АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B24B3/14 

Изобретение относится к области производства абразивного инструмента и может быть использовано для изготовления инструмента для чистового шлифования тепловосприимчивых сталей и сплавов.

Известен абразивный инструмент, изготовленный из абразивной массы, содержащей абразивные зерна, полые сферические частицы из абразивного материала и их осколки. Инструмент изготавливается смешиванием всех компонентов прессованием, сушкой и обжигом. Работа такого инструмента характеризуется низкими значениями температуры шлифования и высоким классом шероховатости обработанной поверхности. Первое достигается благодаря высокой пористости инструмента, обеспеченной введением полых сферических частиц, второе - из-за повышенного количества режущих кромок, обусловленного присутствием в составе инструмента осколков полых частиц. Недостатком данного технического решения является то, что указанный положительный эффект можно достичь только сразу после правки инструмента. По мере затупления входящих в его состав абразивных зерен из-за их неблагоприятной геометрии - больших острых углов - на них образуются площадки износа, увеличивающие трение в зоне резания, а значит теплонапряженность процесса шлифования. Это особенно проявляется при чистовом шлифовании, характеризуемом малыми толщинами среза.

Цель изобретения - повышение производительности, снижение температуры чистового шлифования и шероховатости обработанной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в абразивном инструменте, содержащем полые сферические частицы из абразивного материала, их осколки и керамическую связку, инструмент содержит указанные компоненты при следующих соотношениях, об. %:
Полые сферические
частицы из абразив-
ного материала - электрокорунда 30 - 40 Осколки полых частиц 15 - 35 Керамическая связка 3 - 15 Поры Остальное
Осколки полых сферических частиц образуют дополнительные режущие кромки, геометрия которых благоприятна не только для резания, но и для легкого проникновения их в обрабатываемый материал, и они как бы предварительно прорезают последний. Вскрытые полые сферические частицы, во-первых, обеспечивают необходимую пористость рабочей поверхности инструмента, а, во-вторых, своими длинными режущими кромками защищают обработанную поверхность, снижая ее шероховатость. Отсутствие целых абразивных зерен, которые по мере работы круга затупляются с образованием площадок, не приводит к росту температуры шлифования. В результате таким инструментом легко обеспечивается быстрый съем чистового припуска и достигается высокий класс чистоты обработанной поверхности при низкой температуре шлифования.

Положительный эффект проявляется, если соблюдены указанные соотношения компонентов. Так, если объемная доля полых сферических частиц составляет менее 30%, а доля осколков выше 40%, то наблюдается засаливание рабочей поверхности отходами шлифования, что ведет к увеличению температуры в зоне шлифования и появлению прижогов на обработанной поверхности. Введение же полых сферических частиц свыше 40% объема приводит к недопустимому изменению соотношения зачистных и абразивных осколками прорезных режущих кромок. Внедрение такого инструмента в обрабатываемый материал затрудняется, возрастает сила трения, увеличивается температура шлифования, производительность шлифования падает. Этот же эффект вызывается и снижением доли осколков менее 18% объема. Объемная доля керамической связки ограничена, исходя из необходимости обеспечить достаточную прочность закрепления полых сферических частиц и их осколков на рабочей поверхности инструмента.

Способ изготовления инструмента заключается в том, что абразивную смесь для изготовления инструмента берут в виде композиции, содержащей полые сферические частицы из абразивного материала - электрокоpунда, керамическую связку и временное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: Полые сферические час- тицы из абразивного материала 100 Керамическая связка 5 - 55 Временное связующее 4 - 7 Затем осуществляют дозирование указанной смеси по массе, укладывают ее в пресс-форму, сушат и обжигают.

Положительный эффект заключается в следующем.

Полые сферические частицы из электрокорунда имеют гладкую поверхность и представляют собой легко подвижную сыпучую массу, что позволяет достаточно быстро получить однородную смесь с частицами керамической связки. В результате время приготовления абразивной массы значительно сокращается. Полученная масса обладает повышенной текучестью, что облегчает процесс ее дозирования и формования.

