СПОСОБ ОЧИСТКИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА Российский патент 2005 года по МПК B24B53/07 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке шлифованием, и может быть использовано при шлифовании заготовок из материалов, обладающих высокой пластичностью, вязкостью и адгезионной активностью по отношению к шлифовальному кругу.

Известен способ очистки шлифовальных кругов, заключающийся в воздействии на рабочую поверхность вращающегося шлифовального круга эластичным инструментом, в качестве которого используют эластомер (а.с. 1775282 СССР, МКИ³ В 24 В 53/007. Способ чистки абразивных инструментов. И.И.Кузнецов, №4847739/08; заявл. 03.05.90; опубл. 15.11.92, БИ №42).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится низкая эффективность удаления налипов металла с зерен шлифовального крута и большой размерный износ инструмента для очистки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ очистки шлифовальных кругов (Патент 2185273 RU, МКИ В 24 В 53/007. Способ очистки шлифовальных кругов /Л.В.Худобин, А.Н.Унянин, Д.В.Тартас. №2000114938/02; заявл. 09.06.00. опубл. 20.07.02, БИ №20), заключающийся в прижиме к рабочей поверхности вращающегося шлифовального круга абразивного бруска на эластичной связке.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа очистки, принятого за прототип, относится невысокая эффективность удаления налипов металла с зерен круга.

Сущность изобретения заключается в следующем. В период между правками круга при шлифовании заготовок из пластичных, вязких и адгезионно-активных материалов его режущая способность нестабильна и постепенно снижается, что приводит к необходимости соответствующего снижения производительности бездефектного шлифования или (и) к ухудшению качества шлифованных деталей. Одним из путей повышения эффективности шлифования заготовок является очистка рабочей поверхности шлифовального круга. Очистка, осуществляемая несколько раз между правками круга, приводит к стабилизации режущей способности круга между правками, благодаря чему обеспечивается возможность увеличения производительности обработки и периода стойкости круга. Последнее приводит к сокращению числа правок и экономии кругов, а также к улучшению качества шлифованных деталей.

Технический результат - увеличение производительности бездефектного шлифования путем форсирования режима обработки и (или) увеличения периода стойкости шлифовального круга и сокращения тем самым числа правок при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, как и в известном способе очистки, к рабочей поверхности вращающегося шлифовального круга периодически прижимается абразивный брусок на эластичной связке, особенность при этом заключается в том, что силу прижима бруска к кругу определяют по математической зависимости

где С_к1, α, - коэффициенты;

τ_s - напряжение сдвига при диспергировании зерном бруска налипа на зерне круга, Па;

а_н - высота налипа, м;

К_з - коэффициент засаливания, равный отношению площади налипов на зерне круга к площади площадки затупления на зерне;

z₀ - число абразивных зерен на единице поверхности круга 1/м²;

l₂ - размер площадки затупления на зерне круга, м;

Н - высота рабочей поверхности шлифовального круга, м;

h_и - суммарная величина износа зерна круга и скалывания его при правке, м;

h₃ - глубина засаливания шлифовального круга, м;

d_o - средневероятный размер зерен бруска, м;

К_у - коэффициент, определяемый по формуле

где β - угол сдвига при диспергировании материала налипа, град.;

ϕ_s - угол внутреннего трения, град.;

К - коэффициент, равный 0,8-1,2.

Если сила, с которой брусок прижимают к кругу, окажется ниже значения, определяемого по вышеприведенной зависимости, то диспергирование материала налипов будет осуществляться недостаточно эффективно. Большая сила приведет к интенсивному изнашиванию и затуплению зерен круга, что снизит эффективность процесса шлифования.

Схематизируя взаимодействующие при очистке объекты, абразивные зерна круга и бруска представили в виде усеченных пирамид с площадками затупления. Подобное представление широко используется при моделировании абразивных инструментов и процесса шлифования. Зерна бруска диспергируют налипы, образовавшиеся на площадках затупления зерен круга, расположенных на некотором расстоянии от вершины наиболее выступающего зерна. Приняли допущение, что физико-механические свойства материала налипа не отличаются от соответствующих свойств материала шлифуемой заготовки.

Для расчета силы прижима Q определили площадь налипов металла, удаляемых всеми режущими зернами бруска в плоскости, параллельной оси круга, предположив, что налипы образовались на площадках затупления зерен круга, расположенных на расстоянии h₃ от вершины наиболее выступающего зерна. Суммарный размер налипов в плоскости, параллельной оси круга,

где l₂/2 - математическое ожидание размера площадки затупления на зерне круга в этой плоскости, м;

z(h₃) - число зерен круга, расположенных в рассматриваемой плоскости на расстоянии h_з от вершины наиболее выступающего зерна [Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. - Саратов: Изд. Сарат. унив., 1975. - 191 с. Островский В. И. Теоретические основы процесса шлифования. - Л.: Изд. ЛГУ, 1981. - 144 с.]

Площадь налипов в рассматриваемой плоскости

F_н=а_н·L_н.

Сила прижима бруска к кругу определится по зависимости

Q=K·τ_s·F_н·K_y·K_з.

