СБОРНЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ Российский патент 1997 года по МПК B24D13/00 B24D17/00 

Предполагаемое изобретение относится к области металлообработки, а именно к процессу отделочной абразивной обработки материалов шлифованием и полированием.

Известны сборные шлифовальные круги для отделочной абразивной обработки материалов, содержащие корпус в виде полого цилиндра, на наружной поверхности которого радиально расположены отдельные прямоугольные пластины из нетканого материала, пропитанные искусственной смолой, содержащей абразивный порошок (см. например, патент ФРГ N 2822733, B 24 D 13/04). Пластины закреплены непосредственно на поверхности корпуса либо в канавках различной формы, выполненных на его поверхности, с помощью клея.

Известный сборный шлифовальный круг имеет следующие существенные недостатки.

1. Большая трудоемкость сборки корпуса с пластинами из-за нетехнологичности закрепления отдельных пластин и необходимости выполнять на корпусе канавки.

2. Низкая жесткость отдельных пластин. Это отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности изделия и стойкости круга.

3. Сравнительно малое число пластин на корпусе, что препятствует повышению производительности шлифования.

4. Круг имеет начальную неуравновешенность, которая при изготовлении его не устраняется. Это отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности и стойкости инструмента.

При значительной неуравновешенности приходится при эксплуатации таких кругов монтировать их на специальных планшайбах и балансировать с помощью сухариков в кольцевой канавке планшайбы.

Известное устройство планшайб с кольцевой канавкой и грузов на ней только одного веса неудобно и трудоемко в эксплуатации и не позволяет выполнять тонкую регулировку при балансировке.

Известен сборный шлифовальный круг, являющийся прототипом предлагаемого решения (см. патент США N 3648417, B 24 B 9/02), использование которого устраняет указанные недостатки, позволяет снизить трудоемкость изготовления круга и повысить качество обработанных поверхностей изделий. Для этого у круга имеются прямоугольные пластины из нетканого материала, пропитанные искусственной смолой, содержащей абразивный порошок, спрессованный предварительно в отдельные блоки. Блоки имеют плоское основание, которым установлены на цилиндрическую поверхность корпуса и приклеены к ней. Это значительно уменьшает трудоемкость изготовления круга, увеличивает плотность набора пластин, повышает качество обработанной поверхности изделия и стойкость круга.

Для устранения неуравновешенного круга на внутренней поверхности корпуса установлены уравновешивающие элементы, выполненные в виде грузов, например, из свинца, приклеенные к поверхности корпуса эпоксидной смолой.

Однако известный сборный шлифовальный круг также имеет существенные недостатки. Плоское основание блоков спрессованных пластин обеспечивает контакт блока не по всей цилиндрической поверхности корпуса, а лишь на части ее, практически по линии образующей. Свободные от контакта места заполнены клеем. Избыточные участки клея уменьшают прочность соединения корпуса с блоком пластин и создают значительную неуравновешенность круга.

Несмотря на высокую плотность сборки пластин, угловой шаг их не превышает 1^o. Например, у шлифовального круга диаметром 300 400 мм, когда общее число пластин достигает 300 400 штук, угловой шаг равен 1^o.

Отделочное шлифование рассматриваемыми кругами производится путем снятия малых величин припуска, обычно до 0,025 мм. В связи с этим при шлифовании угол контакта круга (например, диаметром 300 400 мм) с изделием не превышает также 1^o.

Поскольку угловой шаг пластин практически равен углу контакта, в работе по снятию припуска одновременно участвует не более одной пластины, даже при большой их плотности на круге. Пластина входит в контакт с заготовкой сразу по всей ширине. Это приводит к изменению площади поперечного сечения среза от нуля до максимума и снова до нуля при выходе пластины из контакта с изделием. Такое резкое изменение площади поперечного сечения среза происходит при повороте круга на каждый угловой шаг, вызывает резкое колебание сил резания и моментов, а следовательно, неравномерную периодическую нагрузку на инструмент, станок и заготовку. Это приводит к износу круга, уменьшению срока его службы, к низкому качеству обработанной поверхности и к снижению производительности.

Увеличенная плотность пластин, несущих абразивные зерна, увеличивая режущую способность круга, одновременно повышает тепловую напряженность процесса. При обработке изделий из вязких материалов с низкой теплопроводностью это приводит к появлению прижогов обработанной поверхности и требует уменьшения режима резания, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности.

