RU2240914C1

RU2240914C1 - Abrasive tool

Info

Publication number: RU2240914C1
Application number: RU2003111729/02A
Authority: RU
Inventors: В.В. Булавкин (RU); В.В. Булавкин; В.Х. Постаногов (RU); В.Х. Постаногов; Ю.Ф. Назаров (RU); Ю.Ф. Назаров; В.И. Ломаев (RU); В.И. Ломаев; н Г.Р. Сагател (RU); Г.Р. Сагателян
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ТЕХНОМАШ"
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: abrasive tool has rough and finishing disks which are interconnected and made of abrasive grains and binder composed of hollow spherical particles which occupy 40-50% of the tool volume. The abrasive grains occupy 50-65% of the tool volume and organic binder occupies 35-50% of the tool volume. The rough disk is provided with 1000-16000-

m grains and 50-80-

m hollow spherical particles. The finishing disk is provided with 400-500-

m grains and 20-25-

m hollow spherical particles.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 tbl

Description

Изобретение относится к инструментам для абразивной обработки труднообрабатываемых материалов, в частности жаропрочных и коррозионно-стойких сталей и сплавов.The invention relates to tools for abrasive processing of difficult to process materials, in particular heat-resistant and corrosion-resistant steels and alloys.

Известен абразивный инструмент [1], представляющий собой составные (склеенные) шлифовальные круги, состоящие из нескольких кругов: твердого - для предварительной обработки и мягкого - для чистового шлифования.Known abrasive tool [1], which is a composite (glued) grinding wheels, consisting of several circles: hard - for pre-treatment and soft - for fine grinding.

В результате анализа выполнения данного инструмента необходимо отметить, что при формировании резьбы на полную глубину (т.е. без предварительного формообразования резьбы лезвийным инструментом) применение твердого круга приводит к возникновению прижогов на обработанной поверхности вследствие того, что черновой круг работает в тяжелых условиях.As a result of the analysis of the performance of this tool, it should be noted that when threading to full depth (i.e., without preliminary shaping of the thread with a blade tool), the use of a hard circle leads to burns on the treated surface due to the rough circle working in difficult conditions.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является абразивный инструмент, выполненный в виде шлифовального круга [2], содержащего абразивные зерна, связку и тонкостенные электрокорундовые сферические частицы, причем величина сферических частиц равна 0,45-0,65 величины абразивных зерен, а их количество составляет 0,5-0,54 количества абразивных зерен при содержании последних 30-37 об.%.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed one is an abrasive tool made in the form of an grinding wheel [2] containing abrasive grains, a bunch and thin-walled electrocorundum spherical particles, and the magnitude of the spherical particles is 0.45-0.65 of the size of the abrasive grains, and their number is 0.5-0.54 the number of abrasive grains with a content of the last 30-37 vol.%.

В результате анализа выполнения данного инструмента необходимо отметить, что он не обеспечивает высокой производительности обработки при формообразования резьбы на полную глубину. Это обусловлено следующим.As a result of the analysis of the implementation of this tool, it should be noted that it does not provide high processing performance when shaping the threads to full depth. This is due to the following.

Производство электрокорундовых сферических частиц размерами свыше 100-200 мкм весьма сложно, а поскольку для высокопроизводительного шлифования резьбы на полную глубину наиболее целесообразно применять абразивные зерна размером 1 мм и более, то соотношение между размерами абразивных зерен и сферических частиц, указанное в источнике, принятое в наиболее близком аналоге, может быть обеспечено с большим трудом.The production of electrocorundum spherical particles larger than 100-200 μm in size is very difficult, and since it is most expedient to use abrasive grains of 1 mm or more for high-performance grinding of threads to full depth, the ratio between the sizes of abrasive grains and spherical particles indicated in the source, taken in the most close analogue can be provided with great difficulty.

Керамическая связка, примененная в наиболее близком аналоге, на тяжелых режимах шлифования, будучи хрупкой, не в состоянии гарантировать целостность шлифовального круга.The ceramic bond used in the closest analogue, in heavy grinding conditions, being brittle, is not able to guarantee the integrity of the grinding wheel.

