ОТРЕЗНОЙ КРУГ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B24D5/12 B28D1/04 B24D18/00 B23K26/00 B23K26/12 

Изобретение относится к изготовлению режущего инструмента, в частности к отрезным кругам и может быть использовано при разрезке стекло-углепластиков, например, при изготовлении рефлекторов, антенн и т.д.

Известен отрезной круг (авт. св. СССР N 265789, кл. В 28 D 1/04, 1968), содержащий корпус с радиальными пазами по его периферии и выступами, на которых смонтированы алмазоносные элементы.

Недостатками известного устройства являются низкая прочность закрепления алмазов на выступах круга, отсутствие оптимального сочетания износа алмазных зерен и металлической связки, низкая жесткость выступов-зубьев, что снижает в целом прочность и стойкость инструмента.

Известен отрезной круг, содержащий корпус с радиальными пазами по его периферии и выступами, на которых смонтированы алмазоносные элементы, боковая поверхность алмазоносных элементов со стороны врезания в обрабатываемый материал выполнена с углом наклона от торцовой до их периферийной поверхности в пределах 40-70^o, при этом наклоненная и периферийная поверхность сопряжены по криволинейной поверхности (авт. св. СССР N 1135675, кл. В 28 D 1/12). Этот отрезной круг обладает несколько большей износостойкостью, за счет возможности постепенного врезания режущего зуба в обрабатываемый материал. Кроме того, его использование исключает сколы, снижает нагрузку на инструмент в момент его врезания в материал. Однако, также как и отрезной круг-налог, этот инструмент имеет низкую прочность из-за выкрашивания алмазных зерен из более мягкого материала связки, недостаточна износостойкость круга.

В основу изобретения положена техническая задача создать отрезной круг, который обладал бы повышенной прочностью и износостойкостью за счет упрощения режущих зубьев круга.

Это достигается тем, что в отрезном круге, содержащем металлический корпус с радиальными пазами по его периферии и режущими зубьями, на боковых поверхностях этих зубьев выполнены канавки, взаимно пересекающиеся в кольцевом и радиальном направлениях, при этом канавки на одной стороне зуба выполнены со смещением относительно канавок на другой стороне режущего зуба, а вся боковая поверхность режущих зубьев покрыта износостойким наплавленным материалом. При этом корпус отрезного круга может быть выполнен из титанового сплава, а канавки могут быть выполнены на глубину не более 0,5 высоты круга.

Выполнение канавок на боковой поверхности режущих зубьев позволяет упрочнить корпус отрезного круга за счет получения оксидов металлов (полученных в результат действия лазера), способствующих прохождению химической реакции между материалом корпуса круга и наплавляемым материалом.

Выполнение канавок взаимно пересекающимися в радиальном и кольцевом направлениях позволяет образовать сетку жесткости, которая совместно с направленной поверхностью микровыступов, образующихся в результате воздействия лазера, обеспечивает повышение устойчивости отрезного круга к воздействию нагрузок в кольцевом радиальном направлениях, что повышает в целом износостойкость круга.

Выполнение канавок на глубину не более 0,5 высоты отрезного круга со смещением относительно канавок на другой стороне режущего зуба позволяет исключить прорезание корпуса круга и его ослабление, что вполне возможно при увеличении глубины канавки.

Покрытие боковой поверхности режущего зуба, на которой выполнены канавки, наплавленным износостойким материалом, позволяет упрочнить режущие зубья инструмента.

Выполнение корпуса отрезного круга из титанового сплава способствует проведение химической реакции между материалом отрезного круга (за счет получения оксидов титана при обработке боковых поверхностей режущих зубьев) и износостойким материалом, в момент его плавления и упрочнению сцепления между наплавляемым материалом и материалом отрезного круга.

Таким образом, за счет выполнения на боковых поверхностях режущих зубьев канавок и покрытия их износостойким наплавленным материалом, происходит упрочнение режущих зубьев, в результате чего повышается прочность отрезного круга и его износостойкость.

Известен способ изготовления инструмента на металлической связке методом порошковой металлургии. Для прочного закрепления алмазов в связке и придания инструменту точных размеров на последней стадии процесса производят уплотнение рабочего слоя в нагретом состоянии в прессформах из жаропрочного сплава. (патент Франции N 1555326, кл. В 24 D 5/00).

