СПОСОБ УСКОРЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ МАКРОТОПОЛОГИИ ВЫСТУПОВ ИНСТРУМЕНТА В ВИДЕ ПРЕРЫВИСТОГО КРУГА Российский патент 1999 года по МПК B24B53/00 B24D18/00 

Изобретение относится к области абразивной обработки, в частности, к способу изготовления алмазно-абразивного инструмента с прерывистой рабочей поверхностью (ПРП), состоящей из чередующихся выступов и впадин.

Известен способ обработки твердых материалов [1] включающий шлифование связанным абразивом с применением на выхаживающих проходах абразивной суспензии с размером зерна, равным размеру выступающей части зерен абразива. При меньшем размере зерен процесс неэффективен, а при большем есть большие нарушения поверхностного слоя детали и круга.

Известен способ обработки поверхности деталей [2], когда в зону обработки с целью интенсификации процесса подают абразивную суспензию в зазор между деталью и притиром. Причем величина зазора колеблется от 1,1 до 3,0 размера зернистости абразива, используемого при обработке. Это идентично процессу попадания зерен из абразивной суспензии в зазор передней части выступа круга, если подавать суспензию при притирке круга с ПРП с материалом спарринг-партнером. По аналогии с [2] зерна на выступе круга осуществляют микроударное воздействие, возникающее вследствие мгновенного замыкания контакта зоны инструмент деталь через одно- или многослойное расположение зерен.

Наиболее близком аналогом предлагаемого изобретения является техническое решение, в котором при работе прерывистых кругов по передней поверхности выступа образуется фронтальная зона, имеющая различные углы наклона: от нескольких минут до 30 градусов [3]. Когда суспензия попадает во фронтальную зону, имеющую хотя бы небольшой угол, то процесс интенсифицируется по сравнению с ситуацией, когда предварительного угла нет. Следовательно, желательно, чтобы перед процессом подачи суспензии в зону притирки на ней был сформирован некоторый уклон. На базе информации [2] можно сделать вывод о целесообразности иметь верхней границей размера зернистости абразива в суспензии величину, равную 3,0 диаметра абразива в связке круга.

Известно, что при чистовой обработке используют притиры из стекла [4], а в качестве наполнителя стекло помещают в связку инструмента.

Известно, что при доводке материалов для повышения эксплуатационных свойств используют инструмент на ферритовой основе из класса ферромагнетиков [5]. Авторы объясняют положительные свойства особенностями доводочных процессов. Это не полная информация. Нами установлено, что при шлифовании ферритовых материалов он сам, являясь прочным и хрупким, раскалываясь на блоки и зерна, является абразивным материалом. Однако причин положительного воздействия ферритов, некоторых керамик, стекол несколько. Укажем на них. Во-первых, при шлифовании неметаллических хрупких материалов в зоне контакта детали-инструмента-среды возникает так называемая подвижная система из частичек абразивных разрушенных зерен, шлама детали, СОЖ и возникающей при обработке плазмы. Подвижная система воздействует на деталь и инструмент, разрушая их [6]. У материалов, имеющих высокую прочность на сжатие, а это, как раз ферриты, керамики и стекла, частицы из шлама являются дополнительными абразивами. Особенно эффективны материалы, имеющие размер своих зерен в диапазоне от 5 - 7 до 15 - 20 мкм. При разрушении частицы в шламе могут быть порядка 2 - 7 мкм. Это существенные дополнительные воздействия на деталь и инструмент.

Во-вторых, при шлифовании структурно-чувствительных материалов, какими являются ферриты, в зоне контактирования возникают электрические потенциалы, которые воздействуют на деталь и инструмент [7]. Величиной электропотенциалов можно управлять, например, посредством СОЖ, или более правильный термин - функционально-технологическая жидкость [7]. При использовании слаболегированных масел и водно-маслянных эмульсий (до 30% масел), а также при "жестких" - черновых режимах шлифования, на детали (безусловно, и на инструменте) образуется равномерная сетка трещиноватого слоя, которая в данном случае будет являться гарантом дробления неметаллического феррита или стекол на небольшие блоки и частицы. Управляемая сетка трещин достигается при обработке неметаллов по способу [8] . Применение его к данной ситуации будет способствовать управляемому разрушению поверхности инструмента [9].