Обеспечить повышение производительности, качества обработки и работоспособности круга стало возможным, используя предлагаемый сборный шлифовальный круг, содержащий корпус в виде полого цилиндра с опирающимися на его наружную цилиндрическую поверхность и приклеенными к ней блоками, состоящими из спрессованных и пропитанных искусственной смолой, содержащей абразивные зерна, пластин из нетканого материала, на внутренней поверхности которого установлены уравновешивающие элементы, при этом пластины расположены в блоках по винтовым линиям к оси корпуса так, что основания блоков представляют собой винтовую поверхность, с углом подъема винтовой линии ω который выбирают из условия

где B ширина круга (шлифования), мм,
D наружный диаметр круга, мм,
Z общее число пластин в круге,
K целое число (K 10 200),
причем до половины от общего числа пластин содержат абразивных зерен меньше, чем в остальных на 30 50%
Уравновешивающие элементы в предлагаемом круге выполнены в виде закрепленных у торцов корпуса колец с круговой и равномерно расположенными радиальными канавками с закрепленными в круговой канавке с возможностью перемещения грузами большего, а в радиальных канавках грузами меньшего веса.

На фиг. 1 показано устройство предлагаемого сборного шлифовального круга, на фиг. 2 вид круга с торцевой части по стрелке A на фиг. 1, на фиг. 3 -разрез B-B на фиг. 2, на фиг. 4 разрез C-C на фиг. 2, на фиг. 5 показан вид корпуса круга в аксонометрии с приклееным на его наружной цилиндрической поверхности одним блоком из спрессованных пластин.

Сборный шлифовальный круг содержит корпус 1 в виде полого цилиндра. На наружную цилиндрическую поверхность корпуса опираются и приклеены к ней блоки 2. Блоки состоят из спрессованных и пропитанных искусственной смолой, содержащей абразивные зерна, пластин 3 из нетканого материала. Пластины расположены в блоках по винтовым линиям к оси корпуса так, что основания блоков представляют собой винтовые поверхности с углом подъема винтовой линии ω = 2 - 40^°.

Такое основание блоков обеспечивает хорошее прилегание его к цилиндрической поверхности корпуса и равномерное, надежное приклеивание блока.

Расположение пластин по винтовой линии к оси корпуса обеспечивает плавную работу круга. Каждая пластина входит в заготовку постепенно, достигает максимального соприкосновения с ней, а затем также постепенно выходит из контакта. Кроме того, в отличие от известного круга в предлагаемом за счет расположения пластин по винтовой линии одновременно в работе будет участвовать не одна, а в зависимости от угла винтовой линии более десятка пластин. Это также обеспечивает улучшение плавности работы предлагаемого круга. Это объясняется тем, что в этом случае выход из контакта с заготовкой одной пластины мало изменяет суммарную площадь поперечного сечения среза.

Процесс шлифования предлагаемым кругом будет протекать совершенно спокойно в том случае, если площадь поперечного сечения среза будет оставаться постоянной в течение всего времени обработки. Это достигается за счет выбора рациональной величины угла подъема винтовой линии из зависимости

где B ширина круга (шлифования), мм,
D наружный диаметр круга, мм,
Z общее число пластин в круге,
K целое число, K 10 200.

Обоснование выбора угла подъема винтовой линии ω
Процесс шлифования предлагаемым кругом будет протекать совершенно спокойно только в том случае, если ширина круга В, равная ширине шлифования, будет кратной осевому шагу пластин, т.е.

B K•h₀,
где h₀ осевой шаг пластин,
K целое число.

На рис. 1 показана развертка наружного диаметра D предлагаемого круга. Здесь (1-2) дуга шлифования, (1-3) развертка дуги шлифования, (1-1) B - ширина круга равна ширине шлифования. (1-1) начало контакта, а (3-3) конец контакта круга с изделием.

AC h₀ осевой шаг пластин,
CE h окружной шаг пластин.

Из рис. 1
AC = CE•ctgω или h_o= h•ctgω.
Окружной шаг пластин ,
где Z общее число пластин в круге.

Подставляя значение h в выражение осевого шага h₀, получим

Поскольку из условия сохранения постоянства площади поперечного сечения среза
h₀= B/K,
получим

Отсюда определяем значение угла подъема винтовой линии, обеспечивающее постоянство площади поперечного сечения среза в течение всего времени обработки

На дуге контакта с изделием в работе участвует большое число зерен. Чем больше число пластин круга, одновременно участвующих в работе, и чем больше на них нанесено абразивных зерен, тем выше производительность шлифования. Однако при этом возрастают работа и количество выделяемого тепла. При обработке вязких сталей с низкой теплопроводностью это приводит к возникновению прижогов на обработанной поверхности.