Недостатком известного способа является большая трудоемкость изготовления изделия и высокая стоимость оснастки. Кроме того, прочное закрепление режущих зерен при изготовлении инструмента по известному способу обеспечивается только при беспористой структуре рабочего слоя, вследствие чего инструмент имеет низкую режущую способность. При изготовлении инструмента с пористой структурой рабочего слоя известными методами порошковой металлургии, прочность закрепления зерен невелика, что ведет к ускоренному износу.

Известен другой способ изготовления отрезного круга, принятый нами в качестве прототипа (авт. св. СССР N 1454676, кл. В 24 D 5/00), включающий формообразование корпуса круга, снабженного выступами с торцевыми наклонными поверхностями и режущими элементами, которые наносят абразивные зерна и закрепляют их гальванической связкой, при этом предварительно до нанесения абразивных зерен на выступах корпуса образуют заборную часть и покрывают всю поверхность слоем гальванической связки, затем на поверхность выступов, свободную от эльборовых зерен, наносят электрокорундовые зерна и вновь покрывают всю поверхность слоем гальванической связки для закрепления всех абразивных зерен.

Этот способ изготовления инструмента позволяет получать отрезные круги с большой прочностью и стойкостью за счет покрытия абразивных зерен слоем гальванической связки, которая способствует лучшему закреплению абразивных зерен.

Однако этот способ изготовления трудоемок и не исключает выкрашивания абразивных зерен в момент врезания отрезного круга в материал, когда на него воздействуют наибольшие нагрузки.

В основу изобретения положена техническая задача создать способ изготовления отрезного круга, который был бы менее трудоемок и исключал бы выкрашивание абразивных зерен за счет упрочнения поверхности режущих зубьев.

Это достигается тем, что в способе изготовления отрезного круга, включающем вырезку корпуса круга и формообразование режущих зубьев путем прорезки пазов по периферийной части корпуса круга, на боковой поверхности режущих зубьев предварительно выполняют взаимно-пересекающиеся в радиальном и кольцевом направлениях канавки сначала с одной боковой стороны режущего зуба, а затем с другой, смещая их относительно уже выполненных на другой стороне режущего зуба канавок, при этом вырезку корпуса круга, формообразование режущих зубьев и выполнение канавок производят лазером в атмосфере воздуха, затем на боковую поверхность режущего зуба наносят порошкообразный износостойкий материал, заполняя канавки на всю их глубину, и оплавляют лазерным лучом в атмосфере инертного газа. При этом величина смещения канавок на противоположных боковых сторонах режущих зубьев может составлять не менее 0,3 расстояния между центральными линиями соседних канавок, а в качестве наплавляемого материала может быть использован порошкообразный карбид бора. Выполнение лазером на боковых поверхностях режущих зубьев канавок, взаимно-пересекающихся в радиальном и кольцевом направлениях, позволяет упрочнить поверхность режущего зуба за счет получения оксидов металла, которые способствуют проведению химической восстановительной реакции в момент оплавления износостойкого материала с получением более прочной структуры поверхности режущего зуба, позволяет получать адгезионное соединение высокого качества при одновременном увеличении площади наплавки за счет боковых поверхностей канавок.

Вырезка корпуса отрезного круга и формообразование режущих зубьев лазером позволяет повысить твердость торцовой поверхности отрезного круга и подготовить поверхность режущих зубьев к наплавке.

Наплавка износостойкого материала лазером в инертной среде на боковую поверхность режущих зубьев обеспечивают получение более стойкой структуры поверхности зуба в результате восстановительной реакции, происходящей между материалом корпуса круга и наплавляемым материалом.

Использование в качестве наплавляемого материала порошкообразного карбида бора обеспечивает прочное сцепление материала корпуса круга с оплавляемым материалом, образуя единую структуру, исключающую сколы и вырывы режущих зубьев отрезного круга во время его работы.

Выполнение канавок со смещением относительно друг друга на величину не менее 0,3 расстояния между центральными линиями соседних канавок позволяют исключить ослабление инструмента за счет исключения прорезания и утонения отрезного круга по высоте, исключает ослабление режущих зубьев отрезного круга.

