СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК B24D18/00 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, преимущественно для финишной обработки труднообрабатываемых материалов.

Известен способ изготовления абразивных изделий для финишной обработки, при котором приготавляют шихту из порошков электрокорунда различных фракций с введением порообразователя и производят формообразование из шихты изделий взрывной ударной волной с последующей термообработкой (см авт.св. 673446, кл. B 24 D 17/00, 1977).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является невозможность получения абразивных инструментов для комплексной обработки материалов.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления абразивных изделий, при котором при формообразовании заготовки на порошок электрокорунда оказывается статическое нагружение до плотности 0,6 0,7 от плотности готового изделия и динамическое нагружение ударной волной мощностью 0,75 - 1,00 МВт/г веса порошка с последующей термообработкой при 1850^oC в течение 2 -4 ч, при этом воздействие ударной волны повторяют 5 7 раз [1]
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является неполное использование энергии ударной волны. При динамическом прессовании абразивных изделий происходит уменьшение энергии фронта ударной волны. При этом уровень дробления зерен начинает постепенно снижаться, начиная с некоторой пороговой высоты засыпки абразивной массы. Исследования показали, что величина зернистости начинает меняться на 8 10% на расстоянии 0,6 0,9 мм от нижнего торца. Для практики финишной обработки это неважно, так как абразивный инструмент приклеивается нижней частью на стальной корпус (колодку) и заранее является дефектным, не используемым для обработки деталей. Этим способом в пресс-форме можно получить абразивный инструмент только одной зернистости, что не дает возможности получить одновременно комплект инструментов с различными технологическими свойствами для предварительной и окончательной финишной обработки.

Задачей изобретения является получение абразивных изделий с расширенными технологическими характеристиками.

Технический результат изобретения повышение производительности изготовления инструмента и расширение его технологических возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления абразивных изделий преимущественно для финишной обработки, приготавливают шихту из керамических порошковых материалов и производят формообразование из шихты изделий статическим и динамическим нагружением ударной волной с последующей термической обработкой, причем формообразование осуществляют путем засыпки шихты в матричную полость последовательно в две стадии. На первой стадии засыпают шихту в количестве 35 40% от массы шихты в нижнюю часть пресс-формы, устанавливают разделительный пуансон, состоящий из трех пластин, каждая толщиной 1,5 2,5 мм, а на второй стадии в верхнюю часть пресс-формы засыпают шихту в количестве 60 65% термообработку нижней прессовки проводят при 1870 1880^oC.

Формообразование из шихты абразивных изделий на этапе засыпки в две стадии с установкой разделительного пуансона позволяет получить комплект абразивных изделий для последовательных этапов финишной обработки. Учитывая эффект потери энергии ударной волны и увеличения размеров получаемых зерен, можно получить за один цикл динамического прессования два вида абразивного инструмента с различными технологическими свойствами различной зернистостью, отвечающей условиям предварительной и окончательной обработки поверхностей деталей. Для этого необходимо обеспечить некоторое пороговое снижение энергии ударной волны так, чтобы при прохождении через абразивную массу вниз матричной полости получалось такое увеличение зернистости формируемого изделия, которое отвечало бы условиям предварительной финишной обработки. Это достигается размещением между засыпаемыми один над другим объемами абразивной массы разделительного пуансона, состоящего из трех металлических пластин одинаковой толщины. Наличие трех пластин с двумя стыками позволяет произвести пороговое снижение энергии ударной волны и обеспечить получение зернистости нижнего абразивного изделия, отвечающего требованиям предварительной финишной обработки. Так как нижняя часть абразивной шихты подвергается меньшему энергетическому воздействию, ее объем будет спрессовываться в меньшей степени, чем объем верхней абразивной массы. Поэтому объем засыпки в нижнюю и верхнюю полости должен быть различным, чтобы получить в итоге инструмент одной высоты, отвечающий стандартным типоразмерам. Экспериментальными исследованиями показано, что соотношение этих объемов должно быть 35 40% для нижнего изделия и 60 65% для верхнего. Кроме того, объем сформированного абразивного изделия в нижней части матрицы получает дополнительную энергию для формирования заданных прочностных свойств за счет увеличения температуры спекания до 1880^oC.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Испытания комплекта абразивных изделий, полученного предлагаемым способом, проводят при обработке методом хонингования стали ХВГ, термообработанной до HRC 55. Нижние бруски использовались для предварительной обработки, верхние бруски использовались для окончательной обработки. Режимы обработки для предварительного хонингования: окружная скорость 18 м/мин; скорость возвратно-поступательного перемещения 7 м/мин; удельное давление прижима 0,8 МПа. Режимы обработки для окончательного хонингования: окружная скорость 27 м/мин; скорость возвратно-поступательного перемещения 5 м/мин; удельное давление прижима 0,4 МПа.

