Способ изготовления абразивных изделий Советский патент 1988 года по МПК B24D18/00 

со

Oi 4 4

cm

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, преимущественно, для финишной обработки труднообрабатываемых материалов.

Цель изобретение - повышение качест- ва абразивного изделия.

Способ изготовления абразивных изделий включает приготовление шихты из керамических материалов, например электрокорунда, и последующее двухстадийное прессование заготовки путем статического прессования до плотности 0,6-0,7 от плотности готового изделия и последующего динамического нагружения заготовки ударной волной мощностью 0,75-1,00 МВт/г веса керамического материала (порошка электро- корунда). Процесс изготовления абразивного изделия завершают термической обработкой его при 1800-1850°С в течение 2-4 ч. Динамическое нагружение повторяют 5-7 раз, используя электрогидравлический удар.

Формообразование из шихты изделий в две стадии позволяет получить более упорядоченную структуру абразивного изделия. Статическое прессование, проводимое на первой стадии, позволяет улучшить условия прохождения ударной волны в среде, так как скорость распространения ударной волны (скорость звука) связана с плотностью среды прямо пропорционально. При динамическом нагружении шихты электрогидравлической ударной волной на второй стадии формообразования происходит дальнейшее уве.тичение плотности абразивного изделия и, кроме того, зарождается процесс пластической деформации зерен шихты и, как следствие, возникают и интенсивно развиваются контактные поверхности зерен. Образование разви- тых контактных поверхностей объясняется механическим соединением отдельных зерен шихты и зарождением процесса поверхностной диффузии, когда взаимное притяжение отдельных зерен обусловливается атомными связями. При неоднократном повто- рении динамического нагружения происходит перераспределение размеров зерен в абразивном изделии. Распределение размеров зерен приближается к равномерному, зерна при обретают игольчатую форму. Такая форма режуших зерен абразивного изделия является наиболее предпочтительной для финишной обработки вследствие налняия развитой режущей поверхности зерен. При последующей термической обработке диффузия по контактным поверхностям зерен протекает более интенсивно, в местах контакта отдельных зерен, образуются шейки, рост, которых продолжается до тех пор, пока не исчезнут остаточные напряжения, возникшие в результате динамического нагружения при формообразовании шихты.

При динамическом нагружении электрогидравлической ударной волной удельной мощности менее 0,75 МВт/г веса приготовлен0

0 г /j 5 0 5

ной щихты с количеством циклов нагружения менее 5 прессовка получается рыхлой, с большим количеством поверхностных и объемных дефектов, а в некоторых случаях рассыпается в порошок. Размер зерен, полученных при таких условиях прессовок, лежит в пределах 0,67-0,82 от зернистости исходного керамического порошка, относительная пористость в пределах 10-14,5 об.% и форма зерен близка к шару (коэффициент изометрии в пределах 0,76-0,66). Использование такого инструмента в металлообработке не дает выигрыша по сравнению с используемым в промышленности инструментом, а в ряде случаев известные технические решения обеспечивают лучшие результаты.

При динамическом нагружении прессовки электрогидравлической ударной волной удельной мощности более 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты с числом циклов более 7 прессовка получается излишне плотной, с малым количеством пор, зернистость такого инструмента на 28-30% меньше зернистости исходного керамического порошка. Вследствие интенсивного дробления зерен их форма приближается к сферической, что снижает эффективность обработки металлов. Абразивные изделия, изготовленные указанным способом, не обеспечивают высокой производительности обработки.

Испытания абразивного изделия, полученного предлагаемым способом, проводят при обработке стали 40Х в состоянии нормализации (НВ 229) методом электрохимического шлифования с выносным катодом- инструментом. При обработке используется электролит состава, мас.%: .NaNOa 20%; NaNO2 0,2; Н2О 79,8. Электрохимическое шлифование осуществляют гфи следующих режимах обработки: плотность технологического тока 5,0 рабочее напряжение 12 В; скорость вращения шлифовального круга 20 м/с; скорость вращения детали 50 м/мин; продольная подача 5,0 м/мин; поперечная, подача круга 12 мкм/дв.х.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия приготавливают шихту из порошка электрокорунда одной зернистости, например 250 мкм (от 200 до 250 мкм по ГОСТ 3647-80). Засыпают приготовленную шихту в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 30 с. Плотность прессовки составляет 0,6 плотности готового изделия. Затем,не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,75 МВт/г веса приготовленной шихты. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из пресс- формы и подается в печь для термообработки. Прессовка имеет незначительные сколы на острых кромках. Термическая обработка проводится при 1800°С в течение 2 ч.

Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 50 МПа, при испытаниях методом электрохимического шлифования указанное абразивное изделие позволяет достичь производительности обработки на описанных режимах до 1100 мм /мин. Износ абразивного изделия 16 . Абразивное изделие, полученное таким образом, можно использовать для финишной обработки. Производительность обработки

Плотность прессовки составляет 0,3 от плотности готвого изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят однократное динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мош.ности 0,70 МВт/г веса приготовленной шихты. Полученную прессовку извлекают из пресс- формы. Дальнейшую обработку абразивного изделия проводить нецелесообразно, так как прессовка не держит форму. Полученное при

при использовании описанного абразивного 0 описанных режимах изделие применять для изделия по сравнению с известным состав-финишной обработки нельзя.

ляет 102%, износ инструмента уменьшается в 1,31 раза.

Пример 2. Шихту, приготовленную по приПример 5. Шихту, приготовленную по примеру I, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 60 с.

меру 1, засыпают в пресс-форму и проводят Плотность прессовки составляет 0,7 от плот- статическое прессование в течение 40 с.ности готового изделия. Затем, не снимая Плотность прессовки составляет 0,64 от плотности готового изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической

ударной волной удельной мош.ности 20 гружение повторяют 8 раз при неизмен- 0,87 МВт/г веса приготовленной шихты. Ди-н ой мош,ности. Затем прессовка извлеканамическое нагружение повторяют 6 раз приется из пресс-формы и подается в печь

неизменной мош,ности. Затем прессовка из-для термообработки. Прессовка хорошо дервлекается из пресс-формы и подается в печьжит форму, сколов и видимых трешин не

для термообработки. Прессовка имеет не- с имеет. Термическая обработка проводится

статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мошности 1,05 МВт/г веса приготовленной ши.хты. Динамическое назначительные единичные сколы на острых кромках. Термическая обработка проводится при 1825°С в течение 3 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 55 МПа, при испытаниях методом

при 1900°С в течение 5 часов. Полученное абразивное изделие для использования в металлообработке непригодно, так как при термообработке происходит его частичное расплавление и на поверхности не остается

электрохимического шлифования достигает- ЗО режуш,их зерен.

сяпроизводительность обработкиАналогично описанным примерам прово1150 , что в 2,3 раза выше производительности известного. Износ абразивного изделия 14 , что в 1,8 раза ниже износа известного.

Пример 3. Шихту, приготовленную по при- 35 гружения, температурой меру 1, засыпают в пресс-форму и прово-термической обработки.

дят эксперименты по изготовлению абразивных изделий с различными длительностью статического прессования, количеством циклов и удельной мощностью динамического наи длительностью

дят статическое прессование в течение 50 с. Плотность прессовки составляет 0,7 от плотности готового изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты. Динамическое нагружение повторяют 7 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из пресс-формы и подается в печь для термообработки. Прессовка хорошо держит форму, сколов и видимых трещин не имеет. Термическая обработка проводится при 1850°С в течение 4 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 60 МПа, при испытаниях методом электрохимического шлифования достигается производительность обработки 1200 , что в 2,4 выше, чем при использовании известного. Износ изделия 14 , что в 1,8 раза ниже, чем при использовании известного инструмента.

Пример 4. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 20 с.

Плотность прессовки составляет 0,3 от плотности готвого изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят однократное динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мош.ности 0,70 МВт/г веса приготовленной шихты. Полученную прессовку извлекают из пресс- формы. Дальнейшую обработку абразивного изделия проводить нецелесообразно, так как прессовка не держит форму. Полученное при

описанных режимах изделие применять для финишной обработки нельзя.

Плотность прессовки составляет 0,7 от плот- ности готового изделия. Затем, не снимая

гружение повторяют 8 раз при неизмен- н ой мош,ности. Затем прессовка извлекастатической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мошности 1,05 МВт/г веса приготовленной ши.хты. Динамическое на имеет. Термическая обработка проводится

при 1900°С в течение 5 часов. Полученное абразивное изделие для использования в металлообработке непригодно, так как при термообработке происходит его частичное расплавление и на поверхности не остается

гружения, температурой термической обработки.

дят эксперименты по изготовлению абразивных изделий с различными длительностью статического прессования, количеством циклов и удельной мощностью динамического наи длительностью

0

5

В табл. 1 приведены результаты экспериментов по определению интервала статического прессования.