Как показали проведенные эксперименты, содержание абразивных зерен, использованное в наиболее близком аналоге, явно недостаточно для обеспечения высокой скорости съема обрабатываемого материала, являющейся непременным условием шлифования резьбы на полную глубину.As the experiments showed, the abrasive grain content used in the closest analogue is clearly insufficient to ensure a high removal rate of the processed material, which is an indispensable condition for grinding the thread to full depth.

Задачей настоящего изобретения является разработка абразивного инструмента, обеспечивающего высокие производительность и качество обработанной поверхности, а также повышение износостойкости инструмента.The objective of the present invention is to develop an abrasive tool that provides high performance and quality of the machined surface, as well as increasing the wear resistance of the tool.

Поставленная задача решается тем, что в известном абразивном инструменте, содержащем скрепленные друг с другом черновой и чистовой круги, состоящие из абразивных зерен и связующего вещества, новым является то, что в связующее вещество дополнительно введены полые сферические частицы в количестве 40-50% от занимаемого им объема инструмента, абразивные зерна в компактированном состоянии образуют плотную упаковку и занимают 50-65% от объема инструмента, органическое связующее - 35-50% от объема инструмента, при этом в черновом круге размер абразивных зерен равен 1000-1600 мкм, полых сферических частиц - 50-80 мкм, а в чистовом - 400-500 мкм и 20-25 мкм соответственно.The problem is solved in that in a well-known abrasive tool containing bonded rough and finish circles, consisting of abrasive grains and a binder, the new thing is that hollow spherical particles are additionally introduced into the binder in an amount of 40-50% of the occupied tool volume, abrasive grains in a compacted state form a dense package and occupy 50-65% of the tool volume, an organic binder - 35-50% of the tool volume, while the size of the abrasive in the rough circle 's grains is 1000-1600 microns, hollow spherical particles - 50-80 microns, and in finishing - 400-500 microns and 20-25 microns respectively.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “новизна”.When conducting patent research, no solutions were found that are identical to the claimed, and therefore, the claimed invention meets the criterion of “novelty”.

Считаем, что сущность заявленного решения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”.We believe that the essence of the claimed solution does not follow explicitly from the known solutions, and therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Сведений, изложенных материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.The information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the invention.

Разработанная конструкция инструмента характеризуется высокой его твердостью, приближающейся к твердости кругов на керамической связке, при отсутствии хрупкости. Кроме того, за счет создания оптимальной пористой структуры связующего вещества обеспечивается диссипация энергии вибраций при шлифовании и повышение качества обработанной поверхности, при этом полностью исключена открытая пористость инструмента. Это приводит к тому, что органическая связка, работая в среде СОЖ, не теряет своих адгезионных свойств, обеспечивая повышение износостойкости инструмента.The developed tool design is characterized by its high hardness, approaching the hardness of circles on a ceramic bond, in the absence of fragility. In addition, due to the creation of an optimal porous structure of the binder, the vibration energy is dissipated during grinding and the surface quality is improved, while the open porosity of the tool is completely eliminated. This leads to the fact that the organic binder, working in a coolant environment, does not lose its adhesive properties, providing an increase in tool wear resistance.

Такой механизм поддержания исходной (требуемой) формы рабочей части абразивного инструмента отличается от известного, при котором исходная форма поддерживается за счет прочности связки. Как уже было указано выше, при введении полых сферических частиц в соответствии с источником [2] количество связки становится недостаточным для обеспечения высокой твердости инструмента (шлифовального круга). Разработанный абразивный инструмент обеспечивает повышение твердости и износостойкости абразивного круга за счет того, что органическое связующее вещество в качестве наполнителя содержит мелкодисперсный порошок, каждая частица которого представляет собой полую сферу. При этом выделяющееся в процессе шлифования тепло частично переходит в энергию деформирующихся (увеличивающихся в диаметре) полых сферических частиц, что снижает температуру, до которой нагревается инструмент, а это, в свою очередь, обеспечивает сохранение исходной формы профилированного шлифовального круга на органической связке.Such a mechanism for maintaining the initial (required) form of the working part of the abrasive tool differs from the known one, in which the original form is maintained due to the strength of the bond. As mentioned above, with the introduction of hollow spherical particles in accordance with the source [2], the amount of ligament becomes insufficient to ensure high hardness of the tool (grinding wheel). The developed abrasive tool provides an increase in the hardness and wear resistance of the abrasive wheel due to the fact that the organic binder contains finely divided powder as a filler, each particle of which is a hollow sphere. In this case, the heat released during grinding partially transfers into the energy of deformable (increasing in diameter) hollow spherical particles, which reduces the temperature to which the tool heats up, and this, in turn, ensures the preservation of the initial shape of the shaped grinding wheel on an organic bond.

