Составной абразивный круг
Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к шлифованию и тонкому шлифованию, и может быть использована в различных отраслях машиностроения при абразивной обработке вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрической формы и качеством обрабатываемой поверхности. Задачей полезной модели является повышение прочности абразивного круга и определение оптимальной длины стержней, устанавливаемых в основной абразивной массе круга. Технический результат достигается тем, что в составном абразивном круге, состоящем из абразивной массы разной зернистости в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены конические стержни, выполненные из абразива основной с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1 и имеющие в основании диаметр dст =(0,12-0,15)B, длину lст=5dст:, конусность 1:10, с выходом меньшего диаметра на периферию круга и расстоянием между осями стержней L=1,2dст, где B - высота круга; при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3dст и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах диаметром
Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к шлифованию и тонкому шлифованию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при абразивной обработке вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрической формы и качеством обрабатываемой поверхности.
Известен абразивный круг с переменной плотностью абразивной массы в каждом из поперечных его сечений, увеличивающейся с уменьшением его радиуса, при этом с целью повышения качества обработки за счет равномерности износа инструмента вдоль образующей круг выполнен конической формы и с переменной зернистостью абразивной массы, уменьшающейся с уменьшением радиуса инструмента (см. авторское свидетельство 
1645124, B24D 17/00, Бюл. 16, 1991).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, является наличие абразива с переменной зернистостью абразивной массы.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: сложность технологии изготовления абразивного круга, низкая эффективность обработки поверхностей деталей из вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов с высокой точностью геометрических форм из-за отсутствия четко выраженной зависимости величины размера зерна от твердости абразивного материала, невысокая скорость резания.
Известен абразивный круг, выполненный из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах (см. патент РФ 2282531, МПК B24D 5/14, Бюл. 24, 2006).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: наличие абразива с переменной зернистостью абразивной массы, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости; при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: неизвестны размеры стержней и соотношение в них основной абразивной массы и абразива большей зернистости и повышенной твердости, а также шаг синусоиды, образуемой стержнями на периферии круга, и невысокая скорость резания из-за вырывания центробежными силами стержней из основной абразивной массы вследствие их непрочной связи.
За прототип принят известный абразивный круг, выполненный из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, диаметр стержней dст принимается равным (0,10-0,12) высоты круга, шаг вдоль синусоиды составляет 3 dст, а соотношение в стержне основной абразивной массы одной зернистости и абразива большей зернистости и повышенной твердости принимается равным 2:1 (см. патент на полезную модель 98705, МПК B23D 5/14, Бюл. 30, 2010).
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого составного абразивного круга является выполнение его из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3dст и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах.
Причиной, препятствующей поставленной задаче, является не высокая скорость резания из-за вырывания центробежными силами стержней из основной абразивной массы вследствие их непрочной связи.
Задачей полезной модели является повышение прочности связи стержней с основной абразивной массой и увеличение скорости резания при использовании абразивного круга.
Технический результат достигается тем, что стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр dст=(0,12-0,15)B, длину dст=5dст и конусность 1:10, причем стержни установлены с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней равно L=1,2dст , где В - высота круга.
Для достижения технического результата составной абразивный круг выполняется из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3dст и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, а сами стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр dст =(0,12-0,15)B, длину lст=5dст и конусность 1:10, причем стержни установлены с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней равно L=1,2d ст, где B - высота круга.
Исходя из конструкции составного абразивного круга, выполненного из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещаются стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости при соотношении 2:1, при этом стержни размещаются с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3dст и постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах, а сами стержни выполнены в виде усеченных конусов, имеющих в основании диаметр dст =(0,12-0,15)B, длину lст=5dст и конусность 1:10, причем устанавливаются стержни с выходом меньшего диаметра на периферию круга, а расстояние между осями стержней принимается равным L=1,2dст (где B - высота круга), изготовление составного абразивного круга осуществляется в следующей последовательности. Форма с установленной в ней стальной ступицей с наружным диаметром d заполняется требуемой (основной) абразивной массой; после этого масса предварительно спрессовывается и в ней формируются углубления под конические стержни, имеющие в основании диаметр dст =(0,12-0,15)B (где B - высота круга), длину lст=5d ст и конусность 1:10, на расстоянии L=1,2dст по заданной кривой (например, синусоиде) с шагом 3dст таким образом, чтобы меньший диаметр конусного стержня выходил на периферию круга; затем, развернув и открыв форму, в созданные в основной абразивной массе углубления закладываются предварительно выполненные (опрессованные) конические стержни диаметром d ст длиной lст из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистостью и повышенной твердости в соотношении 2:1; далее форма полностью заполняется основной абразивной массой, окончательно спрессовывается и подвергается обжигу. При этом используется основная абразивная масса и абразивная масса стержней с одними связующими компонентами, что также обеспечивает высокие прочностные характеристики составного абразивного круга.
