Способ осциллирующей алмазно-абразивной резки

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при резке на абразивно-отрезных станках заготовок из конструкционных, инструментальных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в черной металлургии. При обработке используют отрезной круг, имеющий высоту меньше ширины прорезаемого паза и аксиально-смещенную периферийную режущую часть, расположенную под углом α к плоскости, перпендикулярной оси его вращения. В круге предусмотрены расположенные на его торцевых поверхностях по спирали Архимеда рифления шириной, равной высоте круга. Выступы рифлений лежат в плоскости, наклоненной под углом β=1°...2° в радиальном направлении в сторону центра круга. Спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов. Начало спирали Архимеда на каждом из торцев круга совпадает с одной из его образующих. Ось отрезного круга смещают относительно оси разрезаемой заготовки и сообщают кругу вращение и перемещение относительно последней. Такие действия увеличивают стойкость, механическую прочность отрезных кругов и производительность резания, снижают теплонапряженность процесса и исключают прогиб круга. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при резке на абразивно-отрезных станках заготовок из конструкционных, инструментальных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов скоростными отрезными кругами, применяемыми в черной металлургии.

Известен способ резки абразивным отрезным кругом, на торцовой поверхности которого имеются выступы в виде равнобедренного треугольника, чередующиеся с впадинами [1].

Недостатками известного способа и инструмента являются повышенные тепловыделения и быстрый износ кругов, особенно по вершинам выступов, т.е. по торцам, при этом малая осевая жесткость, которой обладают данные круги, ведет к снижению их работоспособности и снижению качества.

Известен способ алмазно-абразивный обработки пазов отрезными кругами с параметрической осцилляцией, характеризующийся тем, что при обработке паза на круглой заготовке ей и отрезному кругу сообщают вращательные движения и движение поперечной подачи, при обработке паза на плоской заготовке последней сообщают возвратно-поступательные движения вдоль паза и поперечную подачу врезания, а отрезному кругу - вращательное движение, при этом круг устанавливают на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, в зависимости от ширины паза, причем высота круга меньше ширины прорезаемого паза, а угол установки определяют по формуле

где D - наружный диаметр круга, мм;

А_о=(Н-В) - амплитуда осцилляции наклонного круга, мм;

Н - ширина прорезаемого паза, мм;

В - высота отрезного круга, мм;

α - угол наклона круга к плоскости, перпендикулярной оси вращения, град [2, 3].

При этом правят периферийную поверхность круга при нулевом угле установки его на шпинделе, а установку и регулировку угла наклона α производят с помощью косых шайб, попарно установленных с торцов круга. Кроме того, компенсацию износа торцовых поверхностей круга производят путем увеличения угла наклона α и форма правки периферийной поверхности круга зависит от осевой жесткости его, причем толстые жесткие круги правят по цилиндрической образующей периферийной поверхности, а тонкие - с малой осевой жесткостью круги правят, образуя V-образную в продольном сечении форму образующей с вершиной в плоскости симметрии, перпендикулярной оси вращения круга, лежащей на максимальном наружном диаметре.

Недостатками известного способа и инструмента являются пониженная механическая прочность, невысокая стойкость и быстрый износ кругов, особенно по торцам, сложность и трудоемкость правки, что снижает производительность резания и удорожает процесс.

Задача изобретения - увеличение стойкости, механической прочности отрезных кругов и производительности резания, уменьшение опасности появления прижогов путем снижения теплонапряженности резания благодаря осцилляции зоны резания и исключение прогиба наклонного круга.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа алмазно-абразивной резки, при котором ось отрезного круга смещают относительно оси разрезаемой заготовки, сообщают кругу вращение и перемещают относительно заготовки, причем круг берут с аксиально-смещенной периферийной режущей частью, расположенной под углом α=arctg[(H-B)/D], где В и D - соответственно высота и наружный диаметр круга, мм; Н - ширина прорезаемого паза, мм; а высота круга меньше ширины прорезаемого паза, при этом берут круг с расположенными на торцевых поверхностях по спирали Архимеда рифлениями шириной, равной высоте В круга, причем плоскость выступов рифлений наклонена под углом β=1°...2° в радиальном направлении в сторону центра круга, при этом спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов, а начало Архимедовой спирали на каждом из торцев круга совпадает с одной из его образующей, кроме того, величину смещения оси круга определяют по формуле

где D - наружный диаметр круга, мм;

β - угол наклона плоскости выступов рифлений в радиальном направлении в сторону центра круга.

На фиг.1 показана схема разрезания плоской заготовки и частичный продольный разрез отрезного круга; на фиг.2 - отрезной круг, вид с торца; на фиг.3 - схема наладки при разрезании круглой заготовки.

Предлагаемый способ алмазно-абразивной резки заключается в том, что при разрезании круглых заготовок ось отрезного круга смещают на величину Z относительно оси разрезаемой заготовки, сообщают кругу вращение V_и и перемещают относительно заготовки с поперечной подачей S_поп.

Для реализации способа берут алмазно-абразивный отрезной круг, который имеет аксиально-смещенную периферийную режущую часть 1, представляющую собой отрезной круг с рифлями 2 на торцах, расположенный под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Высота В аксиально-смещенной периферийной режущей части 1 круга меньше ширины Н прорезаемого паза заготовки 3, это позволяет снизить температуру резания и исключить прижоги и микротрещины на обрабатываемых поверхностях. Поэтому величина угла α зависит от высоты В режущей части 1, ширины Н прорезаемого паза, диаметра D круга и определяется по формуле

где В и D - соответственно высота и наружный диаметр круга, мм;

Н - ширина прорезаемого паза, мм.

