СПОСОБ ЗАТОЧКИ ЛЕЗВИЙ КОНЬКОВ
METHOD OF SHARPENING SKATE BLADES

Изобретение относится к области спортивного инвентаря и может быть использовано при изготовлении и поддержании в рабочем состоянии коньков, а более конкретно - при механической заточке их лезвий с использованием процесса полирования.
Известен способ заточки лезвий коньков, включающий закрепление лезвия в каретке заточного станка, предварительную заточку лезвия путем перемещения каретки с лезвием вдоль вращающегося заточного (шлифовального) круга со связанным абразивом, при этом возможно последующее полирование рабочей поверхности лезвия путем перемещения каретки вдоль вращающегося полировального круга со связанным абразивом с использованием масел (Заточка коньков на заточном станке ProSharp AS2001 AllPro - по ссылке prosharp-as2001-allpro.html, 2012). Такой способ имеет высокую производительность и позволяет затачивать лезвия с различным профилем рабочей поверхности. Однако основное требование, предъявляемое к конькам, заключающееся в обеспечении наилучшего скольжения по льду при увеличении времени между очередными заточками, при этом не достигается. Это связано с тем, что при используемой технологии обработки рабочей поверхности лезвия кругами со связанным абразивом шероховатость рабочей поверхности лезвия не может быть минимизирована до необходимой степени, кроме того, не обеспечивается высокая твердость лезвия.
Известен способ, при котором при изготовлении или при заточке коньков нагревают лезвие до температуры свыше 850°С и затем резко охлаждают, что упрочняет лезвие по крайней мере по его краям за счет эффекта закаливания (WO/2003/072206, 2003). Термообработку лезвий коньков при этом осуществляют по технологии Nitinol Technologies (например, US 6422010 B1, 2002). Такое закаливание позволяет несколько улучшить скольжение и повысить длительность эксплуатации коньков без ухудшения качества скольжения. Однако такой способ требует наличия отдельной трудоемкой операции, что удорожает заточку.
Значительное уменьшение трения лезвий по льду может быть достигнуто за счет полирования их рабочей поверхности с заданными требованиями к ее шероховатости. Полирование позволяет уменьшить шероховатость поверхности и в некоторой степени упрочнить поверхность вследствие возникающих при полировании пластических деформаций.
Известны различные способы полирования поверхностей деталей, например, известен способ полирования металлических поверхностей посредством полировальных лепестковых кругов со смазочно-охлаждающей технологической средой, при котором предварительно нагревают обрабатываемую деталь и производят полирование при взаимном перемещении полировального круга и детали (например, RU 2111107 С1, 1998). Однако такие способы, как правило, не позволяют получить однородной полированной зеркальной поверхности 10-го и лучше класса шероховатости, необходимой для обеспечения наилучшего скольжения коньков по льду, а для упрочнения поверхности требуются дополнительные операции.
Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ заточки лезвий коньков, включающий предварительную заточку закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия посредством заточного инструмента со связанным абразивом и последующее полирование рабочей поверхности полотна, закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия до зеркального состояния посредством полировальника с использованием полировальной пасты (Власова Н.Н. Бегайте на коньках. М., «Физкультура и спорт», 1972, раздел Заточка коньков). В этом способе при предварительной заточке в качестве заточного инструмента используют крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые бруски. Бруском проводят по полотну закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия в его продольном направлении. В качестве полировальника используют, например, чугунную плитку, на которую перед полированием наносят масло и полировальную пасту в виде окиси хрома. При полировании проводят таким полировальником по рабочей поверхности лезвия в его продольном направлении.
Этот способ достаточно прост в реализации. Однако он не позволяет достичь необходимого качества рабочей поверхности лезвий коньков и ее свойств, позволяющих обеспечить наилучшее скольжение по льду, наибольшее время между очередными заточками и наибольшую долговечность лезвий. Поэтому такой способ малоэффективен и не позволяет достичь высокой эксплуатационной эффективности коньков, лезвия которых заточены таким способом. Это связано с тем, что после предварительной заточки шлифовальником на связанном абразиве на обрабатываемой поверхности образуются заусенцы и задиры, которые не устраняются при полировании только в одном направлении. Полирование по технологии этого способа, как правило, не обеспечивает равномерности шероховатости по рабочей поверхности лезвия, а проявляющиеся при полировании тепловые явления могут привести к местным ожогам рабочей поверхности. Жесткий полировальник не позволяет достичь зеркальной степени рабочей поверхности с шероховатостью выше 9-го, 10-го классов. Кроме того, рабочая поверхность лезвий при такой обработке не приобретает полезных изменений, связанных с фазовыми превращениями и структурными изменениями вследствии, например, закалки, которые дополнительно могли бы упрочнить рабочую поверхность и улучшить характеристики скольжения.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа заточки лезвий коньков, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении эффективности способа заточки лезвий за счет обеспечения в результате заточки условий для улучшения скольжения коньков по льду, увеличения периода до очередной заточки и повышения долговечности коньков.