Следовательно, проявляется новое свойство - снижение температуры шлифования за счет перехода тепловой энергии в энергию деформации полых сферических частиц.Consequently, a new property is manifested - a decrease in grinding temperature due to the transfer of thermal energy to the deformation energy of hollow spherical particles.

Плотная упаковка абразивных зерен, т.е. равенство их объема в компактированном состоянии объему инструмента, необходима для создания требуемой жесткости инструмента что позволяет обеспечить точность формообразования резьбы на полную глубину за один проход инструмента. Теоретическая величина объемной доли полых сферических частиц одного диаметра при плотной кубической упаковке составляет 67%. Для абразивных порошков одной зернистости считается, что плотная упаковка соответствует объемному содержанию абразивных зерен 62%. Уменьшение объемной доли абразивных зерен относительно величины, соответствующей их плотной упаковке, приводит к деформациям обрабатывающей поверхности шлифовального круга и к снижению точности формы обработанной поверхности на детали.Tight packing of abrasive grains, i.e. the equality of their volume in a compacted state to the volume of the tool is necessary to create the required rigidity of the tool, which allows to ensure the accuracy of the formation of threads to full depth in one pass of the tool. The theoretical value of the volume fraction of hollow spherical particles of the same diameter with dense cubic packaging is 67%. For abrasive powders of the same grain size, it is believed that dense packaging corresponds to a volume content of abrasive grains of 62%. A decrease in the volume fraction of abrasive grains relative to the value corresponding to their close packing leads to deformations of the machining surface of the grinding wheel and to a decrease in the accuracy of the shape of the machined surface on the part.

Применение органического связующего вещества в сочетании с наполнителем в виде полых сферических частиц способствует демпфированию, вибрации, возникающей при шлифовании. При этом увеличение объемной доли полы сферических частиц относительно оптимально диапазона приводит к тому, что доля собственно связующего вещества уменьшается, и оно уже не в состоянии деформировать (растягивать) полые сферических частицы, переводя тепловую энергию в энергию деформации этих частиц.The use of an organic binder in combination with a filler in the form of hollow spherical particles contributes to damping, vibration that occurs during grinding. At the same time, an increase in the volume fraction of the floor of spherical particles relative to the optimal range leads to the fact that the proportion of the binder itself decreases, and it is no longer able to deform (stretch) the hollow spherical particles, converting thermal energy into the deformation energy of these particles.

Уменьшение же объемной доли полых сферических частиц относительно оптимально диапазона приводит к уменьшению эффекта перевода тепловой энергии в механическую энергию деформированных частиц вследствие уменьшения общего количества последних.A decrease in the volume fraction of hollow spherical particles relative to the optimal range leads to a decrease in the effect of the transfer of thermal energy into the mechanical energy of deformed particles due to a decrease in the total number of the latter.

Размеры полых сферических частиц должны находиться в оптимальном диапазоне. При превышении размерами частиц оптимального диапазона абразивные зерна при компактировании перестают обеспечивать плотную упаковку, что приводит к разламыванию частиц в процессе прессования инструмента. Если размеры полых сферических частиц меньше значений оптимального диапазона, то уменьшается эффект снижения температуры шлифования за счет перехода части тепловой энергии в механическую энергию деформированных частиц.The dimensions of the hollow spherical particles should be in the optimal range. When the particle sizes exceed the optimal range, abrasive grains during compacting cease to provide tight packing, which leads to breaking of the particles during the pressing of the tool. If the dimensions of the hollow spherical particles are smaller than the optimal range, then the effect of lowering the grinding temperature decreases due to the transfer of part of the thermal energy into the mechanical energy of the deformed particles.

Таким образом, для достижения высокой производительности и качества обработанной поверхности, включая точность формы обработанной поверхности, достаточно создать плотную упаковку абразивных зерен, связанных органическим связующим веществом, наполненным полыми сферическими частицами, имеющими оптимальный размер и образующие оптимальную концентрацию в органическом связующем.Thus, in order to achieve high productivity and quality of the treated surface, including the accuracy of the shape of the treated surface, it is enough to create a dense package of abrasive grains bound by an organic binder filled with hollow spherical particles having an optimal size and forming an optimal concentration in the organic binder.