Изобретение направлено на сокращение времени приработки инструмента и повышение качества обработки деталей. Для этого необходимо провести несколько последовательных действий. Первое. Форма передней части выступа должна быть максимально приближенной к требуемой конфигурации. Второе. Необходимо провести притирочное шлифование на жестких режимах с обязательным применением в качестве спарринг-материала для инструмента твердого хрупкого неметаллического материала типа феррита, стекла и других. Третье. Оформление передней поверхности выступа необходимо проводить с применением при притирочном шлифовании абразивной суспензии с размером зерна абразива, равным 0,5 - 3,0 размера зернистости абразива в инструменте с ПРП. Четвертое. При притирочном шлифовании надо применять в качестве спаринг-материала структурно-чувствительные ферритовые материалы с целью концентрации в зоне притирки возникающих электрических потенциалов и применения для этих же целей направленного действия на трещиноватый слой электропотенциалов спаринг-материала и инструмента. Пятое. Окончательную приработку необходимо провести с материалом, для которого предполагается применять инструмент, и на предполагаемых режимах.

Таким образом, положительный эффект технического решения предлагаемого изобретения достигается тем, что выступы шлифовального инструмента дополнительно профилируют по передней кромке под острым углом к плоскости резания, а притирочное шлифование инструмента проводят со спарринг-деталью, представляющей собой блок из структурно-чувствительного и аморфного материалов, при этом в зону контактирования детали и инструмента подают внешние электрические потенциалы, величина которых в 1,1 - 1,2 раза больше, чем величина внутренних электропотенциалов, возникающих при абразивном контактировании в системе инструмент-среда-(спарринг-деталь).

Способ осуществляли при приработке чашечных алмазных кругов формы АЧК диаметром 125, 150, 200 мм, с 12 - 20 выступами и пазами, протяженность которых составляла, например, одну длину выступа равную трем длинам паза. Зернистость абразивов в кругах: 100/80 мкм, 125/100 мкм, 200/160 мкм. Соответственно им брали суспензию из шлифпорошков и смеси отходов от абразивных зерен с приблизительно равными пропорциями весовых частей абразивов в суспензии в диапазоне размера зерен от 0,5 до 3,0 размера зернистости абразива в круге. Подача суспензии проводилась через отдельную систему. В ряде опытов применяли абразивные пасты различной концентрации. Использовали водно-масляную СОЖ на основе 30% осерненного масла (стандартная СОЖ ОСМ-3). Оправка с инструментом была изолирована от станка. В качестве материала для притирки использовали отходы высокоплотных ферритов и стеклобой кинескопов электронно-лучевых трубок. Из разнородных брусков делали блоки с равными по площади частями и суммарной площадью, равной 2 - 3 ширины алмазоносного слоя инструмента. Режимы приработки: скорость круга V_кр = 15 - 25 м/с, S подачи материала 0,8 - 1,5 м/мин; t глубина шлифования 0,08 - 0,3 мм. Потенциал подавали от потенциостата П5848 в диапазоне от 0,1 до 1,2 В. Применяли схему шлифования, отвечающую компоновке с горизонтальным расположением шпинделя и проходящею через край, а затем - центр круга спарринг-материала.