Это достигается тем, что в способе заточки лезвий коньков, включающем предварительную заточку закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия посредством заточного инструмента со связанным абразивом и последующее полирование рабочей поверхности закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия до ее зеркального состояния посредством полировальника с использованием полировальной пасты, при полировании полировальную пасту наносят равномерно на прогретую рабочую поверхность лезвия, в качестве полировальника используют вращающийся кожаный полировальный круг, которым равномерно проводят по рабочей поверхности лезвия вдоль нее со скоростью от 1 до 2 см/сек вначале в одну сторону лезвия, а затем в другую, при этом количество проводок выбирают от двух до восьми в зависимости от материала лезвия, а скорость вращения полировального круга выбирают в пределах от 20 до 30 тыс.об/мин.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
a
Способ заточки осуществляют следующим образом. Вначале предварительно затачивают лезвие, преимущественно на шлифовальном станке с использованием абразивного круга, например, на заточном станке SSM-2 или ProSharp AS2001. Для этого закрепляют лезвие в штатном станочном фиксирующем приспособлении (каретке) и осуществляют проводку рабочей поверхности лезвия вдоль вращающегося абразивного круга. При этом достигается шероховатость поверхности до R=0,3-0,2 мкм. Непосредственно после этого проводят полирование лезвия. Для этого на прогретую в результате предварительной заточки рабочую поверхность закрепленного в фиксирующем приспособлении лезвия равномерно наносят полировальную пасту, преимущественно на основе оксида хрома, например, ГОИ-2 (см. Несмелов С.В. Полировка металлов пастами ГОИ. «Оптико-механическая промышленность», 1939, т.9, №3, с.11-13). Используя вращающийся кожаный полировальный круг, преимущественно из свиной кожи, например, диаметром от 20 до 35 мм, делают им по меньшей мере две продольные проводки по рабочей поверхности лезвия, в одну сторону и в противоположную сторону лезвия. При этом скорость вращения полировального круга устанавливают в пределах 20-30 тыс. об/мин, а скорость проводки 1-2 см/сек. Полировальную пасту наносят перед каждой проводкой на поверхность, прогретую в результате предыдущей проводки. Количество проводок в зависимости от материала лезвия может составлять, например, от двух для лезвий из нержавеющей стали и до восьми для лезвий из высокоуглеродистой или легированной стали. При использовании полировальной пасты ГОИ-2 легко определить момент окончания заточки, поскольку в процессе полирования ее цвет изменяется, становясь более темным. Процесс заточки можно закончить, когда цвет полировальной пасты практически остается неизменным.
a
z
a
Такая технология заточки обеспечивает получение равномерно полированной до зеркального блеска рабочей поверхности с шероховатостью, соответствующей не менее чем 10-му классу. Параметры шероховатости рабочей поверхности - среднеарифметическое отклонение профиля и высота неровностей профиля по десяти точкам (см. ГОСТ 2.309-73, ГОСТ 2789-73) могут достигать при этом R=0,01 мкм и R=0,05 мкм соответственно и менее, а наибольшая величина R составляет 0,18-0,16 мкм, что меньше полуволны видимого света. При этом за счет выбора указанного режима, в том числе указанных величин скоростей проводки и вращения полировального круга, создается такой температурный режим на рабочей поверхности лезвия, который инициирует изменения физической структуры рабочей поверхности лезвия, что дополнительно упрочняет рабочую поверхность и делает ее более однородной. Характер изменения физической структуры верхнего слоя рабочей поверхности зависит от конкретных материала лезвия и заданных технологических условий в указанных выше пределах. Преимущественно эти изменения связаны с образованием аустенитно-мартенситовой структуры при действии развивающихся при полировании мгновенных температур (свыше 800°С) и быстрого поверхностного охлаждения (за счет передачи тепла в лезвие), характеризующей режим закалки (см. Павлюк С.В. Тепловые явления при шлифовке. Донецкий национальный университет, 2005 - по ссылке . 2012). Слой у рабочей поверхности лезвия с измененной физической структурой в предложенном способе образуется непосредственно в процессе механической заточки лезвия (в режиме автозакаливания), поэтому не требуется проведения специальной дополнительной операции для упрочнения рабочей поверхности лезвия. Наличие такого слоя вносит определенный вклад в уменьшение трения лезвий при движении по льду и позволяет более длительное время сохранять при эксплуатации коньков полированную рабочую поверхность лезвий необходимого качества, вносящую основной вклад в уменьшение трения.