Достоинством инструмента также является снижение массы шлифовального круга на 10-15%.The advantage of the tool is also a decrease in the mass of the grinding wheel by 10-15%.

Технология изготовления таких кругов известна, она не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыта.The manufacturing technology of such circles is known, it is not subject to patent protection and, therefore, is not disclosed in the application materials.

В качестве примера приводятся составы абразивных инструментов, состоящих из абразивных зерен (для чернового круга - циркониевый электрокорунд зернистостью 1250-1600 мкм, а для чистового круга - белый электрокорунд зернистостью 400-500 мкм), органического связующего вещества (для чернового круга - горячего прессования, а для чистового круга - холодного прессования) и полых сферических частиц с толщиной стенки 0,5-1 мкм (для чернового круга размером 50-80 мкм, а для чистового круга - размером 20-25 мкм) при содержании абразивных зерен 50-65% по объему от объема инструмента и содержании полых сферических, частиц 40-50% от объема, занимаемого связующим веществом, наполненным этими частицами.As an example, compositions of abrasive tools consisting of abrasive grains (for a rough circle - zirconium electrocorundum with a grain size of 1250-1600 microns, and for a finishing wheel - white electrocorundum with a grain size of 400-500 microns), an organic binder (for a rough circle - hot pressing, are given). and for a finishing wheel - cold pressing) and hollow spherical particles with a wall thickness of 0.5-1 microns (for a rough circle with a size of 50-80 microns, and for a finishing circle - with a size of 20-25 microns) with an abrasive grain content of 50-65% by volume by volume tool and the content of hollow spherical particles of 40-50% of the volume occupied by a binder filled with these particles.

Использование предлагаемого инструмента в виде шлифовального круга диаметром 500 мм для шлифования упорной резьбы детали из стали 26Х2Р6МБР-ВД на резьбошлифовальном станке REISHAUSER RG-500 при скорости резания 60 м/с, частоте вращения изделия 1 об/мин и применении в качестве СОЖ эмульсии обеспечивает параметры обработки, приведенные в таблице. В качестве прототипа применяли инструмент, изготовленный в соответствии с [2] из циркониевого электрокорунда зернистостью 200 мкм со сферическими микросферами из оксида алюминия размером 100 мкм и керамической связкой при содержании абразивных зерен 37% по объему, а сферических частиц - 5% по объему.The use of the proposed tool in the form of a grinding wheel with a diameter of 500 mm for grinding the threaded thread of a part made of steel 26X2R6MBR-VD on a REISHAUSER RG-500 thread grinding machine at a cutting speed of 60 m / s, a product rotation speed of 1 rpm and application as an emulsion coolant provides parameters processing shown in the table. As a prototype, we used a tool made in accordance with [2] from zirconium electrocorundum with a grain size of 200 μm with spherical microspheres of aluminum oxide with a size of 100 μm and a ceramic binder with an abrasive grain content of 37% by volume, and spherical particles - 5% by volume.

Источники информацииSources of information

1. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник / Под ред. А.Н.Резникова. - М.: Машиностроение, 1977. - С.52.1. Abrasive and diamond processing of materials. Handbook / Ed. A.N. Reznikova. - M.: Mechanical Engineering, 1977. - P. 52.

2. А.С. СССР №1073082, B 24 D 3/14 БИ № 6, 1984 (наиболее близкий аналог).2. A.S. USSR No. 1073082, B 24 D 3/14 BI No. 6, 1984 (the closest analogue).

Claims

An abrasive tool containing bonded rough and finish circles, consisting of abrasive grains and a binder, characterized in that hollow spherical particles are additionally introduced into the binder in an amount of 40 ÷ 50% of the tool volume occupied by it, abrasive grains in a compacted state form a tight package and occupy 50 ÷ 65% of the tool volume, the organic binder - 35 ÷ 50% of the tool volume, while in the rough circle the size of the abrasive grains is 1000 ÷ 1600 μm, hollow spherical parts - 50 ÷ 80 microns, and in finishing - 400 ÷ 500 ÷ 20 microns and 25 microns, respectively.