СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B24B1/00 B24B55/02 B24D5/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием с применением шлифовальных кругов и смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), и может быть использовано на любых операциях шлифования.

Возможность повышения производительности и снижения себестоимости шлифования в значительной мере зависят от интенсивности напряженного состояния материала обрабатываемой заготовки в зоне контакта со шлифовальным кругом, величина которой в свою очередь определяется температурой поверхностного слоя заготовки в контактной зоне. Увеличение температуры материала до определенного (оптимального) значения способствует уменьшению интенсивности напряженного состояния материала заготовки в зоне деформации (cм. Корчак С. Н. Производительность шлифования стальных деталей. М. : Машиностроение, 1974). Чем быстрее в зоне контакта будет обеспечена температура поверхностного слоя заготовки, при которой интенсивность напряженного состояния будет минимальной, тем выше может быть производительность шлифования.

Но, с другой стороны, стремление достичь оптимальной температуры поверхностного слоя материала заготовки неизбежно приведет к росту контактной температуры и, возможно, как следствие этого к снижению твердости абразивных зерен, увеличению износа шлифовального круга и снижению производительности шлифования.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении производительности операций шлифования при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Известен способ шлифования (Ефимов В.В. и др. А.с. N 1526966, Опубл. 07.12.89. Б.И. N 45), согласно которому последовательно выполняют этапы врезания, чернового и чистового шлифования и выхаживания и подают в зону обработки на этапах врезания и чернового шлифования СОЖ с расходом (10-12) л/мин на 10 мм высоты круга, при чистовом шлифовании и выхаживании - (1-2) л/мин на 10 мм высоты круга.

Недостатком данного аналога является то, что при выполнении этапа врезания в зону контакта круга и заготовки подают СОЖ, что затрудняет или вообще исключает возможность достижения к моменту окончания этапа врезания оптимальной температуры поверхностного слоя заготовки в зоне контакта.

Известен способ шлифования (см. Худобин Л.В. пути совершенствования технологии шлифования. Саратов: Приволж. кн. изд-во, 1969), при котором все этапы шлифования выполняют с подачей в зону обработки водной СОЖ с одинаковым расходом (именно так в большинстве случаев ведут обработку на шлифовальных станках действующего станочного парка). Недостатком данного аналога, как и предыдущего, является то, что при выполнении этапа врезания в зону обработки подают СОЖ, что замедляет скорость теплового насыщения поверхностного слоя заготовки в зоне контакта, увеличивает время достижения температуры поверхностного слоя, при которой интенсивность напряженного состояния (сопротивления деформированию) материала заготовки будет минимальной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ шлифования (см. Худобин И.Л. Новый способ подачи СОЖ при шлифовании. Вестник машиностроения, 1980, N 11, с. 46-50), при котором на этапах врезания, чернового и чистого шлифования в зону контакта шлифовального круга и заготовки подают СОЖ на водной основе, а на этапах выхаживания - СОЖ на масляной основе.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие основные общие существенные признаки: на этапах чернового и чистового шлифования в зону обработки подают СОЖ на водной основе, подачу которой прекращают при переходе на завершающий этап цикла шлифования, например выхаживание.

Недостатками прототипа являются: а) к моменту окончания этапа врезания не достигается оптимальная температура поверхностного слоя заготовки в зоне ее контакта с кругом в связи с подачей в зону обработки на этом этапе водной СОЖ; б) в связи с подачей в зону шлифования масляной СОЖ на этапе выхаживания на сливе со станка и в баке-отстойнике происходит смешивание двух различных по составу СОЖ (водной и масляной) и возникает необходимость их разделения при дальнейшем использовании.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение производительности операций шлифования при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Для достижения технического результата в способе шлифования, включающем последовательное выполнение шлифовальным кругом многоэтапного цикла шлифования и применение на каждом этапе смазочно-охлаждающего технологического средства, используют комбинированный шлифовальный круг, на корпусе которого жестко закреплены абразивные сегменты, а между ними расположены с возможностью радиального перемещения сегменты с твердой смазкой, при этом на этапе врезания и завершающем этапе в зону контакта круга и заготовки подают твердую смазку, расход которой регулируют путем дозированного выдвижения сегментов с твердой смазкой шлифовального круга, а на этапах чернового и/или чистового шлифования выдвижение сегментов с твердой смазкой прекращают и в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами, подачу которой прекращают при переходе на завершающий этап цикла шлифования.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки и их причинно-следственная связь с техническим результатом: шлифование выполняют комбинированным кругом, на корпусе которого жестко закреплены абразивные сегменты, а между ними расположены с возможностью радиального смещения сегменты с твердой смазкой. Этапы врезания и выхаживания выполняют только с подачей твердой смазки, расход которой через зону контакта круга и заготовки регулируют путем дозированного выдвижения сегментов твердой смазки. На этапах чернового и чистового шлифования в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами. Выполнение этапа врезания без подачи водной СОЖ позволяет ускорить достижение оптимальной температуры, при которой обеспечивается минимальная интенсивность напряженного состояния поверхностного слоя заготовки в контактной зоне и тем самым обеспечивается возможность повышения производительности шлифования, например, путем форсирования режима обработки. Размерная стойкость круга на этом этапе обеспечивается за счет подачи в зону контакта круга и заготовки необходимого количества твердой смазки путем выдвижения сегментов с твердой смазкой. Выполнение этапа выхаживания с подачей твердой смазки, расход которой регулируют в зависимости от конкретных условий выполнения операции шлифования, позволяет значительно быстрее достичь заданного качества шлифованной поверхности и исключить смешивание разных по химической структуре СОЖ.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают заявляемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в машиностроении, а именно на операциях шлифования с применением СОТС.