Несколько соображений о критерии достаточности формирования формы выступа при притирке. Степень "готовности" выступа к работе для различных видов обработки может быть неодинаковой. Так, при черновом и чистовом шлифовании режимы обработки также разные. Различные требования и к топологии поверхности круга, а в конечном счете, при длительной работе получаются и разные профили передней ПРП. Профиль зависит также от вида связки. Например, у кругов на металлической связке после получистового шлифования получается профиль, имеющий рельефный характер, из чередующихся выступов и впадин размером, сопоставимым с величиной зернистости абразива в круге. Для зернистости 125/100 мкм перепады для связки М1 составляют до 200 мкм и находятся в определенной зависимости от зернистости, т.е. структуры обрабатываемого материала, но особенно от глубины шлифования. Для обработки ферритов размер перепада равен (0,8 - 1,2) • t - для чернового шлифования и (0,5 - 0,8) • t - для тонкого шлифования [6]. При чистовой обработке кругами на органической связке Б1 форма выступа в передней части подобна уклону с небольшим углом - 3 - 8 градусов. Для чернового шлифования угол увеличивается до 10 - 17 градусов. Поэтому профиль выступа при окончательной притирке должен соответствовать определенной форме, это гарантирует высокое качество обработки. Укажем, что после правки или изготовления профиль круга практически не имеет передней фронтальной поверхности. Его углы почти прямые. В производстве формированию профиля уделяют очень небольшое внимание, поэтому первоначально прерывистые круги дают не самый лучший результат. Приработку проводят попутно, шлифуя первоначально малоответственные детали, а лишь когда круг приработался, его используют по назначению. Итак, если за критерий 100% готовности взять полный профиль, полученный при установившемся процессе приработки, то есть, по крайней мере, три уровня: профиль напоминает требуемую форму; профиль близок по форме и размерам (назовем этот профиль с хорошим совпадением); профиль практически совпадает с ожидаемой формой и размерами (это полное совпадение). Первый профиль можно назвать удовлетворительным, а последний отличным. Сравнительные опыты показали следующие результаты (см. таблицу). Видим, чтобы довести круг на металлической связке М1 до состояния, когда получим совпадение получаемого профиля с заданным (назовем его эталонным), в пассивном режиме условий 1Пр требуется 18 - 20 часов. Чтобы достичь удовлетворительного совпадения профилей, потребуется 11 - 14 часов, но при этом надо провести приработку с применением хрупких неметаллических материалов и иметь хотя бы небольшое начальное профилирование уклона на передней поверхности выступа, но приработку надо проводить с применением абразивной суспензии с размером зерен не меньше чем размер выступающих абразивных зерен в круге. Чтобы ускорить еще на 4 - 6 часов приработку профиля, необходимо, помимо частично предварительно, спрофилированного уклона на выступе, например, при правке или еще при изготовлении инструмента, учитывать развитие электрического контактного потенциала в зоне спарринг-деталь и инструмент. Чтобы получить наиболее подготовленный к производительной и качественной работе инструмент и провести эту подготовку за 2 - 4 часа надо выполнить такое условие: осуществить притирку инструмента с блоком из феррита и стекла на жестких режимах шлифования (t = 0,2 - 0,3 мм; V_кр = 20-25 м/с; S = 1 - 1,5 м/мин). Применение в качестве спарринг-материалов блока из феррита-стекла обеспечивает присутствие в зоне взаимодействия и особенно в передней части выступа ПРП дополнительных твердых абразивных частиц с разной режущей способностью и размерами частиц. С другой стороны обработка структурно-чувствительного материала обеспечивает возникновение в зоне взаимодействия электрического контактного потенциала, который благоприятно воздействует как на структуру спарринг-материала, так и на рабочую поверхность инструмента, в частности, на формирование требуемого профиля выступа ПРП. При притирочном шлифовании надо использовать водно-масляную СОЖ, например, из 30% смеси ОСМ - 3 (ТУ 38 УССР-2.01.152-75) и воды. Этот состав концентрирует возникающий электропотенциал в поверхностных слоях материала детали и инструмента. Для усиления воздействия потенциалов необходима внешняя подача дополнительного электропотенциала в диапазоне 0,4 - 1,2 В. Так достигается усиление воздействия потенциалов на процесс, ибо внешнее воздействие потенциалом приводит к резонансному электропотенциалу, который интенсифицирует действие электрических зарядов на структуру материала детали и, что важно в данном случае, на инструмент. Ускорению формирования профиля выступа способствует придание при правке или даже при изготовлении инструмента уклона передней поверхности выступа. Это обеспечивает хорошие результаты буквально через два часа приработки. Определенному ускорению формирования профиля способствует также то обстоятельство, что зерна в инструменте расположены хаотично, т.к. при этом происходит интенсивное вскрытие рабочей поверхности выступа ПРП. Важную роль в этом играет процесс самооформления профиля при шлифовании.

