АБРАЗИВНЫЙ КРУГ Российский патент 1996 года по МПК B24D5/00 B24D5/12 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, в частности абразивных отрезных кругов, и может быть использовано для резки различных неметаллических материалов, камней средней твердости типа кальцита, гипса, флюорита, а также материалов, обладающих низкой теплопроводностью (70^оС) типа пенопласта.

Известен абразивный инструмент, выполненный в виде фланца, несущего корпус круга с абразивными элементами, выполненного в виде радиально вплотную установленных и соединенных между собой стержней.

Недостатком этой конструкции инструмента является то, что стержни, соединенные между собой электролитическим никелем гальваническим методом, обладают низкой разрывной прочностью, и при вращении режущего инструмента со скоростью свыше 4500-5000 об/мин может произойти разрыв инструмента. Кроме того, имеет место быстрый износ алмазоносных элементов. Ограничение по температуре плавления (250^оС) материала фланца корпуса с целью сохранения физико-механических свойств приводит при использовании режущего инструмента для резки материала, например, стеклопластика большой толщины вследствие контакта фланца с кромками реза разрезаемого материала, к нагреву инструмента. В результате интенсивного трения температура в месте контакта достигает свыше 300^оС. Из-за нагрева снижается жесткость абразивного инструмента, происходит искривление профиля круга и, как следствие, нарушается качество реза прямолинейность, шероховатость поверхности, появляются сколы, задиры и т.д.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются конструкции абразивного круга, содержащие ориентированные абразивные волокна, расположенные между посадочным отверстием круга и его наружной поверхностью, скрепленные связкой, с целью повышения скорости резания за счет увеличения разрывной прочности круга и повышения режущей способности, абразивные волокна расположены по хордам, касательным к окружности диаметром d_n, определяемым по формуле d_n D · sinγ, где D наружный диаметр круга; γ передний угол резания абразивных волокон или абразивного круга, содержащего ориентированные абразивные волокна, расположенные между посадочным отверстием круга и его наружной поверхностью, скрепленные связкой, с целью повышения скорости резания за счет увеличения разрывной прочности круга и повышения режущей способности, абразивные волокна расположены по хордам, касательным к окружности посадочного отверстия, продолжаясь в объеме, начиная с окружности радиусом, равным 0,5-0,7 радиуса круга по логарифмическим спиралям с полюсом на оси вращения круга. Преимуществом подобных отрезных кругов перед отрезным кругом-аналогом является повышение жесткости и износостойкости инструмента за счет сплошности и монолитности корпуса круга оптимальной геометрической ориентации абразивных волокон относительно рабочей поверхности.

Однако, эти отрезные круги имеют ряд недостатков, заключающихся в сложности и высокой трудоемкости изготовления.

Кроме того, применение в конструкции абразивных кругов волокон, например, имеющих твердость по шкале Мотса свыше 9, обладающих высокой хрупкостью и ограниченной возможностью выполнения радиуса гиба менее 50 мм, затрудняет применение намотки при изготовлении таких абразивных кругов, что связано с чувствительностью волокон как хрупкого материала к концентраторам напряжений, появление которых вызвано локальными дефектами структуры в виде крупных кристаллов инородных включений, трещин, пустот, имеющих технологическое происхождение. Конструктивное исполнение известных абразивных кругов не исключает радиальной упругой их деформации, имеет место плавное снижение жесткости инструмента по мере перемещения зоны обработки, при этом с уменьшением жесткости рабочей поверхности инструмента уменьшается толщина срезаемого слоя обрабатываемого материала, что может привести к неустойчивости резания на повышенных скоростях резания.

Предлагаемый отрезной круг обладает повышенной прочностью и размеростабильностью, что при эксплуатации приводит к повышению качества реза и возможности резания на повышенных скоростях.

Это достигается тем, что у абразивного круга с режущими элементами в виде соединенных связующим абразивных нитей, выходящих на периферию круга, абразивные нити выполнены из борного материала, в качестве связки круг содержит металл с теплопроводностью не менее 600^оС, при этом нити размещены слоями, расположенными в параллельных плоскостях и смежные слои развернуты относительно друг друга на угол Φ, определяемый из условия Φ 180^o/n, где n количество слоев нитей в круге, причем абразивные нити выступают на периферию из связки не более, чем на 0,15 мм.

Выполнение абразивного круга с режущими элементами в виде соединенных связующим абразивных нитей, которые выполнены из борного волокна, а в качестве связки содержащего металл с теплопроводностью не менее 600^оС, позволяет повысить жесткость корпуса круга и повысить теплоотвод от инструмента, что положительно сказывается на износостойкости инструмента.

Размещение борных нитей слоями, расположенными в параллельных плоскостях, смежные слои которых развернуты относительно друг друга на угол 180^о/n, где n количество монослоев, позволяет исключить напряжение вдоль корпуса круга, равномерно распределить режущие элементы по окружности корпуса круга и действующие на круг нагрузки, что приводит к устойчивости геометрической формы круга, следовательно повышается размеростабильность и прямолинейность реза.

Образование режущей кромки корпуса круга за счет однонаправленных твердосплавных нитей, выступающих по торцовой поверхности круга на величину не более 0,15 мм, приводит к исключению ломки режущих элементов, позволяя тем самым повысить режущие возможности инструмента, снижается количество шлама, образованного в процессе резки. Все это благоприятно сказывается на условия резки инструмента.

Предлагаемое техническое решение характеризуется следующим: повышение теплоотвода, устойчивость геометрической формы, повышение стойкости, размеростабильности и прямолинейности реза при эксплуатации.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 узел I на фиг.1; на фиг.4-7 схема укладки пакета, состоящего из 4 монослоев.