Для обеспечения высокой эффективности финишной обработки требуется шероховатость после предварительного хонингования Ra 0,63-1,25 мкм; шероховатость после окончательного хонингования Ra 0,32-0,08 мкм. Чтобы получить требуемую шероховатость обработанной поверхности, необходимая зернистость инструмента для предварительной обработки 63-80 мкм, зернистость для окончательной обработки 20 40 мкм (см. Прогрессивные методы хонингования/ С.И. Куликов, Ф.Ф.Романчук, С.В.Ковалевский. М. Машиностроение, 1983. 135 с.).

Изобретение поясняется фиг.1 и 2.

Для засыпки шихты используют пресс-форму, состоящую из матрицы 1, верхнего пуансона 2, разделительного пуансона 3, нижнего пуансона 4, кольца 5. Матричная полость пресс-формы разделена на верхнюю 6 и нижнюю 7 полости энергопоглощающим пуансоном 3, состоящим из трех пластин.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия приготавливают шихту из порошка электрокорунда одной зернистости, например 250 мкм (от 250 до 315 мкм по ГОСТ 3647-80). Засыпают приготовленную шихту в пресс-форму последовательно в две стадии на первой стадии засыпают 40% от общей массы в верхнюю часть пресс-формы; устанавливают энергопоглощающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из трех пластин высотой по 1,5 мм; на второй стадии засыпают 60% от общей массы шихты в нижнюю часть пресс-формы. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,85 МВт/г веса верхней прессовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют различную зернистость: зернистость верхней прессовки 18 35 мкм; зернистость нижней прессовки 63 72 мкм. Верхняя и нижняя прессовки имеют одинаковую высоту. Затем прессовки извлекаются из пресс-формы и подаются в печь для термообработки. Термическая обработка верхней прессовки проводится при 1850^oC в течение 3 ч; термическая обработка нижней прессовки проводится при 1870^oC в течение 3 ч. Полученные абразивные изделия имеют предел прочности на сжатие: нижняя прессовка 56 МПа, верхняя прессовка 58 МПа. При испытаниях методом хонингования полученного комплекта абразивных инструментов достигается производительность обработки 1200 мм³/м и чистота поверхности после предварительного хонингования Ra 0,63 мкм, после окончательного хонингования Ra 0,08 мкм.

Пример 2. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму последовательно в две стадии: на первой стадии засыпают 48% от общей массы; устанавливают энергопоглощающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из трех пластин высотой по 2 мм; на второй стадии засыпают 62% от общей массы шихты. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощности 0,85 МВт/г веса верхней прессовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют различную зернистость: зернистость верхней прессовки 18 35 мкм, зернистость нижней прессовки 68 79 мкм. Верхняя и нижняя прессовки имеют одинаковую высоту. Затем прессовки извлекаются из пресс-формы и подаются в печь для термообработки. Термическая обработка верхней прессовки проводится при 1850^oC в течение 3 ч; термическая обработка нижней прессовки проводится при 1875^oC в течение 3 ч. Полученные абразивные изделия имеют предел прочности на сжатие: нижняя прессовка 57 МПа, верхняя прессовка 58 МПа. При испытаниях методом хонингования полученного комплекта абразивных инструментов достигается производительность предварительной обработки 1250 мм³/мин, и чистота поверхности после предварительного хонингования Ra 0,8 мкм, после окончательного хонингования Ra 0,16 мкм.