С целью увеличения осевой жесткости режущей части 1 круга он имеет на рабочей поверхности торцев рифления 2, выполненные по Архимедовым многозаходным спиралям. На фиг. 1-3 рифления 2 условно выделены более густым фоном, чем основная режущая часть 1, а круг имеет двухзаходную спираль. Ширина h рифлений 2 назначается исходя из общей жесткости круга и возможности его формования и приблизительно равна высоте В режущей части 1 круга, при этом для снижения сил трения плоскость выступов 4 рифлений 2 наклонена под углом β=1°...2° в радиальном направлении в сторону центра круга, причем спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов, а начало Архимедовой спирали на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующих.

Для разрезания полупроводниковых пластин используют тонкие, шириной, составляющей доли миллиметра, отрезные алмазные круги, от осевой жесткости которых зависит не только работоспособность самих кругов, но и качество, прежде всего точность, обработанной поверхности [4]. Такие круги будем считать кругами с низкой осевой жесткостью.

Благодаря рифлениям предлагаемые круги приобретают достаточно высокую осевую жесткость.

В работе алмазно-абразивного отрезного круга с аксиально-смещенной периферийной режущей частью 1 появляется параметрическая осцилляция зоны резания, характеризуемая амплитудой А_о, которая зависит от наружного диаметра и угла наклона круга, в свою очередь, влияющая на ширину Н прорезаемого паза.

Благодаря осцилляции зоны резания высоту круга берут меньше ширины прорезаемого паза, что существенно влияет на экономию дорогостоящего алмазно-абразивного материала.

В процессе износа круга с уменьшением наружного диаметра D при постоянном угле α наклона аксиально-смещенной периферийной режущей части 1 будет уменьшаться ширина Н прорезаемого паза путем самооформления рифлений 2, у которых происходит износ плоскостей выступов 4, при этом высокая осевая жесткость будет сохраняться.

Величина угла β принята больше нуля, но не более 1°...2°, минимальный положительный угол, при котором длина дуги контакта инструмента с заготовкой минимальная и соответственно незначительно и трение, т.е. увеличивается стойкость инструмента. С увеличением угла наклона плоскостей выступов рифлений ухудшается отвод тепла от инструмента и снижается его прочность и стойкость. Минимальные положительные величины угла β являются оптимальными для снижения трения между обрабатываемой поверхностью и отрезным кругом.

В центральной части круга, работающего по предлагаемому способу, имеется ступица 5, к которой примыкают рифли 2 и которая служит для надежного крепления круга.

На схеме резания круглой заготовки (фиг. 3) показана установка отрезного круга на станке относительно разрезаемой заготовки на высоту Z, которую определяют по формуле

где D - наружный диаметр круга, мм;

β - угол наклона плоскости выступов рифлений в радиальном направлении в сторону центра круга.

С целью повышения производительности алмазно-абразивной резки направление вращения отрезного круга выбирают совпадающим с направлением витка спирали от центра к периферии.

Отрезной круг, реализующий предлагаемый способ, изготавливается в пресс-форме, торцевые плиты которой со стороны соприкосновения с абразивной смесью имеют рифления, выполненные по спирали Архимеда.

Для определения преимуществ предложенного способа резки и конструкции отрезного круга была изготовлена по технологии силовой бакелизации партия отрезных кругов новой конструкции диаметром 500 мм и проведены сравнительные испытания с серийными кругами в заводских условиях при резке стали 45 диаметром 80 мм, результаты которых представлены в таблице.

Новые способ и конструкция круга обеспечивают повышение коэффициента шлифования в среднем на 45%, стойкости круга на 45%, повышение производительности на 30%.

Таким образом, предлагаемый способ, осуществляемый с помощью алмазно-абразивного отрезного круга с параметрической осцилляцией и с рифлениями на торцах, уменьшает опасность появления прижогов путем снижения теплонапряженности резания за счет осцилляции зоны контакта круга с заготовкой и прерывистого резания, обладает повышенной износостойкостью благодаря включению в работу торцовых частей круга, повышенной осевой жесткостью и прочностью и обеспечивает повышенную производительность резки.

Источники информации

1. А.с. СССР № 306011, МКИ В 24 D 5/12. Абразивный отрезной круг. 1971 - аналог.

2. Патент РФ 2235632, МКИ В 24 D 5/12. Алмазно-абразивный отрезной круг с параметрической осцилляцией. Ю.С.Степанов, Б.И.Афанасьев и др. №2003129219, заяв. 30.09.2003, опуб. 10.09.2004. Бюл. №25.

3. Патент РФ 2235629, МКИ В 24 В 1/00, 19/02, 27/06. Способ алмазно-абразивной обработки пазов отрезными кругами с параметрической осцилляцией. Ю.С.Степанов, Б.И.Афанасьев и др. №2003129220, заяв. 30.09.2003, опуб. 10.09.2004. Бюл. №25 - прототип.

4. Петасюк Г.А. Точность разрезания полупроводниковых пластин алмазными кругами // СТИН - 1998. - № 3. - С.24-27.

Способ алмазно-абразивной резки, включающий смещение оси отрезного круга относительно оси разрезаемой заготовки и сообщение вращения и перемещения относительно заготовки кругу, имеющему высоту меньше ширины прорезаемого паза и аксиально-смещенную периферийную режущую часть, расположенную под углом α=arc tg[(H-B)/D], где В и D - соответственно высота и наружный диаметр круга, мм; Н - ширина прорезаемого паза, мм, отличающийся тем, что используют круг с расположенными на торцевых поверхностях по спирали Архимеда рифлениями шириной, равной высоте В круга, и с наклоном плоскости выступов рифлений под углом β=1...2° в радиальном направлении в сторону центра круга, причем спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов, а начало спирали Архимеда на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующих, при этом величину смещения оси круга определяют по формуле

где β - угол наклона плоскости выступов рифлений в радиальном направлении в сторону центра круга.