ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК B24D3/34 B24D7/14 

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке различных материалов, а также к производству связанного абразивного инструмента.

Изобретение может быть использовано в различных отраслях производства при обработке изделий из сапфира, кварца, керамики, стекла, полупроводниковых материалов и различных металлов. Оно может быть эффективно использовано при обработке миниатюрных деталей и тонких крупногабаритных изделий, в том числе на станках двусторонней обработки без предварительного наклеивания обрабатываемых деталей.

Известен шлифовальный инструмент для обработки деталей, содержащий планшайбу с закрепленными на ней абразивными таблетками ( WO 94/17956, МКИ В 24 В 7/16, приор. 18.08.94).

Недостатком данного шлифовального инструмента является трудность, а зачастую невозможность обработки безнаклеечным способом тонких, крупногабаритных деталей, особенно при двустороннем шлифовании на станках планетарного типа. Кроме того, данный шлифовальный инструмент не позволяет обрабатывать безнаклеечным способом малогабаритные детали, так как они будут проваливаться между таблетками. Следует отметить еще одну особенность шлифования деталей шлифовальным инструментом, рабочую поверхность которого составляют отдельные абразивные таблетки. В этом случае имеет место тенденция образования сколов как на кромках обрабатываемых деталей, так и на кромках абразивных таблеток, что ведет к появлению сколов и царапин на обрабатываемых деталях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является шлифовальный инструмент, содержащий планшайбу с закрепленными на ней абразивными элементами, при этом пространство между ними заполнено наполнителем, содержащим абразив (А. С. СССР 1311921, МКИ B 24 D 7/14, опубл. 23.05.87 - прототип). В данном шлифовальном инструменте абразивные элементы, выполненные в виде плоских пластин, закреплены на планшайбе торцами с коэффициентом заполнения 0,05-0,15, а пространство между пластинами залито эпоксидной смолой. При этом эпоксидная смола содержит абразив с зернистостью, равной зернистости плоских абразивных пластин или на 1-2 номера ниже, а количество абразива составляет 10-15% от объема эпоксидной смолы.

Такой абразивный инструмент может быть использован на операциях предварительной обдирки или грубого шлифования некоторых материалов, при которых допускаются при обработке очень высокие удельные давления.

Недостатком данного шлифовального инструмента является низкая эффективность шлифования из-за наличия эпоксидной смолы между абразивными пластинами. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, из-за резкого увеличения общей площади рабочей поверхности шлифовального инструмента удельное давление на режущий инструмент снижается во много раз, например для указанного диапазона плотности заполнения от 7 до 20 раз. Поэтому следует сильно увеличивать общую нагрузку на шлифовальный инструмент и на обрабатываемые детали. А это автоматически приводит к деформациям обрабатываемых деталей и, как следствие, к ухудшению геометрических параметров обработки. При обработке тонких деталей зачастую происходит их разрушение в процессе шлифования из-за чрезмерно высоких нагрузок в зоне обработки. Во-вторых, эпоксидная смола, как известно, приводит к засаливанию абразивного инструмента. Наличие абразива в эпоксидной смоле не может в полной мере обеспечить работу шлифовального инструмента в режиме самозатачивания, так как фактор засаливания режущей поверхности абразивных пластин эпоксидной смолой значительно преобладает над фактором вскрытия освобождающимся в результате износа наполнителя абразивом.

В основу настоящего изобретения положена задача создать новый шлифовальный инструмент, обеспечивающий технический результат, заключающийся в обеспечении возможности безнаклеечной обработки деталей малых размеров и тонких крупногабаритных изделий с относительной толщиной h/D<1/50, а также возможности эффективной обработки таких труднообрабатываемых материалов, как кварц, сапфир, карбид кремния и многих других в режиме самозатачивания инструмента.

Это обеспечивается, с одной стороны, стопроцентным заполнением поверхности планшайбы абразивными элементами и наполнителем, а с другой стороны, сохранением высоких удельных давлений в зоне резания инструментом не за счет увеличения общей нагрузки, а за счет использования специального наполнителя. Кроме того, обеспечиваются условия вскрытия абразивных элементов освобождающимся в процессе шлифования абразивом, входящим в состав наполнителя.

Поставленный технический результат решается тем, что в шлифовальном инструменте, содержащем планшайбу с закрепленными на ней абразивными элементами, пространство между которыми заполнено наполнителем, отличающимся является то, что абразивные элементы выполнены в виде таблеток, в качестве наполнителя использован пеноэпоксид с добавлением смеси абразива и мелкодисперсного порошка аминопласта и/или фенопласта, а плотность наполнителя составляет 0,05-0,8 от плотности абразивных таблеток, зернистость абразива наполнителя составляет 0,05-0,5 от зернистости абразива абразивных таблеток, при этом количества абразива и аминопласта и/или фенопласта наполнителе составляют соответственно 15-30 и 10-40% от массы пеноэпоксида.

Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен один из примеров шлифовального инструмента;
- на фиг. 2 - фотография шлифовального инструмента для станка двустороннего шлифования.

Данный шлифовальный инструмент может быть использован для обработки широкого класса материалов на станках односторонней и двусторонней обработки как плоских, так и сферических поверхностей.

Шлифовальный инструмент содержит планшайбу 1, на поверхности которой закреплены абразивные таблетки 2, пространство между которыми заполнено наполнителем 3.

Основой наполнителя является пеноэпоксид - это газонаполненный материал на основе эпоксидной смолы. Он является жестким материалом с замкнутой структурой ячеек, обладает высокой механической прочностью и высокой химической стойкостью даже при повышенных температурах эксплуатации. Учитывая также его высокую адгезионную способность к большинству материалов, можно сделать вывод, что пеноэпоксид с добавками абразива и других компонентов может быть идеальным наполнителем, заполняющим пространство между абразивными таблетками. Процесс вспенивания и отверждения пеноэпоксида технологически прост и позволяет регулировать плотность получаемого газонаполненного материала в очень широком диапазоне.

Выбранный для нашего шлифовального инструмента диапазон плотности наполнителя от 0,05 до 0,8 от плотности абразивных таблеток обусловлен следующими условиями. Плотностью самого пеноэпоксида можно управлять в зависимости от методов и режимов вспенивания в диапазоне от 0,02 до 0,4 г/см³. Кроме того, плотность абразивных таблеток, которые могут быть использованы при изготовлении шлифовального инструмента, может находиться тоже в самом широком диапазоне: от нескольких граммов на кубический сантиметр, например, для алмазных таблеток на металлических связках, до нескольких долей грамма на кубический сантиметр для пористых алмазных таблеток на органической связке. -Поэтому плотность наполнителя должна быть увязана с плотностью абразивных таблеток.

Верхний предел плотности наполнителя 0,8 от плотности абразивных таблеток обусловлен тем, что уже такая плотность требует при эксплуатации шлифовального инструмента повышенных удельных давлений. При этом следует отметить, что более высокие плотности наполнителя следует применять при использовании наиболее пористых абразивных таблеток с минимальной собственной плотностью.

Нижний предел плотности наполнителя - 0,05 от плотности абразивных таблеток обеспечивает возможность обработки материалов при чрезвычайно низких удельных давлениях, так как такой наполнитель незначительно уменьшает удельное давление на рабочий инструмент. Однако дальнейшее увеличение воздушных пор может привести к выкрашиванию крупных частиц наполнителя, что приводит к появлению царапин на обрабатываемых деталях.

При определении оптимальной зернистости абразива, используемого в наполнителе, было однозначно установлено, что применение абразива равной зернистости абразивных таблеток недопустимо, так как приводит к повышенному износу инструмента, появлению грубых царапин и не обеспечивает необходимой шероховатости поверхности.

Использование в наполнителе мелкозернистого абразива, составляющего 0,05-0,5 от зернистости абразива абразивных таблеток, обеспечивает наилучшие результаты эксплуатации шлифовального инструмента. Во-первых, мелкий абразив хорошо удерживается в тонких стенках ячеек пеноэпоксида и по мере износа обеспечивает эффект мягкого вскрытия рабочей поверхности абразивных таблеток.

Абразив для наполнителя с зернистостью 0,5 от зернистости абразивных таблеток может быть использован для грубого шлифовального инструмента или для инструмента, работающего в особо трудных условиях эксплуатации. Даже такая зернистость абразива в наполнителе уже приводит к заметному ухудшению шероховатости поверхности и повышенному износу инструмента. Применение в наполнителе абразива с зернистостью менее 0,05 от зернистости абразивных таблеток не обеспечивает эффективного вскрытия рабочей поверхности шлифовального инструмента.

Как показали экспериментальные исследования, при изготовлении наполнителя даже для шлифовального инструмента для грубого шлифования с использованием в абразивных таблетках абразива с зернистостью 100 мкм и выше абразив для наполнителя может быть равен 10-20 мкм.

