КОМПОЗИЦИОННЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ Российский патент 2002 года по МПК B24D7/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к абразивным инструментам, предназначенным для шлифования металлов и сплавов.

Известен прерывистый шлифовальный круг, на торцах которого выполнены прямолинейные радиальные пазы, имеющие в радиальном направлении и в поперечном сечении прямоугольную форму (см. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. - М.: Машиностроение, 1975. С. 68). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного прерывистого шлифовального круга, относится то, что при прямоугольной форме паза в радиальном направлении по мере износа круга увеличивается отношение ν длин впадин и режущего выступа круга. Это негативно сказывается на работоспособности круга вследствие уменьшения длины режущих выступов и, соответственно, количества режущих и давящих абразивных зерен, участвующих в диспергировании металла обрабатываемой заготовки. В конечном итоге, это приводит к снижению стойкости круга и ухудшению качества шлифованных деталей. Прямоугольная форма паза в поперечном сечении исключает возможность изготовления круга наиболее прогрессивным способом - прессованием. Кроме того, прерывистость рабочей поверхности круга оказывает негативное влияние на проникновение СОЖ в зону шлифования и эффективность ее смазочного действия, что также не позволяет достичь требуемой стойкости круга.

Наиболее близким шлифовальным кругом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является композиционный шлифовальный круг (КШК), на торцах которого выполнены пазы, имеющие в радиальном направлении и в поперечном сечении форму равнобокой трапеции (см. патент RU 2113342, В 24 D 7/10, В 24 В 55/02, 1998), принятый за прототип. При этом большее основание каждой указанной трапеции в радиальном направлении расположено со стороны посадочной поверхности круга, а в поперечном сечении - со стороны торца круга. Длина пазов на 3-5 мм превышает величину полуразности диаметров нового и предельно изношенного кругов, глубина пазов на 0,5-1,0 мм превышает величину, равную половине высоты круга. Пазы заполнены твердым смазочным материалом (ТСМ).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного КШК, принятого за прототип, относится то, что с уменьшением диаметра круга в процессе его эксплуатации уменьшается длина режущих выступов и, как следствие этого, уменьшается количество абразивных зерен на рабочей поверхности круга, что в свою очередь приводит к росту толщины слоя материала обрабатываемой заготовки, снимаемого одним абразивным зерном. Указанный недостаток не позволяет в ряде случаев обеспечить требуемую стойкость КШК и качество шлифованных поверхностей деталей.

Сущность изобретения заключается в следующем. Резкое повышение в последнее время стоимости шлифовальных кругов сделало особенно актуальной проблему повышения их стойкости. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности шлифовальных кругов является усиление эффективности смазочного действия применяемых смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) путем создания условий для их гарантированного проникновения в зону контакта круга и заготовки, что может быть обеспечено за счет совершенствования конструкций шлифовальных кругов.

Технический результат - повышение работоспособности КШК.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном КШК, на торцах которого выполнены радиальные пазы, заполненные ТСМ, имеющие в поперечном сечении форму равнобокой трапеции, большее основание которой расположено со стороны торца круга, глубина пазов на 0,5. . . 1,0 мм превышает половину высоты круга, длина пазов на 3...5 мм превышает полуразность диаметров нового и предельно изношенного кругов, особенность заключается в том, что радиальные пазы выполнены в сечении, параллельном торцу круга, в виде усеченной со стороны посадочного отверстия круга гиперболы, действительная ось которой расположена на расстоянии L от наружной поверхности круга:

где D_k, D_u - диаметры соответственно нового и предельно изношенного кругов, мм;
длина действительной оси гиперболы равна:

где ν - коэффициент:

где l_p - длина режущего выступа шлифовального круга, мм;
z_n - количество радиальных пазов на одном торце круга;
длина мнимой оси гиперболы равна:

Исполнение радиальных пазов в виде гиперболы позволяет стабилизировать коэффициент ν КШК по мере его износа и толщину слоя материала обрабатываемой заготовки, снимаемого одним абразивным зерном, что приводит к улучшению условий работы абразивных зерен и увеличению периода стойкости круга. При этом такая форма радиальных пазов исключает возможность выпадения ТСМ из круга при его работе под воздействием центробежных сил.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выяснить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом шлифовальном круге и изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого шлифовального круга. Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении их во взаимосвязи либо изменении их вида. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен общий вид шлифовального круга; на фиг.2 - вид слева по фиг.1; на фиг.3 - местный вид А по фиг.2.

Заявляемое изобретение состоит из прерывистого шлифовального круга 1 и вставок 2 ТСМ (фиг. 1). Технология изготовления заявляемого шлифовального круга включает изготовление прерывистого шлифовального круга 1, например, методом прессования и последующее заполнение его пазов ТСМ.

КШК работает следующим образом. При диспергировании материала обрабатываемой заготовки режущими зернами и его пластическом деформировании давящими зернами в зоне контакта происходит интенсивное тепловыделение, под воздействием которого часть смазки, находящейся в промежутке между режущими выступами на уровне периферийной поверхности круга, переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое и наносится при вращении круга тонким слоем на обрабатываемую поверхность заготовки, а также на режущие выступы шлифовального круга. В результате этого смазка равномерно распределяется по зоне контакта, обеспечивая эффективное смазочное действие и снижение трения абразивных зерен по материалу обрабатываемой заготовки, уменьшается теплонапряженность процесса шлифования и интенсивность износа шлифовального круга, повышаются его стойкость и работоспособность. Увеличивается эффективность использования СОТС. По мере износа круга количество абразивных зерен на рабочей поверхности круга уменьшается, но в отличие от КШК, принятого за прототип, прямо пропорционально изменению диаметра КШК, что положительным образом сказывается на качестве обработанных поверхностей и стойкости КШК.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого шлифовального круга следующей совокупности условий:
- КШК, воплощающий заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в машиностроении, а именно на операциях шлифования заготовок с применением шлифовальных кругов и СОТС;
- для заявляемого КШК в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- КШК, воплощающий заявляемое изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение предназначено для использования в машиностроении на операциях шлифования металлов и сплавов. Круг выполнен с радиальными пазами, имеющими в поперечном сечении форму равнобокой трапеции. В сечении, параллельном торцу круга, пазы имеют форму усеченной со стороны посадочного отверстия круга гиперболы, для которой приведены расчетные формулы. В результате работоспособность круга повышается. 3 ил.

Композиционный шлифовальный круг, на торцах которого выполнены радиальные пазы, заполненные твердым смазочным материалом, имеющие в поперечном сечении форму равнобокой трапеции, большее основание которой расположено со стороны торца круга, глубина пазов на 0,5. . . 1,0 мм превышает половину высоты круга, длина пазов на 3. . . 5 мм превышает полуразность диаметров нового и предельно изношенного кругов, отличающийся тем, что радиальные пазы в сечении, параллельном торцу круга, выполнены в виде усеченной со стороны посадочного отверстия круга гиперболы, действительная ось которой расположена на расстоянии L от наружной поверхности круга:

где D_k, D_u - диаметры соответственно нового и предельно изношенного кругов, мм,
при этом длина действительной оси гиперболы определена по формуле

а длина мнимой оси гиперболы определена по формуле

где ν - коэффициент, определяемый по формуле

где l_p - длина режущего выступа шлифовального круга, мм;
z_n - количество радиальных пазов на одном торце круга.