Предлагаемый шлифовальный круг позволяет устранить этот недостаток. Это достигается за счет того, что часть пластин, равномерно располагающихся в каждом блоке, содержит абразивных зерен меньше, чем в остальных пластинах на 30 -50%
При работе, когда в контакт с изделием вступают пластины с полным содержанием абразивных зерен, происходит интенсивный процесс резания и повышение температуры в зоне контакта. Однако вслед за ними по дуге контакта идут пластины с меньшим от 30 до 50% содержанием абразивных зерен, что позволяет понизить температуру в зоне контакта, и прижога не происходит. Поскольку по площади контакта чередуются участки круга с пластинами с полным и уменьшенным содержанием абразивных зерен, температура в процессе шлифования не превышает критическую, приводящую к образованию прижогов.

Вместе с тем уменьшенное количество зерен на части пластин не оказывает существенного влияния на производительность процесса, которая продолжает оставаться высокой.

Количество пластин в блоке с уменьшенным числом абразивных зерен выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала и его теплопроводности. При шлифовании материалов с хорошей обрабатываемостью и высокой теплопроводностью количество таких пластин может быть равно нулю. При обработке материалов с пониженной шлифуемостью количество таких пластин, равномерно располагающихся в каждом блоке, может достигать половины всех пластин. Таким образом, в зависимости от вида обрабатываемого материала количество пластин с уменьшенным содержанием зерен может составлять от 0 до 50% от общего числа пластин в круге.

На внутренней поверхности корпуса 1 установлены уравновешивающие элементы. Они выполнены в виде колец 4, закрепленных у торцов корпуса 1. На каждом из колец выполнены круговая 5 и ряд равномерно расположенных радиальных канавок 6.

В круговой канавке расположены сухарики-грузы 7, а в радиальных - сухарики-грузы 8. Вес сухариков-грузов 7, расположенных в круговой канавке, больше, чем сухариков-грузов 8, расположенных в радиальных канавках. Канавки могут иметь различную форму, например в виде ласточкиного хвоста. Каждый из сухариков-грузов может свободно перемещаться в соответствующей канавке и закрепляться в ней в требуемом положении с помощью винтов.

Количество сухариков-грузов выбирается в зависимости от имеющейся неуравновешенности круга при его изготовлении.

Грубая настройка уравновешивающего элемента производится перемещением сухариков-грузов 7, имеющих больший вес, а тонкая подстройка перемещением сухариков-грузов 8, имеющих меньший вес.

Наличие уравновешивающих элементов позволяет устранить неуравновешенность круга непосредственно у его изготовителя и выпускать круги с требуемым классом неуравновешенности.

Кроме того, уравновешивающие элементы обеспечивают легкое устранение неуравновешенности круга в случае возникновения его в процессе эксплуатации.

В отличие от известного предлагаемый сборный шлифовальный круг обеспечивает
повышение производительности труда за счет большего числа пластин, одновременно участвующих в работе;
повышение качества обработки изделий за счет работы круга и уменьшения тепловой напряженности процесса шлифования;
повышение работоспособности круга за счет устранения его неуравновешенности и рационального выбора угла подъема винтовой линии пластин.

Изобретение позволяет повысить производительность, качество обработки и работоспособность круга (К) при отделочной абразивной обработке материалов. Сборный шлифовальный К содержит корпус в виде полого цилиндра, на наружной цилиндрической поверхности которого приклеены блоки (Б), состоящие из спрессованных и пропитанных искусственной смолой, содержащей абразивные зерна, пластин (П) из нетканого материала. П расположены в Б по винтовым линиям к оси корпуса К так, что основания Б представляют собой винтовые поверхности. Приведена формула для выбора угла подъема винтовой линии от диаметра, ширины К и числа П в нем. До половины П, равномерно располагающихся в каждом Б, содержит абразивных зерен меньше, чем в остальных П на 10 - 50%. На внутренней поверхности корпуса К установлены уравновешивающие элементы, выполненные в виде колец, в круговой и радиальных канавках которых перемещают грузы большего и меньшего веса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сборный шлифовальный круг, содержащий корпус в виде полого цилиндра с опирающимися на его наружную поверхность и приклеенными к ней блоками, состоящими из спрессованных и пропитанных искусственной смолой, содержащей абразивные зерна, пластин из нетканого материала с размещенными на внутренней поверхности корпуса уравновешивающими элементами, отличающийся тем, что пластины расположены в блоках по винтовым линиям к оси корпуса так, что основания блоков представляют собой винтовые поверхности с углом подъема винтовой линии ω, который выбирают из условия

где В ширина круга, мм;
D наружный диаметр круга, мм;
Z общее число пластин в круге;
К целое число, равное 10 200,
причем 10 50% пластин содержат абразивных зерен меньше, чем остальные пластины. 2. Круг по п.1, отличающийся тем, что уравновешивающие элементы выполнены в виде закрепленных у торцов корпуса колец с круговой канавкой и равномерно расположенными радиальными канавками с закрепленными в круговой канавке с возможностью перемещения грузами большего, а в радиальных канавках грузами меньшего веса.