АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЦЕНТРОВЫХ ОТВЕРСТИЙ

Полезная модель относится к механической обработке деталей из высокотвердых керамических и композиционных материалов, стекла, кварца, ферритов, ситаллов и твердых сплавов, которые характеризуются высокими требованиями к точности размеров, отклонению от формы и качеству обработанных поверхностей, гарантирующими заданную механическую прочность, а именно, для изготовления центровых отверстий, которые являются базовыми элементами, например, для обработки на круглошлифовальных станках. Область использования - машиностроение, приборостроение, радиоэлектроника, автомобильная и энергетическая промышленность.
Высокая твердость керамических материалов, отсутствие пластичности, низкая стойкость к тепловым ударам, склонность к растрескиванию создают трудности при механической обработке. Основным методом получения высокоточных поверхностей деталей из керамических материалов является шлифование, которое преимущественно ведут алмазными кругами.
В процессе алмазного шлифования съем материала осуществляется в результате создания в поверхностном слое керамической заготовки напряжений, превышающих напряжение разрушения ее основных компонентов. В результате такой обработки на обрабатываемой поверхности появляется дефектный слой, характеризующийся наличием микротрещин и имеющий определенную макро- и микрогеометрию поверхностного рельефа. Отклонения макро- и микрогеометрии поверхности детали действуют как концентраторы контактных напряжений, что приводит к увеличению рассеяния показателей долговечности при ее дальнейшей обработке и, как следствие, к непрогнозируемым отказам при экстремальных условиях эксплуатации.
Поэтому при проектировании технологических процессов механической обработки деталей их высокотвердых керамических материалов особое внимание уделяют выбору технологических режимов и способов алмазного шлифования, а также характеристикам шлифовального инструмента.
Из уровня техники известно центровочное сверло, включающее заходную часть с вершиной, предназначенной для ввода сверла в обрабатываемый материал и рабочую коническую поверхность (http://h-master.ru/articles/centrovochnye-sverla/).
Известное решение позволяет получить центровое отверстие в сравнительно мягких и пластичных материалах и практически не применимо для обработки высокотвердых керамических материалов. Это обусловлено тем, что скорость резания в вершине заходной части вместе с диаметром сверла стремится к нулю и требуется определенное осевое усилие для «продавливания» сверла в обрабатываемый материал, что допустимо для мягких и пластичных материалов, но приведет к поломке инструмента или сколу в зоне обработки в случае с высокотвердыми керамическими материалами.
Для обработки высокотвердых керамических материалов в большей степени годятся абразивные инструменты, например такие, как выбранный в качестве прототипа абразивный инструмент - шарошка конусная (http://www.toool.m/kmg_shlifovalnii_bosch_2608620014.html).
Известное решение позволяет эффективно обрабатывать высокотвердые керамические материалы, однако, как и аналог, не способно сформироватькачественное центровое отверстие. Это обусловлено тем, что скорость резания в вершине заходной части вместе с диаметром инструмента стремится к нулю и требуется определенное осевое усилие для «продавливания» инструмента в обрабатываемый материал, что приведет к сколуинструмента или обрабатываемой поверхности при обработке высокотвердых керамических материалов.
Стандартное центровое отверстие, состоит из конической и цилиндрической частей. Угол конической части центрового отверстия должен точно соответствовать углу центров станка. Обычно этот угол равен 60°. Цилиндрическая часть отверстия служит для разгрузки вершины центра и для заполнения его смазкой. Размеры центровых отверстий, требования к точности и шероховатости обработанных поверхностей регламентированы ГОСТ 14034-74.
В основу заявленной полезной моделибыла положена задача создания абразивного инструмента для выполнения центровых отверстий в деталях из высокотвердой керамики с минимизацией действия неблагоприятных нагрузок при обработке и уменынениемстепени появления на обработанной поверхности эксплуатационных дефектов в виде поверхностных микротрещин и микросколов.
Технический результат - повышение качества обработки центровых отверстий.