Изготовленный составной абразивный круг устанавливается на шпинделе шлифовального станка. Отличительная особенность его заключается в том, что при вращении круга в зоне обработки возникают микроудары и микровибрации, которые происходят при входе крупнозернистого и более твердого абразива в соприкосновение с поверхностью обрабатываемой детали при постоянно меняющихся зонах контакта. За счет этого улучшается процесс резания, уменьшаются технологические остаточные напряжения в материале поверхностного слоя детали, значительно уменьшается засаливание инструмента, особенно при обработке вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости материалов. Это положительно влияет на повышение точности геометрических форм детали и производительность обработки в целом, а установка в основной массе круга конических стержней с выходом меньшей стороны на периферию круга повышает прочность их сцепления с основной абразивной массой и противодействует выбрасыванию их центробежным силам, что способствует повышению прочности составного абразивного круга и обеспечивает возможность работы его на более высоких скоростях резания.
Для определения оптимальных размеров конусных стержней и расстояния между их осями при установке в составном абразивном круге были выполнены испытания кругов с различными параметрами установленных в них стержней. Абразивные круги размером 400x60x127 мм изготавливались из электрокорунда белого 25А зернистости 20 (основная абразивная масса), а стержни изготавливали из электрокорунда 25А зернистости 20 с добавлением в основную абразивную массу электрокорунда хромтитанистого 95А повышенной твердости и зернистости 40 в соотношении 2:1. При изготовлении составных абразивных кругов использовалась связка керамическая К1.
Испытания составных абразивных кругов на прочность и эффективность проводились на круглошлифовальном станке мод. 3М151, оборудованном специальным защитным кожухом. Обработке подвергались цилиндрические образцы из стали 12Х2Н4А, имеющие ступень диаметром 36 мм и длиной 50 мм. Шлифование этих ступеней осуществлялось по методу врезания с поперечной подачей Sпоп=0,6 мм/мин и скоростью вращения обрабатываемого образца Vд=0,36 м/с. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5-процентный водный раствор эмульсола Укринол-1. Оценочными показателями при испытаниях составных абразивных кругов были приняты максимальная скорость вращения круга V max, при которой не происходило его разрушение, и показатели качества обработанной поверхности детали: параметр шероховатости Ra, величина технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя аост и относительная площадь поверхности детали AS, подвергнутая прижогу. Результаты испытаний приведены в таблице 1, из анализа которой видно, что наилучшие показатели по максимальной скорости вращения круга Vmax и показателям качества поверхностного слоя обработанных цилиндрических образцов из стали 12Х2Н4А Ra, 
ост и 
S были получены при использовании составных абразивных кругов, у которых были установлены конусные стержни, имеющие в основании диаметр dст=(0,12-0,15)B, длину l ст=5dст, конусность 1:10 и расстояние между осями L=l,2dст, где B - высота круга.
Проведены сравнительные испытания абразивных кругов, изготовленных по прототипу (см. патент на полезную модель 98705, МПК B23D 5/14, Бюл. 30, 2010) и по предлагаемой полезной модели со следующими характеристиками: диаметр стержней dст=8 мм; длина стержней lст=40 мм; меньший диаметр стержней составлял 5,5 мм; расстояние между осями стержней у основания - 10 мм; шаг синусоиды - 24 мм. Абразивные круги размером 400×60×127 мм изготавливались из электрокорунда белого 25А зернистости 20 (основная абразивная масса), а стержни изготавливали из электрокорунда 25А зернистости 20 с добавлением в основную абразивную массу электрокорунда хромтитанистого 95А повышенной твердости и зернистости 40 в соотношении 2:1. При изготовлении абразивных кругов использовалась связка керамическая K1.
Сравнительные испытания кругов на прочность и эффективность проводились на круглошлифовальном станке мод. 3М151, оборудованном специальным защитным кожухом. Обработке подвергались цилиндрические образцы из сталей 12Х2Н4А, 20ХH2МA и 60ГСА, имеющие ступень диаметром 36 мм и длиной 50 мм. Шлифование этих ступеней осуществлялось по методу врезания с поперечной подачей Sпоп=0,6 мм/мин и скоростью вращения обрабатываемого образца Vд=0,36 м/с. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5 - процентный водный раствор эмульсола Укринол-1. Оценочными показателями при испытаниях абразивных кругов были приняты максимальная скорость вращения круга V max, при которой не происходило его разрушение, и показатели качества обработанной поверхности детали: Ra, ост и S. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2, из анализа которой следует, что составные абразивные круги, изготовленные по предлагаемой полезной модели, имеют более высокую прочность, позволяющую выполнять обработку поверхностей деталей из вязких труднообрабатываемых и повышенной твердости сталей на скоростях в 1,4-1,6 раза выше, чем при использовании абразивных кругов, изготовленных по прототипу (см. патент на полезную модель 98705, МПК B23D 5/14, Бюл. 30, 2010). При этом достигается более высокое качество обработанной поверхности детали по показателям Ra, ост и S.
Составной абразивный круг, выполненный из абразивной массы разной зернистости, в котором в основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твёрдости при соотношении 2:1, при этом стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с шагом вдоль синусоиды 3dcт, отличающийся тем, что стержни выполнены в виде усечённых конусов, имеющих в основании диаметр dcт =(0,12-0,15)В, длину lст=5dcт и конусность 1:10, причём стержни установлены с их выходом на периферию круга меньшим диаметром, а расстояние между осями стержней равно L=1,2d cт, где В - высота круга.