Таким образом конструкция и способ изготовления инструмента, при котором происходит упрочнение режущих зубьев за счет получения поверхности единой твердой структуры высокого качества, позволяет увеличить прочность и износостойкость инструмента, ускорить процесс резки и его качество.

На фиг.1 изображен общий вид отрезного круга; на фиг.2 вид режущих зубьев перед наплавкой; на фиг.3 вид режущих зубьев в разрезе А-А на фиг.2; на фиг.4 вид режущих зубьев после наплавки; на фиг.5 вид В-В на фиг.4.

Отрезной круг содержит металлический корпус 1. По периферийной части корпуса 1 лазером выполнены пазы 2, образующие режущие зубья 3. На боковые поверхности 4 режущих зубьев 3 наплавлен износостойкий абразивный материал 5. На боковых поверхностях 4 режущих зубьев 3 выполнены кольцевые канавки 6 и радиальные канавки 7, которые, пересекаясь между собой, образуют микровыступы 8. Канавки 6 и радиальные канавки 7, выполненные на боковой стороне 4 режущего зуба 3, смещены относительно канавок 6 и 7, выполненных на противоположной боковой стороне режущего зуба на расстоянии не менее 0,3 расстояние между центральными линиями соседних канавок. Это позволяет исключить прорезание корпуса 1 отрезного круга. Кольцевые 6 и радиальные 7 канавки, пересекаясь между собой, после наплавки образуют сетку жесткости, которая совместно с микровыступами 8 способствует повышению устойчивости отрезного круга к воздействию нагрузок в кольцевом и радиальном направлениях при работе круга. Кроме того, канавки 6 и 7 на всю глубину заполнены наплавленными износостойким материалом, что способствует упрочнению режущих зубьев и прочности и износостойкости инструмента в целом.

Изготавливают отрезной круг следующим образом.

Из металлической заготовки, в частности выполненной из титанового сплава, лазером вырезают с диаметром Д корпус 1 отрезного круга. Для установки корпуса 1 на столе лазерной установки вырезают посадочное отверстие с диаметром Л. Затем по периферийной части корпуса 1 на расстоянии, равном высоте режущего зуба 3, выполняют кольцевые канавки 6 в кольцевом направлении и радиальные 7 в радиальном направлении сначала на одной боковой стороне отрезного круга, а затем со смещением относительно уже выполненных канавок выполняют кольцевые 6 и радиальные 7 канавки на противоположной стороне отрезного круга. При этом ширину канавки выполняют не более 0,9 диаметра пятна нагрева и глубиной не более 0,5 высоты круга. Вырезка корпуса 1 отрезного круга и выполнение кольцевых 6 и радиальных 7 канавок производят лазерным излучением в атмосфере воздуха или кислорода, что позволяет получить на их поверхности и в зоне термического влияния поверхности образующихся микровыступов 8 насыщенный оксидами титана слоя 9. Затем по программе лазером вырезают пазы 2, образуя при этом режущие зубья 3. На боковые поверхности 4 режущих зубьев 3 наносят заданной толщины слой порошкообразного износостойкого материала, в частности порошкообразного карбида бора B_чC и производят оплавление сфокусированным лазерным лучом в защитной среде аргона или другого инертного газа. В результате оплавления на боковой поверхности 4 режущих зубьев 3 получаем наплавленный адгезионный слой 5, который представляет собой продукт восстановительной химической реакции оксидов титана с карбидом бора. При этом за счет химической реакции создается надежное сцепление наплавленного материала с материалом корпуса и боковая поверхность режущего зуба 3 приобретает единую структуру, содержащую карбиды и бориды титана.

Таким образом, между наплавленным материалом и материалом корпуса отрезного круга существует пероксидная зона 9, величина которой определяется толщиной полученного в результате окисления оксидного слоя титанового сплава, в результате химических реакций в процессе оплавления создается надежное адгезионное сцепление, при этом линия сцепления образуется, охватывая весь объем наплавленного материала, что исключает образование трещин на поверхности режущих зубьев, следовательно повышается качество изготовления инструмента.