Предложенный способ заточки обеспечивает значительное уменьшение трения при скольжении коньков по льду и повышение времени эксплуатации коньков до очередной заточки. Улучшение скольжения связано с уменьшением шероховатости, соприкасающейся со льдом полированной до указанной степени рабочей поверхности лезвий, а также с повышением однородности этой поверхности и ее упрочнением. Экспериментально установлено, что протяженность скольжения спортсмена на коньках, заточенных предложенным способом, по сравнению с протяженностью скольжения на коньках, заточенных аналогичными известными способами, больше в 1,5-1,8 раз. Поскольку при заточке по предложенной технологии осуществляется полирование, обеспечивающее повышение усталостной прочности и антикоррозийной стойкости металлической поверхности лезвий, и на их рабочей поверхности создается упрочненный слой, повышается долговечность лезвий, увеличивается их износостойкость и увеличивается время эксплуатации коньков до очередной заточки. Например, при тренировках фигуриста на закрытом катке три-четыре раза в неделю по 1,5-2 часа в день достаточна одна заточка в два месяца.
Технологические особенности предложенного способа, обеспечивающие достижение указанного технического результата, объективно обоснованы и подтверждены экспериментально. Нанесение полировальной пасты не на полировальный круг, а на прогретую обрабатываемую поверхность, обусловлено необходимостью создания наиболее эффективных условий для равномерности процесса полирования, обеспечивающей создание условий для равномерного распределения шероховатости вдоль рабочей поверхности лезвия и образования равномерно упрочненного приповерхностного слоя с измененной физической структурой. Этому же служит выбор в качестве материала полировального круга кожи, плотность которой больше, чем, например, применяемых в качестве материала полировальников фетра или войлока, но меньше, чем чугуна или стали. Уменьшение скорости вращения полировального круга менее 20 тыс. об/мин не позволяет достичь необходимой минимальной шероховатости рабочей поверхности лезвий, соответствующей ее зеркальному виду. Превышение этой скорости выше 30 тыс. об/мин ведет к перегреву рабочей поверхности лезвий, что приводит к ожогам ее участков и неравномерности распределения шероховатости вдоль лезвия. Проводка полировальным диском только в одном направлении лезвия не позволяет сгладить все характерные неровности (заусенцы, задиры), образовавшиеся после предварительной заточки, и может переориентировать оставшуюся часть их в этом направлении, поэтому и требуется последующая проводка в противоположном направлении. Количество проводок, таким образом, равно по меньшей мере двум, что достаточно при заточке лезвий из обычной углеродистой или нержавеющей стали, применяемой, например, для непрофессиональных коньков. Для достижения равномерно полированной зеркальной рабочей поверхности лезвий из высококачественных твердых сталей, например, из высокоуглеродистой или легированной стали, требуется до восьми проводок. При скорости проводки менее 1 см/сек или при неравномерности проводки на рабочей поверхности лезвия могут образовываться ожоги, о чем свидетельствуют характерные блики. Это приводит к неоднородности рабочей поверхности и ухудшению скольжения лезвий по льду. При скорости проводки свыше 2 см/сек прогрев рабочей поверхности лезвия становится недостаточным для того, чтобы полировальная паста распределилась (растеклась) равномерно по ней. Кроме того, при этом исчезают условия для создания необходимых изменений физической структуры рабочей поверхности лезвий.
Таким образом, способ заточки коньков в соответствии с изобретением имеет более высокую эффективность и обеспечивает повышение эксплуатационной эффективности коньков по сравнению с коньками, заточенными известными аналогичными способами заточки.