Подставив в последнюю зависимость выражение для расчета F_н, получим выражение

Расчет силы Q выполнили для очистки круга 16-ой зернистости (d₀=160 мкм; z₀=23,41/мм²) высотой Н=20 мм с площадками затупления на зернах l₂=50 мм, на которых появились налипы высотой а_н=2 мкм; τ_s=1370·10⁶ Па; μ_s=0,38; β=21°; ϕ_s=21°; С_к1=4,1; α=2,75; h_и=25 мкм; h_з=10 мкм; К_з=1. Согласно расчету Q=1,92-2,88 Н.

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 заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе очистки шлифовального круга и изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа очистки. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом для специалиста 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 ее вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

При достижении определенной степени засаливания и затупления рабочей поверхности шлифовального круга, вращающегося с рабочей скоростью, к ней подводят и прижимают инструмент для очистки, выполненный в виде абразивного бруска на эластичной связке. Абразивные зерна бруска удаляют налипы металла обрабатываемой заготовки с абразивных зерен шлифовального круга. За счет упругих свойств эластичной связки инструмента очищаются зерна круга, расположенные на удалении от условной наружной поверхности последнего. Использование оптимальной силы прижима бруска к рабочей поверхности круга позволяет осуществлять диспергирование налипов на зернах круга без образования на них площадок затупления. Очистка рабочей поверхности шлифовального круга обеспечивает повышение производительности шлифования при обеспечении заданного качества шлифованных деталей. Повышение производительности шлифования достигается за счет форсирования режима обработки и (или) увеличения периода стойкости шлифовального круга и сокращения тем самым числа правок.

Экспериментальные исследования провели при плоском маятниковом шлифовании заготовок из стали 5ХНМ кругом 1-200*20*32 25А16ПСТ26К2. Рабочая скорость круга составляла 35 м/с, скорость продольной подачи 10 м/мин, врезная подача 0,01 мм/дв. ход. В зону шлифования подавали 3% раствор продукта Синхо-6 с расходом 10 дм³/мин. Рабочую поверхность круга очищали брусками из электрокорунда белого 24А на эпоксидной связке. Бруски прижимали к шлифовальному кругу 3 раза за период стойкости.

В качестве критериев оценки эффективности процесса шлифования использовали период стойкости шлифовального круга τ_s и интенсивность роста составляющих силы шлифования и , где и - разность между максимальными и минимальными значениями составляющих Р_у и P_z силы шлифования при обработке партии заготовок. Результаты исследований представлены в таблице.

Из полученных результатов следует, что если при очистке круга брусок прижимать к его рабочей поверхности с силой, определяемой по предлагаемой зависимости, то процесс шлифования характеризуется максимальным периодом стойкости шлифовального круга и минимальными значениями интенсивностей роста составляющих силы шлифования. Если сила прижима отлична от значения, определенного по зависимости, то эффективность процесса шлифования ниже.

ТаблицаСила прижима бруска к кругу, НПериод стойкости шлифовального круга τ_s, минИнтенсивность роста составляющих силы шлифования, Н/мин  ,1,06,01.61,202,08,41,20,822,49,01.10,782,68,51,10,824,07,01,51,12

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа очистки шлифовального круга следующей совокупности условий:

- способ очистки шлифовального круга, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в машиностроении, а именно на операциях шлифования заготовок из материалов, обладающих высокой пластичностью, вязкостью и адгезионной активностью;

- для заявленного способа очистки шлифовального круга 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;

- способ очистки шлифовального круга, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях шлифования заготовок из вязких, пластичных и адгезионно-активных материалов. К рабочей поверхности засаленного шлифовального круга прижимают инструмент для очистки в виде абразивного бруска на эластичной связке. Абразивные зерна бруска удаляют налипы металла обрабатываемой заготовки с зерен круга, расположенных на различном расстоянии от условной наружной поверхности круга. Силу прижима бруска к кругу определяют по расчетной формуле в зависимости от напряжения сдвига при диспергировании зерном бруска налипа на зерне круга, высоты налипа, числа абразивных зерен на единице поверхности круга, размера площадки затупления на зерне круга, высоты рабочей поверхности круга, суммарной величины износа зерна круга и скалывания его при правке, глубины засаливания круга и т.д. Такие действия увеличивают производительность бездефектного шлифования путем форсирования режима обработки и/или увеличения периода стойкости круга и сокращают число правок. 1 табл.

Способ очистки шлифовального круга, включающий прижим к рабочей поверхности вращающегося шлифовального круга абразивного бруска на эластичной связке, отличающийся тем, что силу прижима бруска к кругу определяют по зависимости

где С_k1,α -коэффициенты, равные соответственно 4,1 и 2,75;

τ_s - напряжение сдвига при диспергировании зерном бруска налипа на зерне круга, Па;

а_н - высота налипа, м;

К_з - коэффициент засаливания, равный отношению площади налипов на зерне круга к площади площадки затупления на зерне;

z_о - число абразивных зерен на единице поверхности круга, 1/м²;

l₂ - размер площадки затупления на зерне круга, м;

H - высота рабочей поверхности шлифовального круга, м;

h_и - суммарная величина износа зерна круга и скалывания его при правке, м;

h_з - глубина засаливания шлифовального круга, м;

d₀ - средневероятный размер зерен бруска, м;

К - коэффициент, равный 0,8-1,2;

К_у - коэффициент, определяемый по формуле

где β - угол сдвига при диспергировании материала налипа, град.;

ϕ_s - угол внутреннего трения, град.