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 зависит от интенсивности напряженного состояния материала обрабатываемой заготовки в зоне контакта шлифовальным кругом, величина которой в свою очередь определяется температурой поверхностного слоя заготовки в зоне контакта с шлифовальным кругом. Увеличение температуры материала до определенного (оптимального значения способствует уменьшению интенсивности напряженного состояния материала заготовки в зоне деформации (см. 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, БИ N 45), согласно которому последовательно выполняют врезание, чернового и чистового шлифования и выхаживания и подают в зону обработки на этапах врезания и чернового шлифования СОЖ в количестве (10-12) л 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 снижает 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 котором интенсивность напряженного состояния (сопротивление деформированию) материала заготовки будет минимальным.

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 чистового шлифования в зону контакта шлифовального круга и заготовки подают СОЖ на водной основе, а на этапе 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 этап выхаживания.

Недостатками прототипа являются: а) к моменту окончания этапа врезания не достигается оптимальная температура поверхностного слоя заготовки в зоне контакта с кругом в связи с подачей в зону обработки на этом этапе водной СОЖ; б) на этапе выхаживания сохраняется вероятность смешивания двух различных по химической природе СОЖ и возникает необходимость их разделения при дальнейшем использовании.

Технический результат изобретения - повышенная производительность операций шлифования при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Для достижения технического результата заявляемое изобретение - способ шлифования - содержит общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с техническим результатом изобретения, задачи: шлифование выполняют кругом, в котором выполнены радиальные каналы или пазы или сквозные осевые каналы, заполненные твердой или пластичной смазкой, при этом этапы врезания и выхаживания выполняют без подачи водной СОЖ, на этапах чернового и чистового шлифования в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки и их причинно-следственная связь с техническим результатом изобретения: шлифование выполняют кругом, в котором выполнены радиальные каналы или пазы или сквозные осевые каналы, заполненные твердой или пластичной смазкой, этапы врезания и выхаживания выполняют без подачи СОЖ на водной основе. Выполнение этапа врезания без подачи водной СОЖ позволяет ускорить достижение оптимальной температуры, при которой будет обеспечена минимальная интенсивность напряженного состояния поверхностного слоя заготовки в контактной зоне и тем самым будет обеспечено повышение производительности шлифования. При этом размерная стойкость круга на этом этапе будет обеспечена за счет применения кругов с каналами или пазами, заполненными смазкой.

Выполнение этапа выхаживания без подачи масляной СОЖ позволяет быстро достичь заданного качества шлифованной поверхности и исключить смешивание различных по химической природе СОЖ. Подача в зону обработки на этом этапе водной СОЖ приводили бы к полному или частичному смыванию смазочного слоя на поверхности круга и заготовки, формируемого в процессе контактирования нагретой поверхности заготовки и твердой (пластичной) смазки, и, в конечном итоге, к ухудшению качества шлифованной поверхности.

Выполнение этапов чернового и чистового шлифования с подачей водной СОЖ, обладающей хорошими моющими и охлаждающими свойствами, в сочетании с шлифовальным кругом с каналами, заполненными смазкой, также способствует повышению производительности шлифования и качества шлифованной детали.

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 - совокупность 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 (в качестве примера) с врезной подачей; на фиг. 2 - график четырехэтапного цикла шлифования; на фиг. 3 - график трехэтапного цикла шлифования.

В заявляемом изобретении - способе шлифования - шлифовальным кругом 1 (фиг. 1), в котором выполнены радиальные каналы или пазы или сквозные осевые каналы 4, заполненные твердой или пластичной смазкой, последовательно выполняют этапы врезания (t₁), чернового (t₂) и чистового (t₃) шлифования и выхаживания (t₄) (фиг. 2) заготовки 2 (фиг.1).

Этапы врезания (t₁) и выхаживания (t₄) выполняют без подачи СОЖ, на этапах чернового (t₂) и чистового (t₃) шлифования в зону обработки через сопло 3 подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами. На фиг. 3 представлен пример выполнения операции шлифования с трехэтапным циклом обработки: врезание (t₁), установившийся процесс шлифования (t₅) и выхаживание (t₄). Этапы выхаживания (t₄) и врезания (t₁), как и в предыдущем случае, выполняют без подачи водной СОЖ. На этапе установившегося процесса шлифования (t₅) в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами.

При врезании шлифовального круга в обрабатываемую поверхность заготовки без подачи СОЖ резко возрастает скорость теплового насыщения поверхностного слоя металлом и его температура достигает оптимального значения за короткий промежуток времени. В результате этого значительно снижается интенсивность напряженного состояния (сопротивление деформированию) материала заготовки, что способствует повышению производительности шлифования. В связи с тем, что шлифование выполняют кругом с каналами или пазами, заполненными смазкой, практически не изменяется интенсивность износа круга.

Этапы чернового и чистового шлифования выполняют с подачей водной СОЖ, в результате чего поддерживается достигнутая на этапе врезания оптимальная температура поверхностного слоя заготовки.

Выполнение этапа врезания без подачи масляной СОЖ позволяет исключить возможность смешивания двух разных по химической природе СОЖ и необходимость их дальнейшего разделения, при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного влияния на состояние окружающей среды.

Изобретение может быть использовано в машиностроении на операциях шлифования заготовок из различных материалов. При шлифовании деталей этапы врезания и выхаживания выполняют без подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), что позволяет ускорить достижение оптимальной температуры, снизить напряженное состояние поверхностного слоя заготовки и обеспечить заданное качество поверхности. На этапах чернового и чистового шлифования в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами. Шлифование на всех этапах выполняют кругом, в котором выполнены радиальные каналы или пазы или осевые сквозные каналы, заполненные твердой или пластичной смазкой. Подача водной СОЖ в сочетании со смазкой круга способствует повышению производительности и качества шлифования. 3 ил.

Способ шлифования, включающий последовательное выполнение шлифовальным кругом этапов врезания, чернового и чистового шлифования, выхаживания и применение смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), отличающийся тем, что используют шлифовальный круг с радиальными каналами или пазами, или сквозными осевыми каналами, заполненными твердой смазкой или пластичной смазкой, при этом этап врезания выполняют без подачи СОЖ, а на этапах чернового и чистового шлифования в зону обработки подают водную СОЖ, обладающую хорошими моющими и охлаждающими свойствами, подачу которой прекращают при переходе на выхаживание.