в объеме этого слоя, предварительно определив объем одного алмазного зерна. За объем алмазного зерна принят объем эллипсоида вращения, который корректируется коэффициентом изометричности К алмазного зерна. Данный коэффициент определяется отношением объема шара с диаметром, равным показателю зернистости, к объему алмазного зерна.
Как известно, алмазы разных марок имеют разную форму, а соответственно и распределяются на поверхности неодинаково. Учитывая коэффициент изометричности К алмазного зерна, можно определять концентрацию не только в зависимости от зернистости, но и от марки алмазного порошка. Значения коэффициента изометричности К алмазного зерна в зависимости от марки алмазного порошка приведены в таблице 1 (ГОСТ 9206-80).
Таблица 1
Коэффициент изометричности алмазных зерен
Марка алмазного порошка
АС6
АС15
АС20
АС32
АС50
АС80
AC100
Коэффициент изометричности
3
2.2
1.3
1.2
1.2
1.2
1.1
Учитывая приведенные вычисления, процентная концентрация для инструмента с однослойным АГП определяется по зависимости:
<mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>*</mo><mfrac><mrow><mn>1000</mn><mo>*</mo><mi>Z</mi><mi>π</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>±</mo><mn>0.03</mn><mi>A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mi>K</mi><mo>*</mo><mi>S</mi><mo>*</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>A</mi><mo>*</mo><mn>10.15</mn></mrow><mrow><msqrt><mi>A</mi></msqrt></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
где
Z - количество алмазных зерен, определенное оптическим методом на поверхности алмазоносного слоя заданной площади S;
А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции;
К - коэффициент изометричности алмазного зерна;
S - площадь измеряемой поверхности АГП.
При определении концентрации необходимо учитывать тот факт, что на отдельных участках поверхности инструмента количество алмазных зерен Z неодинаково. Площадь, на которой производится измерение числа алмазных зерен Z, а соответственно и определение концентрации, выбирается так, чтобы разброс алмазных зерен Z был минимальным. Это обеспечивает наиболее точное определение концентрации алмазных зерен Z в АГП. В таблице 2 приведены рекомендуемые размеры площадей поверхности алмазоносного слоя для измерения числа алмазных зерен Z в зависимости от зернистости алмазного порошка. Для получения наиболее точных данных рекомендуется выбирать от 2 до 5 площадок на поверхности алмазоносного слоя.
Таблица 2
Рекомендуемая площадь поверхности измерения количества алмазных зерен алмазоносного слоя для измерения количества алмазных зерен
Зернистость алмазного порошка
Площадь поверхности измерения S, мм<sup>2</sup>
50/40
63/50
0.3
80/63
100/80
1
125/100
160/125
200/160
3
250/200
315/250
400/315
5
500/400
На производственной базе ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» были проведены эксперименты по определению концентрации алмазных отрезных кругов различных конструкций. В качестве оборудования использовался электронный микроскоп с возможностью увеличения Х 400.
2
В первом случае была определена концентрация алмазных зерен Z в однослойном АГП отрезного круга формы 1A1R диаметром ⌀ 100 мм с алмазами марки АС32 зернистостью 50/40. Были выбраны 3 участка площадью 1 мм и на каждом из них определено количество алмазных зерен Z. Далее по имеющейся зависимости была определена процентная концентрация алмазных зерен Z в алмазоносном слое. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
2
Во втором случае была определена концентрация алмазных зерен Z в однослойном АГП отрезного круга формы 1A1RSS диаметром ⌀ 200 мм с алмазами марки АС32 зернистостью 200/160. Были выбраны 3 участка площадью 3 мм и на каждом из них определено количество алмазных зерен Z. Далее по имеющейся зависимости была определена процентная концентрация алмазных зерен Z в алмазоносном слое. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты экспериментов
Средний диаметр алмазных зерен основной фракции, мм
Инструмент
Коэффициент изометричности алмазных зерен (Марка алмазов)
Площадь измеряемой поверхности АГП, мм<sup>2</sup>
Количество алмазных зерен, шт
Процентная концентрация алмазов в АГП, %
Алмазный отрезной круг на гальванической связке формы 1A1R ⌀ 100 мм
1.2 (АС32)
0.045
1
274
162%
Алмазный отрезной круг на гальванической связке формы 1A1RSS ⌀ 200 мм
1.3(АС20)
0.180
3
116
149%
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет обеспечить измерение процентной концентрации алмазных зерен в рабочем слое алмазного инструмента с однослойным АГП, что в итоге позволяет оценить режущую способность инструмента.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном изобретении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области инструментальной промышленности;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.