Введение в пеноэпоксид дополнительно к абразиву мелкодисперсных порошков аминопластов - термореактивных прессовочных масс на основе мочевино-, карбамидо-, меламино- или карбамидомеламиноформальдегидных смол и/или фенопластов - термореактивных прессовочных масс на основе формальдегидных смол в количестве от 10 до 40% от массы пеноэпоксида - приводит к повышению прочности наполнителя и обеспечивает дополнительный эффект вскрытия инструмента. Кроме того, при истирании этот порошок при контакте с обрабатываемой поверхностью участвует в формировании микрорельефа поверхности и обеспечивает улучшение шероховатости поверхности на один класс.

Учитывая тот факт, что при изготовлении наполнителя используются абразив мелкой зернистости и мелкодисперсные порошки аминопластов и или фенопластов, обладающих огромной суммарной свободной поверхностью, количество абразива и аминопласта и/или фенопласта не должно превышать 30 и 40% соответственно от массы пеноэпоксида. В противном случае в массе могут появляться несвязанные комки абразива и порошков, которые в процессе работы шлифовального инструмента будут выкрашиваться и нарушать условия эксплуатации инструмента.

Минимальные количества абразива и мелкодисперсных порошков аминопласта и/или фенопласта, равные 15 и 10% соответственно, определены условиями обеспечения вскрытия рабочей поверхности абразивных таблеток освобождающимися при эксплуатации частицами абразива и порошка.

Шлифовальный инструмент изготовляют следующим образом.

Вариант 1. Абразивные таблетки закрепляют на шаблоне с размеченными местами для расположения таблеток в строгом соответствии с расчетом распределения таблеток. Приготавливают наполнитель в следующей последовательности. В зависимости от необходимого объема наполнителя взвешивают отдельно нужное количество эпоксидно-диановой смолы, отвердителя, абразива, аминопласта и/или фенопласта и пенообразователя, например полигидридсилоксана или полиалифатического полиамина. Последовательность перемешивания компонентов наполнителя следующая. Вначале в эпоксидную смолу добавляют пенообразователь, тщательно перемешивают смесь, затем при перемешивании добавляют смесь абразива и порошка аминопласта и/или фенопласта. В конце в полученную однородную массу добавляют отвердитель, например, полиэтиленполиамин и в течение 1-2 мин продолжают перемешивание. В этот момент происходит интенсивный процесс порообразования. Полученную пористую массу равномерно заливают на поверхность шаблона между таблетками. Сверху укладывают плоский жесткий лист, который ложится на поверхность абразивных таблеток и, таким образом, выравнивает наполнитель по уровню таблеток. После этого производят выдержку полученного изделия в течение 8-2 часов, после чего осуществляют термообработку при температуре 50-150^oС в течение 0,5-5 часов. После этого полученный шлифовальный диск отделяют от нижнего шаблона и верхнего прижимного листа. После приклеивания шлифовального диска к планшайбе шлифовальный инструмент готов к эксплуатации.

Вариант 2. Этот вариант отличается тем, что абразивные таблетки наклеиваются непосредственно на планшайбу. Дальнейшие операции по подготовке наполнителя и его заливки пространства между таблетками и термообработки такие же, как и в варианте 1.

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента и может быть использовано для обработки различных материалов, в том числе сапфира, кварца, керамики, стекла, полупроводниковых материалов и металлов. Шлифовальный инструмент содержит планшайбу с закрепленными на ней абразивными элементами, пространство между которыми заполнено наполнителем. Абразивные элементы выполнены в виде таблеток, а в качестве наполнителя использован пеноэпоксид с добавлением смеси абразива и мелкодисперсного порошка аминопласта и/или фенопласта. При этом плотность наполнителя составляет 0,05-0,8 от плотности абразивных таблеток, зернистость абразива наполнителя составляет 0,05-0,5 от зернистости абразива абразивных таблеток, а количество абразива и аминопласта и/или фенопласта в наполнителе составляет соответственно 15-30 и 10-40% от массы пеноэпоксида. В результате обеспечивается возможность обработки деталей малых размеров и тонких крупногабаритных деталей. 2 ил.

Шлифовальный инструмент, содержащий планшайбу с закрепленными на ней абразивными элементами, пространство между которыми заполнено наполнителем, отличающийся тем, что абразивные элементы выполнены в виде таблеток, в качестве наполнителя использован пеноэпоксид с добавлением смеси абразива и мелкодисперсного порошка аминопласта и/или фенопласта, а плотность наполнителя составляет 0,05-0,8 от плотности абразивных таблеток, зернистость абразива наполнителя составляет 0,05-0,5 от зернистости абразива абразивных таблеток, при этом количество абразива и аминопласта и/или фенопласта в наполнителе составляет, соответственно 15-30 и 10-40% от массы пеноэпоксида.