Стойкий осциллирующий отрезной круг
Владельцы патента RU 2279967:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении скоростных отрезных кругов, применяемых в черной металлургии для резки на абразивно-отрезных станках заготовок из конструкционных, инструментальных коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов. Отрезной круг имеет 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 1...2° в радиальном направлении в сторону центра круга. Спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов. Начало спирали Архимеда на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующих. Такая конструкция снижает теплонапряженность резания за счет осцилляции режущей части круга, увеличивает его износостойкость из-за включения в работу торцовых частей круга, повышает механическую прочность круга и производительность резания с исключением прогиба круга. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии машиностроения к изготовлению алмазно-абразивного отрезного инструмента и может быть использовано при изготовлении скоростных отрезных кругов, применяемых в черной металлургии при резке на абразивно-отрезных станках заготовок из конструкционных, инструментальных коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов.
Известен абразивный отрезной круг, на торцовой поверхности которого имеются выступы в виде равнобедренного треугольника, чередующиеся с впадинами [1].
Недостатками известного 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 алмазно-абразивный отрезной круг, который установлен на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом высота круга меньше ширины прорезаемого паза, а угол установки определен по формуле
α=arc tg[(H-B)/D],
где В и D - соответственно высота и наружный диаметр круга, мм;
Н - ширина прорезаемого паза, мм;
α - угол наклона круга к плоскости, перпендикулярной оси вращения, град [2].
При этом правка его периферийной поверхности произведена при нулевом угле установки круга на шпинделе, а установка и регулировка угла наклона α - с помощью косых шайб, попарно установленных с торцов круга. Кроме того, компенсация износа торцовых поверхностей произведена путем увеличения угла наклона α, а форма правки периферийной поверхности зависит от осевой жесткости, причем правка толстых жестких кругов произведена по цилиндрической образующей периферийной поверхности, а тонких с малой осевой жесткостью кругов - с образованием V-образной в продольном сечении формы, образующей с вершиной в плоскости симметрии, перпендикулярной оси вращения круга, лежащей на максимальном наружном диаметре.
Недостатками известного 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 алмазно-абразивного отрезного круга с аксиально-смещенной периферийной режущей частью 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, причем на его торцевых поверхностях расположены по спирали Архимеда рифления шириной, равной высоте В круга, при этом плоскость выступов рифлении наклонена под углом 1...2° в радиальном направлении в сторону центра круга, кроме того, спирали рифления выполнены многозаходными с четным количеством заходов, а начало Архимедовой спирали на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующей.
На фиг.1 показаны схема разрезания плоской заготовки и частичный продольный разрез предлагаемого отрезного круга; на фиг.2 - предлагаемый отрезной круг, вид с торца.
Предлагаемый алмазно-абразивный отрезной круг имеет аксиально-смещенную периферийную режущую часть 1, представляющую собой отрезной круг, установленный 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
α=arctg[(H-B)/D],
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 торцов рифления 2, выполненные по Архимедовым многозаходным спиралям. На фиг.1 и 2 рифления 2 условно выделены более густым фоном, а круг имеет двухзаходные спирали.
Ширина h рифлении 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 рифлении 2 наклонена под углом β=1...2° в радиальном направлении в сторону центра круга, причем спирали рифления выполнены многозаходным и с четным количеством заходов, а начало Архимедовой спирали на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующей.
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 [3]. 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, характеризуемая амплитудой А0, 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 рифлении 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 снижаются его прочность и стойкость. Минимальные положительные величины угла β являются оптимальными для снижения трения между обрабатываемой поверхностью и отрезным кругом.
В центральной части предлагаемого круга имеется ступица 5, к которой примыкают рифли 2 и которая служит для надежного крепления круга.
С целью повышения производительности алмазно-абразивной резки направление вращения отрезного круга выбирают совпадающим с направлением витка спирали от центра к периферии.
Предлагаемый отрезной круг изготавливается в пресс-форме, торцевые плиты которой со стороны соприкосновения с абразивной смесью имеют рифления, выполненные по спирали Архимеда.
Для определения преимуществ предложенной конструкции отрезного круга и способа резки 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.
Новая конструкция круга обеспечивает повышение коэффициента шлифования в среднем на 45%, стойкости круга на 45%, повышение производительности на 30%.
Таким образом предлагаемый алмазно-абразивный отрезной круг 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.
| Характеристика круга | №№ круга | Начальный диаметр, мм | Конечный диаметр, мм | Число резов | Время реза, с | КIII* |
| Абразивные отрезные круги по ГОСТ 2424-83, характеристики Д500×5×51, 14 А 63 СТ БУ, 80 м/с | 1 | 500 | 312 | 22 | 21,1 | 1,06 |
| 2 | 500 | 298 | 25 | 21,6 | 1,11 | |
| 3 | 500 | 303 | 24 | 20,6 | 1,10 | |
| 4 | 500 | 300 | 25 | 21,2 | 1,19 | |
| Предлагаемые абразивные отрезные круги, Д500 14 А 63 СТ БУ, 80 м/с, высота осциллирующей части В=3 мм, ширина рифлей h=3 мм, угол наклона режущей осциллирующей части α=0°13', ширина прорезаемого паза Н=5 мм, спираль рифлей - двухзаходная | 5 | 500 | 318 | 34 | 17,6 | 1,56 |
| 6 | 500 | 311 | 32 | 16,3 | 1,51 | |
| 7 | 500 | 292 | 36 | 17,9 | 1,47 | |
| 8 | 500 | 313 | 34 | 16,8 | 1,42 | |
| КIII* - отношение величины скорости съема металла к скорости износа абразива |
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 - прототип.
3. Петасюк Г.А. Точность разрезания полупроводниковых пластин алмазными кругами //СТИН - 1998. - №3. - С.24-27.
Алмазно-абразивный отрезной круг, имеющий высоту меньше ширины прорезаемого паза и аксиально смещенную периферийную режущую часть 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 на его торцевых поверхностях расположены по спирали Архимеда рифления шириной, равной высоте В круга, при этом плоскость выступов рифлений наклонена под углом 1 - 2° в радиальном направлении в сторону центра круга, спирали рифлений выполнены многозаходными с четным количеством заходов, а начало спирали Архимеда на каждом из торцов круга совпадает с одной из его образующих.