Получение технического результата, заключающегося в достижении оптимальной температуры поверхностного слоя заготовки к моменту окончания этапа врезания и обеспечения заданного качества шлифуемой поверхности на этапе выхаживания, обуславливающего повышение производительности шлифования при заданном качестве шлифованной поверхности детали, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами: на фиг. 1 - схема круглого наружного шлифования с врезной подачей комбинированным шлифовальным кругом; на фиг. 2 - график четырехэтапного цикла шлифования; на фиг. 3 - чертеж разреза А-А; на фиг. 4 - чертеж разреза Б-Б.

В заявляемом изобретении - способе шлифования - шлифовальным кругом, на корпусе 1 которого жестко закреплены абразивные сегменты 2, а между ними расположены сегменты с твердой смазкой (фиг. 1), последовательно выполняют этапы врезания (τ₁), чернового (τ₂) и (τ₃) чистового шлифования и выхаживания (τ₄) фиг. 2) заготовки 4 (см. фиг. 1).

Этапы врезания (τ₁) и выхаживания (τ₄) выполняют без подачи водной СОЖ, на этапах чернового (τ₃) и чистового (τ₄) шлифования в зону обработки через сопло 5 подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами. На этапе врезания и выхаживания в зону контакта подают твердую смазку, количество которой регулируют путем радиального выдвижения сегментов 6 с твердой смазкой 7.

Выдвижение сегментов 6 может быть осуществлено различными способами. На фиг. 3, 4 в качестве примера показано устройство для выдвижения сегментов 6 посредством эластичного баллона 8. Сегменты 6 винтами 9 связаны с пластинами 10, которые опираются на эластичный баллон 8. Выдвижение сегментов 6 осуществляют путем повышения давления воздуха в баллоне 8. За счет повышения давления баллон 8 воздействует на пластины 10, которые вместе с сегментами 6 перемещаются в радиальном направлении, сжимая при этом плоские пружины 11. При уменьшении давления в баллоне 8 плоские пружины 11 возвращают пластины 10 вместе с сегментами 6 в исходное положение. Величиной перемещений сегментов 6 и соответственно расходом твердой смазки в широких пределах управляют, изменяя давление воздуха в баллоне 5. Сегменты 6 изготавливают из материала, легко разрушаемого в процессе шлифования.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного влияния на состояние окружающей среды.

Изобретение предназначено для обработки металлов с применением шлифовальных кругов и СОТС. Может быть использовано на любых операциях шлифования заготовок из различных материалов. Комбинированным шлифовальным кругом последовательно выполняют многоэтапное шлифование с применением СОТС на каждом этапе. На корпусе круга жестко закреплены абразивные сегменты. Между ними расположены сегменты с твердой смазкой с возможностью радиального перемещения. На этапе врезания и завершающем этапе в зону контакта круга и заготовки подают твердую смазку, расход которой регулируют путем дозированного выдвижения сегментов с твердой смазкой. На черновом и/или чистовом этапе такое выдвижение прекращают. В зону обработки подают водную СОЖ. Она обладает хорошими моющими и охлаждающими свойствами. При переходе на завершающий этап шлифования подачи СОЖ прекращают. Такая конструкция круга позволяет быстрее достичь заданного качества шлифованной поверхности и исключить смешивание разных по химической структуре СОЖ, что значительно повышает производительность обработки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ шлифования, включающий последовательное выполнение шлифовальным кругом многоэтапного цикла шлифования и применение на каждом этапе смазочно-охлаждающего технологического средства, отличающийся тем, что используют комбинированный шлифовальный круг, на корпусе которого жестко закреплены абразивные сегменты, а между ними расположены с возможностью радиального перемещения сегменты с твердой смазкой, при этом на этапе врезания и завершающем этапе в зону контакта круга и заготовки подают твердую смазку, расход которой регулируют путем дозированного выдвижения сегментов с твердой смазкой шлифовального круга, а на этапах чернового и/или чистового шлифования выдвижение сегментов с твердой смазкой прекращают и в зону обработки подают водную смазочно-охлаждающую жидкость, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами, подачу которой прекращают при переходе на завершающий этап цикла шлифования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что завершающий этап шлифования представляет собой выхаживание.