Как следует из табл. 1, оптимальное время статического прессования находится в пределах 30-50 с. При статическом прессовании в течение менее 30 с плотность прессовки составляет 0,3 от плотности готового изделия и в прессуемой шихте не создаются условия, достаточные для последующего динамического нагружения. Относительная пористость шихты в пресс-форме 16 об.%, что близко к насыпной плотности керамического порошка. Как известно, скорость звука в порошке мала и удар,- ная волна затухает, не успев пройти через прессуемый материал. При статическом прессовании в течение более 50 с плотность прессовки равна 0,7 от плотности готового изделия и является постоянной величиной, не зависящей от времени прессования. 5 Поскольку увеличение времени статического прессования более 50 с не дает выигрыша в качестве прессовки, нецелесообразно увеличивать время статического прессования

0

выше интервала 30-50 с (плотность прессовки 0,6-0,7 от плотности готового изделия).

В табл. 2 приводятся результаты экспериментов по определению диапазона оптимальных режимов динамического нагру- жения прессуемого абразивного изделия.

Как следует из табл. 2, оптимальная удельная мощность динамического нагру- жения находится в пределах 0,75 - 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты, а оптимальное количество циклов нагружения 5-7.

При динамическом нагружении электрогидравлической ударной волной удельной МОШ.НОСТИ менее 0,75 МВт/г веса приготовленной шихты с количеством циклов нагружения менее 5 прессовка получается рыхлой, с большим количеством поверхностных и объемных дефектов, а в некоторых случаях рассыпается в порошок. Размер зерен, полученных при таких условиях прессовок, лежит в пределах 0,67-0,82 от зернистости исходного материала, относительная пористость в пределах 10-14 об.% и форма зерен близка к шару (коэффициент изо- метрии равен 0,76-0,66).

.При дин амическом нагружении прессовки электро гидравллческой ударной волной удельной мощности более 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты с количеством циклов нагружения более 7 прессовка получается излишне плотной, с малым количеством пор, зернистость такого инструмента на 28- 30% меньше зернистости исходного керамического порошка. Вследствие интенсивного дробления зерен их форма приближается к сферической, что снижает эффективность обработки металлов таким инструментом. Абразивные изделия, изготовленные указанным способом, не обеспечивают высокой производительности обработки, стойкость описанных абразивных изделий выше, чем стойкость известных на 70-90%.

0

0

5

0

5

0

В табл. 3 приведены результаты определения оптимальных режимов термической обработки.

Из табл. 3 видно,что термическую обработку следует проводить при 1800-1850°С в течение 2-4 ч.

При температуре с пекания менее 1800°С и длительности термообработки менее 2 ч абразивные изделия обладают низкой прочностью и, как следствие, непригодны для использования при обработке металлов.

При температуре спекания более 1850°С увеличивается вероятность расплавления абразивного изделия, так как температура становится близкой к температуре плавления исходного керамического порошка. При увеличении времени, термообработки сверх 4 ч также увеличивается вероятность расплавления абразивного изделия. Кроме того, при увеличении времени термообработки более 4 ч резко снижается объемная пористость абразивных изделий вследствие «усадки, которая может достигать 7-12%.

Формула изобретения

1.Способ изготовления абразивных изделий, при котором при формообразовании заготовки на порошок электрокорунда оказывают динамическое нагружение ударной волной, после чего заготовку подвергают термической обработке, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделия, формообразование порошка электрокорунда ведут сначала при статическом нагружении до плотности 0,6-0,7 от плотности готового изделия, мощность ударной волны выбирают 0,75-1,00 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при 1800- 1850°С в течение 2-4 ч, при этом воздействие ударной волной повторяют 5-7 раз при постоянной ее мощности.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что динамическое нагружение обеспечивают электрогидравлической ударной волной.

Изобретение относится к производству абразивного инструмента. Цель изобретения - повысить качество абразивного изделия. Формообразование абразивного инструмента ведут в две стадии, первая из которых включает статическое прессование до обеспечения плотности 0,6-0,7 от плотности готового изделия. На второй стадии на полученную заготовку воздействуют ударной волной с мощностью 0,75-1,00 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при температуре 1800-1850°С в течение 2- 4 ч. Вторая стадия повторяется 5-7 раз. Динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной. 1 з.п. ф-лы, 3 табл. (О

порошок на 30- на 10- на 4- на 4- 50 час- 13 час-8 час- 8 частей тей тей тей

0,96 0,87 0,85 0,83 0,83

16 15,2 15,0 14,8 14,8

0,3 0,6 0,64 0,7 0,7

Таблица

S о.

X са а

ЧЕХ

ф со о О. nj (U Ь

и а « о

,

ж

и я и J3

о л S Е- ЕХ

t- ш о о 1О о н с н о

к о о з: f- 2 ь о с Ч) о . S

ьс: ::г S а о