Пример 3. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму последовательно в две стадии: на первой стадии засыпают 35% от общей массы; устанавливают энергопоглощающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из трех пластин высотой по 2,5 мм; на второй стадии засыпают 65% от общей массы шихты. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,85 МВт/г веса верхней заготовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют различную зернистость: верхней прессовки 18 35 мкм; нижней прессовки 75-80 мкм. Верхняя и нижняя прессовки имеют одну высоту. Затем прессовки извлекаются из пресс-формы и подаются в печь для термообработки. Термическая обработка верхней прессовки проводится при 1850^oC в течение 3 ч; термическая обработка нижней прессовки проводится при 1880^oC в течение 3 ч. Полученные абразивные изделия имеют предел прочности на сжатие: нижняя прессовка 58 МПа, верхняя 58 МПа. При испытаниях методом хонингования полученного комплекта абразивных инструментов достигается производительность предварительной обработки 1300 мм³/мин, и чистота поверхности после предварительного хонингования Ra 1,25 мкм, после окончательного хонингования Ra 0,32 мкм.

Пример 4. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму последовательно в две стадии: на первой стадии засыпают 50% от общей массы; устанавливают энергопоглощающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из трех пластин высотой 4 мм; на второй стадии засыпают 50% от общей массы шихты. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,85 МВт/г веса верхней прессовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют зернистость: верхней прессовки 18 35 мкм, нижней 146 168 мкм. Высота верхней прессовки меньше высоты нижней прессовки. Нижняя прессовка получается рыхлой, с большим количеством поверхностных и объемных дефектов. Дальнейшую обработку нижней прессовки проводить нецелесообразно. После термической обработки верхней прессовки описанный способ дает только один годный к эксплуатации инструмент.

Пример 5. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму последовательно в две стадии: на первой стадии засыпают 75% от общей массы, устанавливают энергопоглощающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из одной пластины высотой 3 мм; на второй стадии засыпают 25% от общей массы шихты. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощностью 0,85 МВт/г веса верхней прессовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют зернистость: верхней прессовки 18 35 мкм; нижней 25 39 мкм. Высота верхней прессовки больше высоты нижней прессовки. Затем прессовки извлекаются из пресс-формы и подаются в печь для термообработки. Термическая обработка верхней и нижней прессовки проводится при 1850^oC в течение 3 ч. Полученные абразивные изделия имеют предел прочности на сжатие: нижняя прессовка 48 МПа; верхняя прессовка 58 МПа. Так как полученные абразивные изделия имеют сходные механические свойства, и оба инструмента могут использоваться только для окончательной обработки, то полученный комплект инструментов не отвечает технологическим требованиям и его использование для обработки не целесообразно.

Пример 6. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму последовательно в две стадии: на первой стадии засыпают 70% от общей массы; устанавливают энергопоглащающий пуансон из стали 35ХГСА, состоящий из двух пластин высотой 2 мм; на второй стадии засыпают 30% от общей массы шихты. Проводят статическое прессование в течение 40 с. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,85 МВт/г веса верхней прессовки. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Полученные прессовки имеют различную зернистость: верхней прессовки 18 35 мкм; нижней 38 60 мкм. Высота верхней прессовки больше высоты нижней прессовки. Затем прессовки извлекаются из пресс-формы и подаются в печь для термообработки. Термическая обработка верхней прессовки проводится при 1850^oC в течение 3 ч; термическая обработка нижней при 1890^oC в течение 3 ч. Полученные абразивные изделия имеют предел прочности на сжатие: нижняя прессовка 61 МПа; верхняя 58 МПа. Полученное нижнее абразивное изделие для использования в обработке непригодно, так как при термообработке происходит его частичное расплавление и на поверхности не остается режущих зерен.