В результате такого способа изготовления получаем инструмент высокой прочности и износостойкости. Предложенным способом был изготовлен отрезной круг из титанового сплава ОТ-4, диаметром 220 мм, высотой Н 1,0 мм, глубина канавки 0,4 мм, расстояние между осями канавок 2 мм.

Круг был опробован при разрезке сотовых панелей из стеклопластика S 36 мм, соты которых были предварительно заполнены клеящим составом (ПКС) на основе эпоксидной смолы, в качестве наполнителя использованы стеклянные микросферы.

Сравнительный анализ резки панелей отрезным кругом, изготовленным предлагаемым способом, и известным алмазным отрезным кругом показал, что стойкость предлагаемого отрезного круга в 1,1 1,2 раза выше алмазного. При этом исключается засаливание боковых поверхностей круга, в результате повышается скорость резки при работе таким инструментом в 1,2 1,5 раза.

Использование: при разрезке стекло-углепластиков, например, при изготовлении рефлекторов, антенн и т.д. Сущность изобретения: отрезной круг содержит металлический корпус 1, по периферийной части которого выполнены пазы 2, образующие режущие зубья 3. На боковые поверхности 4 режущих зубьев 3 наплавлен износостойкий материал 5. На боковых поверхностях 4 режущих зубьев 3 выполнены кольцевые канавки 6 и радиальные канавки 7, которые, пересекаясь между собой, образуют микровыступы 8. Кольцевые канавки 6 и радиальные канавки 7, выполненные на боковой стороне зуба, смещены относительно канавок 6 и 7, выполненных на другой стороне зуба на расстоянии не менее 0,3 расстояния между осевыми линиями соседних канавок. Изготавливают отрезной круг следующим образом. Из металлической заготовки лазером вырезают корпус 1 круга нужного диаметра. Вырезают в нем посадочное отверстие. Затем на периферийной части корпуса 1 на расстоянии, равном высоте режущего зуба 3 выполняют кольцевые канавки 6 и радиальные канавки 7 сначала на одной боковой стороне отрезного круга, а затем на другой, смещая их относительно канавок 6 и 7, выполненных на противоположной стороне круга. Затем по программе лазером вырезают пазы 2, образуя режущие зубья 3. На боковые поверхности 4 режущих зубьев 3 наносят заданной толщины слой порошкообразного износостойкого материала и производят оплавление сфокусированного лазерным лучом в защитной среде аргона или другого инертного газа. В результате оплавления на боковой поверхности 4 режущих зубьев 3 получены наплавленный адгезионный слой 5, который представляет собой продукт восстановительной химической реакции оксидов металла наплавленным материалом. Положительный эффект: повышение прочности и износостойкости инструмента. 2 с и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Отрезной круг, содержащий металлический корпус с радиальными пазами по его периферии и режущими зубьями, отличающийся тем, что на боковых поверхностях режущих зубьев выполнены канавки, взаимно пересекающиеся в кольцевом и радиальном направлениях, при этом канавки на одной стороне режущего зуба выполнены со смещением относительно канавок на другой стороне режущего зуба, а вся боковая поверхность режущих зубьев покрыта износостойким наплавленным материалом. 2. Круг по п. 1, отличающийся тем, что корпус его выполнен из титанового сплава. 3. Круг по п. 1, отличающийся тем, что канавки выполнены на глубину не более 0,5 высоты круга. 4. Способ изготовления отрезного круга, включающий вырезку корпуса круга и формообразование режущих зубьев путем прорезки пазов по периферийной части корпуса круга, отличающийся тем, что на боковой поверхности режущих зубьев предварительно выполняют взаимно пересекающиеся в радиальном и кольцевом направлениях канавки сначала с одной боковой стороны режущего зуба, а затем с другой, смещая их относительно уже выполненных канавок на другой стороне режущего зуба, при этом вырезку корпуса круга, формообразование режущих зубьев и выполнение канавок производят лазером в атмосфере воздуха, затем на боковую поверхность режущего зуба наносят порошкообразный износостойкий материал, заполняя канавки на всю их глубину, и оплавляют лазерным лучом в атмосфере инертного газа. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что величина смещения канавок на противоположных боковых сторонах режущего зуба составляет не менее 0,3 расстояния между осевыми линиями соседних канавок. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве износостойкого материала берут порошкообразный карбид бора.