Отрезной круг выполнен в виде цельного многослойного корпуса 1, состоящего из монослоев, выполненных из однонаправленных твердосплавных нитей 2, например, борных, размещенных в металлической связке 3 с высокой теплопроводностью не менее 600^оС, например, алюминиевой. Монослои борных нитей 2 корпуса 1 развернуты относительно друг друга вокруг своей оси в плоскости укладки на величину угла 180^о/n, где n количество слоев нитей в круге. Разворот монослоев корпуса 1 необходим для равномерного распределения нагрузки по окружности корпуса за счет поочередного включения однонаправленных борных нитей 2, являющихся режущими элементами отрезного круга, в процессе резки, повышая при этом жесткость и износостойкость инструмента. Режущая кромка отрезного круга образована за счет однонаправленных твердосплавных нитей 2, выступающих по торцовой поверхности круга на величину не более 0,15 мм. Это позволяет исключить накопление шлама в момент разрезания материала, снизить трение инструмента о кромки разрезаемого материала и уменьшить его нагрев. В процессе резания геометрия круга не меняется за счет его равномерной радиальной жесткости, определяемой физико-механическими свойствами металлической связки и однонаправленных борных нитей, позволяющей использовать их в качестве режущих элементов.

Расположение однонаправленных борных нитей в слоях со смещением относительно предыдущего параллельного слоя позволяет исключить вредные резонансные явления, которые могут возникнуть из-за совпадения вынужденных колебаний отрезного круга от сил резания, обеспечивает прерывистое резание, равномерность съема материала каждым режущим элементом, которым являются выступающие по торцам круга борные нити. За счет различий в физико-механических свойствах металлической связки, например, алюминиевой и борных волокон в процессе резания образуется зазор между обрабатываемой поверхностью и инструментом, обеспечивая свободное размещение шлама, а при больших скоростях вращения круга создается значительная скорость перемещения воздуха, который способствует выносу шлама из зоны резания и самоочищению от него однонаправленных борных нитей, снижая тем самым нагрев инструмента и абразивное воздействие на него. Поэтому при обработке материалов, обладающих небольшой теплостойкостью, например, пенопластов при использовании отрезного круга из Al-В полностью исключается "засаливание" инструмента, рез ровный и прямой.

П р и м е р. Из моноленты алюминий бор (Al-В), выполненной плазменным напылением, вырезают кольца с d_вн. 20 мм, D_нар 60 мм и толщиной δ 0,2 мм.

Из алюминиевой фольги, используемой в качестве связки в процессе прессования, вырубают кольца d_вн 20 мм, D_нар 60 мм. После чего производится сборка из 4 монослоев. На кольцо из Al-B укладывают кольцо из алюминиевой фольги, на которую снова укладывают кольцо из Al-B. При этом направление нитей бора при укладке по отношению к первому монослою смещено на 45^о. Затем снова прокладывают кольца из алюминиевой фольги, на которое укладывают третье кольцо из Al-B, направление нитей бора которого составляет 45^о по отношению к второму кольцу.

На третье кольцо из Al-B снова укладывают кольцо из алюминиевой фольги, на которую укладывают четвертое кольцо из Al-B, угол разворота нитей по отношению к третьему кольцу составляет тоже 45^о. Собранный таким образом пакет помещают в пресс-форму и прессуют под давлением Р 5-7 кгс/мм² и Т 480 ± 20^оС с последующим охлаждением. Полученный отрезной круг испытывался при резке силинита. Скорость резания V 15-20 м/с. Подача составляет 50 м/мин. Глубина реза 10 мм. При данных режимах стойкость круга составила 1 ч, рез ровный и прямой. В то время, как с абразивными волокнами, расположенными по касательной к окружности, имел скобы после 40 мин работы на этих же режимах.

Таким образом, предлагаемая конструкция отрезного круга позволяет производить качественную обработку изделий, сохраняя размеростабильность и прямолинейность реза, а также имеет повышенную износостойкость.

Использование: в машиностроении для резки различных неметаллических материалов, камней средней твердости типа кальцита, гипса, флюарита, а также материалов, обладающих низкой теплостойкостью типа пенопласта. Сущность изобретения: отрезной круг выполнен в виде цельного многослойного корпуса, состоящего из монослоев, выполненных из однонаправленных твердосплавных нитей, например, борных, размещенных в металлической связке с высокой теплопроводностью не менее 600^oС, например, алюминиевой. Монослои однонаправленных нитей корпуса развернуты относительно друг друга вокруг своей оси в плоскости укладки на величину угла 180^o/n, где n - количество монослоев. Режущая кромка отрезного круга образована за счет однонаправленных твердосплавных нитей, выступающих по торцевой поверхности отрезного круга на величину не более 0,15 мм. Положительный эффект: повышенная прочность, износостойкость, размеростабильность и прямолинейность реза при эксплуатации, исключение "заклинивания" и "засаливания" инструмента. 7 ил.

АБРАЗИВНЫЙ КРУГ с режущими элементами в виде соединенных связующих абразивных нитей, выходящих на периферию круга, отличающийся тем, что указанные нити выполнены из борного материала, в качестве связки круг содержит металл с теплопроводностью не менее 600^oС, при этом нити размещены слоями, расположенными в параллельных плоскостях, и смежные слои развернуты относительно друг друга на угол Φ , определяемый из условия Φ = 180/n , где n - количество слоев нити в круге, причем абразивные нити выступают на периферию из связки не более чем на 0,15 мм.