Аналогично проводят эксперименты по изготовлению абразивных изделий с различными количеством и высотой энергопоглощающих пластин, количеством порошка, засыпаемого в верхнюю и нижнюю части пресс-формы и температурой термообработки.

В табл. 1 приведены результаты экспериментов по определению оптимальной высоты и количества энергопоглощающих пластин. Как следует из табл.1, оптимальное количество три пластины, а высота пластин в пределах 1,5 2,5 мм. При высоте пластин более 2,5 мм и количестве пластин более трех, нижняя прессовка получается рыхлой с большим количеством дефектов из-за большого поглощения пуансоном энергии фронта ударной волны. При высоте пластин менее 1,5 мм и количестве пластин менее трех верхняя и нижняя прессовки имеют сходные свойства и использовать полученный комплект для предварительной и окончательной обработки не целесообразно.

В табл.2 приведены результаты экспериментов по определению оптимального количества шихты, засыпаемой в верхнюю и нижнюю части пресс-формы. Как следует из табл. 2, оптимальное количество порошка, засыпаемого в нижнюю часть пресс-формы, составляет 35 40% а количество порошка, засыпаемого в верхнюю часть пресс-формы 60 -65% от общей массы шихты. При засыпке шихты в нижнюю часть пресс-формы более 40% от общей массы и в верхнюю часть пресс-формы менее 60% от общей массы высота верхнего изделия меньше высоты нижнего изделия; при засыпке шихты в нижнюю часть пресс-формы менее 35% от общей массы шихты и более 65% от общей массы шихты в верхнюю часть пресс-формы высота верхнего изделия больше высоты нижнего изделия.

В табл. 3 приведены результаты экспериментов по определению оптимальной температуры спекания нижней прессовки. Как следует из табл.3, с повышением температуры спекания повышается прочность абразивного изделия, оптимальная температура спекания нижней прессовки 1870-1880^oC. При температуре спекания менее 1870^oC нижнее изделие имеет недостаточную прочность; при температуре спекания более 1880^oC изделие подплавляется и непригодно для использования.

Предлагаемый способ позволяет получить комплект абразивных инструментов для последовательных этапов предварительной и окончательной финишной обработки и увеличить производительность изготовления инструмента за счет более полного использования энергии фронта ударной волны.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
изобретение предназначено для использования в промышленности, а именно для изготовления абразивного инструмента, применяющегося при обработке деталей на финишных операциях: хонингование, суперфиниширование, тонкое шлифование;
для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных средств;
изобретение позволяет обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, преимущественно для финишной обработки труднообрабатываемых материалов. Технический результат изобретения- повышение производительности изготовления инструмента и расширение его технологических возможностей. Для этого в предлагаемом способе приготавливают шихту из керамических порошковых материалов и производят формообразование из шихты изделий статическим и динамическим нагружением ударной волной с последующей термической обработкой, причем формообразование осуществляется путем засыпки порошка в матричную полость последовательно в две стадии. На первой стадии засыпают порошок в количестве 35 - 40% от массы порошка в нижнюю часть пресс-формы, устанавливают разделительный пуансон, состоящий из трех пластин, каждая толщиной 1,5 - 2,5 мм, а на второй стадии в верхнюю часть пресс-формы засыпают шихту в количестве 60 - 65%; термообработку нижней прессовки проводят при 1870 - 1880^oC. 2 ил., 3 табл.

Способ изготовления абразивных изделий, преимущественно для финишной обработки, при котором готовят шихту из керамических порошковых материалов, засыпают ее в пресс-форму и формообразуют изделие с последовательным воздействием статического и динамического нагружения ударной волной, после чего прессовку термообрабатывают, отличающийся тем, что процесс засыпки шихты в пресс-форму осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии засыпают 35 40% шихты в нижнюю часть пресс-формы, а перед второй стадией берут разделительный пуансон в виде установленных друг на друга трех пластин, каждая толщиной 1,5 2,5 мм, размещают пуансон на засыпанной шихте, после чего засыпают оставшуюся шихту, причем нижнюю прессовку термообрабатывают при 1870 1880^oС, а верхнюю при 1850^oС.