Заявленный технический результат достигается тем, что в абразивном инструменте для выполнения центровых отверстий, включающем соосно расположенные конусную рабочую часть с заходным участком и хвостовую часть, заходный участок сформирован цилиндрическим с плоским торцем и с U-образным в профиле пазом, выполненным в торце заходного участка на часть его длины с образованием задней стенки, расположенной под углом к нормальной по отношению к оси инструмента плоскости так, что t≤L-r·tg(90°-β)а r<h<2r, где t - длинаи U-образного паза, измеренная по оси инструмента, L - длина заходного цилиндрического участка, r - радиус заходного цилиндрического участка, β - угол наклона образующей конического участка к оси инструмента, h - высота U-образного паза.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
Фиг. 1 - инструмент, вид сбоку;
Фиг. 2 - сечение Α-A на Фиг. 1;
Фиг. 3 - взаимосвязь геометрических параметров инструмента.
В абразивном инструменте для выполнения центровых отверстий, включающем соосно расположенные конусную рабочую часть 1 с заходным участком 2 и хвостовую часть 3, заходный участок сформирован цилиндрическим с плоским торцем и с U-образным в профиле пазом 4, выполненным в торце заходного участка на часть его длины с образованием задней стенки 5, расположенной под углом к нормальной по отношению к оси инструмента плоскости.
Для осуществления процесса изготовления центровочного отверстия керамическую заготовку, например, зажимают в патроне шпиндельной бабки внутришлифовального станка, а инструмент в цанговом зажиме шлифовальной бабки, и сообщают ему вращательное движение и движение продольной подачи. Смазочно-охлаждающая жидкость подают в зону обработки методом полива. Обработку проводили на специальном шлифовальном станке мод. 3225, число оборотов шпинделя составляла 15000 об/мин.
Для проведения производственных испытаний были изготовлены промышленные образцы заявленного инструмента, все рабочие поверхности которого, включая поверхности заходной части HU-образного паза, имели слой синтетического алмазного порошка марки АС6 на органической связке В2-01 с зернистостью 80/63 и концентрацией алмазного порошка 100%. При проведении испытаний хронометрировалось основное время на изготовление центровочного отверстия на образцах из различных керамических материалов.
В качестве обрабатываемого материала использовали заготовки цилиндрической формы, изготовленные из следующих керамических материалов:
2
3
1. Оксидная керамика на основе AlO;
2
2. Оксидная керамика на основе ΖrO;
3. Карбидная керамика на основе SiC;
2
3
4. Смешанная керамика на основе AlO+TiC.
2
3
2
2
3
По результатам испытаний основное время составило: для керамики на основе АlO - 0,31 мин, для керамики на основе ZrO - 0,36 мин, для керамики на основе SiC - 0,65 мин, для керамики на основе AlO+TiC - 0,52 мин.
a
Качество обработанной поверхности оценивали по величине шероховатости R, измеряемой на конической части центровочного отверстия. На всех обработанных отверстиях данный параметр находился в пределах 0,20-0,63 мкм. Кроме того дефектность обработанной поверхности оценивалась на предмет появления сколов на пересечении конической и цилиндрической поверхности центрового отверстия, после обработки заявленным инструментом данные дефекты не зафиксированы.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет добиться желаемого результата, так как на заходном участке заявленного инструмента изготовлен продольный паз, который снижает осевую составляющую усилия резания при обработке, уменьшая степень появления эксплуатационных дефектов на обработанной поверхности и создавая на ней заданный рельеф шероховатости. Заявленные геометрические параметры вкупе с наклонной задней стенкой 5 паза 4 обеспечивают качественную геометрию центрового отверстия с «заточкой» центрального «остатка» в центровом отверстии наклонной задней стенкой 5 инструмента до допустимого уровня.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. Свойства, регламентированные в заявленном абразивном инструменте для выполнения центровых отверстий отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники, и не требуют дополнительных пояснений. Однако, следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков на дату приоритета неизвестна из уровня техники и обеспечивает эффективное применение сверла на операции изготовления центровых отверстий в деталях из высокотвердой керамики с обеспечением высокого качества обработки.
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 машиностроения, приборостроения, радиоэлектронике, автомобильной и энергетической промышленности на операциях по изготовлению центровочных отверстий в деталях из высокотвердой керамики;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или 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 условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.