При дозировании данной смеси вес порции, предназначенной для дозирования одной заготовки, равен весу готового изделия с учетом выгорания. В этом случае объем насыпки в 3 - 5 раз превысит объем заготовки после прессования, т.е. насыпка будет иметь избыточное количество полых частиц по сравнению с требуемым в готовом инструменте. В результате прессования в размер заготовки это избыточное количество полых частиц разрушится, образуя нужное количество осколков в заготовке, а значит и в готовом инструменте. Поскольку распределение лишних полых частиц равномерно, то и их осколки распределятся равномерно по объему заготовки.

Положительный эффект достигается полностью, если выдержаны указанные соотношения абразивной массы, а дозирование осуществляется по массе. Пределы изменения соотношения весовых частей полых сферических частиц и керамической связки выбраны из условия обеспечения требуемых соотношений полых сферических частиц, их осколков и связки в готовом инструменте.

Были изготовлены и испытаны абразивные круги IA 250х20х76 на керамической связке КII. Составы опытных кругов и результаты их испытаний при плоском шлифовании Р6М5 без охлаждения приведены в табл. 1. Режимы шлифования были следующие: скорость круга - 30 м/с; глубина шлифования - 1 - 5 мкм; подача продольная - 8 м/мин, подача поперечная - 1 мм/ход. Число проходов - 50.

Из приведенных примеров видно, что наилучшими показателями работоспособности обладают все круги, соотношение компонентов которых находится в пределах, % объема: полые сферические частицы 30 - 40; осколки полых сферических частиц 15 - 35; керамическая связка 3 - 15; поры - остальное.

В табл. 2 показаны результаты испытания способа изготовления кругов формы IA 100х20х20.

Анализ таблицы показывает, что в полной мере обеспечивается требуемое соотношение компонентов в готовом круге, если компоненты смеси взяты в пределах, мас. ч.: полые сферические частицы 100; керамическая связка 5 - 55 (примеры 1 - 3). По сравнению с примером 4 время смешивания компонентов при приготовлении абразивной смеси уменьшается в пять раз. Однородность круга (в качестве косвенной оценки принято колебание значения твердости по поверхности круга), изготовленного по предлагаемому способу, выше. Так, колебания твердости экспериментальных кругов находится в пределах 1-й степени. У кругов же, изготовленных известным способом, твердость колеблется в пределах двух степеней, несмотря на более длительное смешивание.

Использование: для изготовления абразивного инструмента. Сущность изобретения: инструмент включает полые сферические частицы из электрокорунда, их осколки и керамическую связку. В процессе изготовления инструмента берут абразивную массу, содержащую на 100 мас.ч. полых сферических частиц, 12 - 15 мас. ч. керамической связки и 4 - 7 мас.ч. временных связующих (жидкое стекло, декстрин). Дозирование осуществляют по массе. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

1. Абразивный инструмент с пористой структурой, выполненный в виде соединенных керамической связкой полых сферических частиц из абразивного материала и их осколков, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, снижения температуры шлифования и шероховатости обработанной поверхности, инструмент содержит указанные компоненты в следующем соотношении, об.%:
Полые сферические частицы из абразивного материала 30 - 40
Осколки полых сферических частиц из абразивного материала 15 - 35
Керамическая связка 3 - 15
Поры Остальное
2. Способ изготовления абразивного инструмента, включающий дозирование абразивной смеси, ее укладку в пресс-форму, прессование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности структуры и снижения трудоемкости его изготовления путем сокращения времени приготовления абразивной смеси, последнюю берут в виде композиции, содержащей полые сферические частицы из абразивного материала, керамическую связку и временное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полые сферические частицы из абразивного материала 100
Керамическая связка 5 - 55
Временное связующее 4 - 7
и при этом дозирование осуществляют по массе.