Таким образом, использование при формировании выступа набора указанных действий позволяет за короткое время достичь желаемой стадии "готовности" топологии выступа инструмента. Если для обработки применить инструмент сразу после правки, то получим шероховатость поверхности с R_a = 2,5 - 3,0 мкм. Приработка инструмента в течение 2 - 4 часов по предлагаемому способу позволяет получать поверхность с шероховатостью R_a = 1,1 - 1,2 мкм. Способ прост в реализации, не требует больших затрат. Он универсален, применим для формирования профиля любого инструмента с прерывистым характером рабочей поверхности. Его можно реализовать, имея любой заточной станок. По сравнению с пассивной приработкой предлагаемый способ сокращает время подготовки инструмента к работе в 4 - 6 раз.

Используемая литература
1. А.С. СССР N 931387, МКИ B 24 B 1/0, 1982.

2. А.С. СССР N 541647, МКИ B 24 B 1/0, 1977.

3. Якимов А. В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975, с. 58-64; 176 с.

4. Доводка прецизионных деталей машин / Под ред. Г.М.Ипполитова. М.: Машиностроение, 1978, с. 43.

5. А.С. СССР N 804413 МКИ, B 24 D 17/00, 1981.

6. Ящерицин П.И., Зайцев А.Г., Старов В.Н. Алмазное шлифование горячепрессованных ферритов прерывистыми кругами / Известия АН БССР. Серия физико-технических наук, N 4, Минск, 1979, с. 55-58.

7. Ящерицин П.И., Зайцев А.Г., Старов В.Н. Влияние смазочно-охлаждающей жидкости на процесс шлифования. Известия АН БССР. Серия физико-технических наук, N 4, Минск, 1983, с. 57-63.

8. А.С. СССР N 1255396, МКИ B 24 B 1/00. Способ абразивной обработки. В. Н. Старов, 1986.

9. А.С. СССР N 1315235, МКИ B 23 Q 11/10. Устройство для обработки деталей резанием. В.Н. Старов, 10.87.

Изобретение относится к формированию эффективной рабочей поверхности шлифовальных алмазно-абразивных инструментов. Ускоренное формирование передней поверхности и всей макрогеометрии выступа круга с прерывистой структурой рабочего слоя включает предварительную подготовку передней части выступа путем придания ей уклона, применение абразивной суспензии в зоне притирки инструмента с блоком из структурно-чувствительного и аморфного материалов, а также применение смазочно-охлаждающих технологических жидкостей, способствующих концентрации возникающих при абразивной притирке электрических потенциалов и, наконец, подачи в зону обработки внешних резонирующих зарядов в 1,1 - 1,2 раза больших, чем возникающие при шлифовании электропотенциалы. Окончательную приработку инструмента проводят с аналогичными материалами и на тех же режимах, для которых предполагается применять прерывистый шлифовальный инструмент при механической обработке. Такой способ позволяет создать профиль фронтальной зоны прерывистой поверхности инструмента определенной макрогеометрии за время в 4 - 6 раз меньшее, чем время, затрачиваемое при обычном прирабатывающем процессе для создания требуемой топологии инструмента, чтобы получить хорошее качество обработки. Способ прост в реализации. 1 табл.

Способ ускоренного формирования макротопологии выступов инструмента в виде прерывистого круга, основанный на притирочном абразивном шлифовании с подачей суспензии и функционально-технологической жидкости в зону обработки, отличающийся тем, что выступы инструмента с одной стороны дополнительно профилируют по передней кромке с острым фронтальным углом к плоскости резания, а притирочное шлифование проводят со спарринг-деталью, представляющей собой блок из структурно-чувствительного и аморфного материалов, при этом в зону обработки подают внешние электропотенциалы, величина которых в 1,1 - 1,2 раза больше, чем величина внутренних электропотенциалов контактного взаимодействия, возникающих в системе инструмент - среда - (спарринг-деталь).