Способ изготовления инструмента для электроабразивного шлифования

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении электропроводных кругов для электроабразивного шлифования на керамической связке из порошков природных и синтетических абразивных материалов, например алмаза, кубического нитрида бора, карбида кремния, электрокорунда и др. При изготовлении абразивного инструмента производят газофазное насыщение продуктами пиролиза углеродсодержащих газов предварительно спеченное абразивное изделие на керамической связке. Насыщение осуществляют при температуре 300-1350°С и давлении 0,0001-3000 атм с обеспечением отложения упомянутых продуктов на стенках пор поровой структуры абразивного изделия, что способствует приданию последнему электропроводности, достаточной для проведения процесса электроабразивного шлифования, и повышению механической прочности и химической стойкости инструмента. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента из порошков природных и синтетических абразивных материалов, обладающих электропроводностью, достаточной для осуществления процесса электроабразивного шлифования. С помощью данного изобретения можно изготавливать электропроводные круги на керамической связке из любых абразивных материалов: алмаза, кубического нитрида бора, карбида кремния, электрокорунда и др.

Одним из основных преимуществ абразивных инструментов на керамических связках является их открытая структура. Объем пор в этих инструментах составляет от 24 до 75 об.%. Это обеспечивает возможность лучшего отвода снимаемой стружки, позволяет работать в более жестких режимах шлифования без «засаливания» рабочей поверхности инструмента. При всех достоинствах этих инструментов они имеют следующие недостатки:

- Низкую теплопроводность, приводящую к сильному повышению температуры абразивных зерен и их возможной деструкции. Наиболее существенно это проявляется в инструментах из кубического нитрида бора и алмаза. Дополнительно за счет высокой температуры могут происходить изменения свойств поверхностных слоев обрабатываемой детали;

- Относительно высокий коэффициент трения вследствие невозможности сохранения антифрикционных добавок в процессе высокотемпературного спекания кругов на керамической связке;

- Недостаточную химическую стабильность зерен кубического нитрида бора, проявляющуюся в существенном повышении удельного расхода кубического нитрида бора (снижении коэффициента шлифования) при работе на водных растворах смазочно-охлаждающих жидкостей

- Низкую электропроводность, не позволяющую использовать абразивные инструменты на керамических связках для высокоэффективного процесса электроабразивного шлифования.

Учитывая большую энергоемкость технологического процесса получения кругов на керамических связках (температура спекания до 1350°С) и высокую стоимость абразивных порошков (особенно алмаза и кубического нитрида бора) наполнителей и связки, остро стоит вопрос значительного повышения стойкости (коэффициента шлифования) абразивных инструментов. Рост этого показателя за счет изменения химического состава связок и режимов основных технологических переделов не превышает 20-40%.

Наиболее существенного роста коэффициента шлифования можно добиться за счет работы инструментов в режиме электроабразивного шлифования (1). В процессе электроабразивного шлифования постоянный электрический ток пропускают через слой рабочей жидкости (электролита) от катода (абразивный круг) к аноду (обрабатываемая деталь). При этом на поверхности обрабатываемой детали происходит растворение поверхностных слоев (анодное растворение) с образованием тонких пленок оксидов толщиной 1,5-3,0 мкм. Последние постоянно удаляются рабочими зернами абразивного инструмента. Доля удаленного материала за счет анодного растворения достигает 75% для твердых сплавов и 95% для сталей. Это приводит по сравнению с обычным шлифованием к росту производительности шлифования в 1,5-3 раза и к почти 10-кратному повышению коэффициента шлифования.

Для осуществления электроабразивного шлифования были разработаны станки для всех видов абразивной обработки: плоское, круглое, внутреннее шлифование, заточка. Однако широкого применения, несмотря на явные преимущества, этот метод не получил из-за отсутствия качественных электропроводных абразивных инструментов в достаточном ассортименте.

Абразивные инструменты на металлических связках на сегодняшний день являются практически единственным инструментом, который принципиально можно использовать для электроабразивного шлифования (2). Основным электропроводным компонентом этих связок является медь. Абразивные инструменты на металлических связках были приняты в качестве аналога. Им присущи следующие недостатки: высокие коэффициенты трения по обрабатываемым электропроводным материалам (сталям, твердым сплавам и др.), сложность технологического процесса изготовления, дороговизна, необходимость постоянного восстановления режущей способности в процессе работы.

Наиболее близким техническим решением (принятым за прототип) является патент (3).

В нем сырые, только что отформованные абразивные инструменты подвергаются насыщению поровой структуры продуктами пиролиза углеродсодержащих газов. При этом порошкообразные, не связанные между собой компоненты инструментов (наполнители и рабочие зерна абразива) объединяются, консолидируются в единое целое. Основное назначение процесса насыщения - введение связующего. Получаемый по этому патенту абразивный инструмент хотя и обладает электропроводностью, но имеет низкую степень открытости структуры (по сравнению с инструментами на керамических связках) и слабое удержание абразивных зерен в инструменте.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка способа изготовления принципиально нового инструмента для электроабразивного шлифования, который будет свободен от недостатков, присущих аналогам и прототипу.

Технический результат изобретения выражается в придании абразивным изделиям на керамической связке электропроводности, достаточной для проведения процесса электроабразивного шлифования, повышении механической прочности абразивных изделий и их химической стойкости.

Это достигается тем, что способ изготовления абразивного инструмента для электроабразивного шлифования, включающий газофазное насыщение продуктами пиролиза углеродсодержащих газов, характеризуется тем, что газофазному насыщению подвергают предварительно спеченное абразивное изделие на керамической связке с обеспечением отложения электропроводных твердых продуктов пиролиза углеродсодержащих газов на стенках пор поровой структуры спеченных изделий при температуре 300-1350°С и давлении 0,0001-3000 атм.

За счет этого абразивные инструменты на керамических связках приобретают электропроводность, повышается степень механического удержания рабочих зерен в инструменте, снижается коэффициент трения и повышается теплопроводность инструментов. В отличие от прототипа в настоящем техническом решении насыщению подвергают не сырые формовки абразивных инструментов (прототип), а уже готовые спеченные абразивные инструменты и элементы. Следует отметить, что поровая структура абразивных инструментов на керамических связках практически не изменяется после их насыщения продуктами пиролиза углеродсодержащих газов.

Правильность технического решения, лежащего в основе настоящего патента, проверялась на операции электроабразивного шлифования быстрорежущей стали Р18 эльборовыми абразивными кругами на заточном станке ЗЕ642Е, модернизированным для электроабразивного шлифования.

Насыщению поровой структуры абразивных кругов (по предлагаемому техническому решению) подвергали серийные эльборовые круги на керамической связке 12А2-45 125×23×32×5×3 ЛКВ 125/100 СТ1 150 К27.

Для сравнения на фенолоформальдегидной связке были отпрессованы рабочие элементы (кольца) кругов 12А2-45 125×23×32×5×3 - прототип. При этом рабочие элементы были изготовлены из тех же порошков и в тех же соотношениях, что и серийный круг:

эльбор ЛКВ зернистостью 125/100 (68,5%),

связка К27(13%),

карбид кремния зеленый 63С (10%),

электрокорунд белый 25А (10%).

Серийные эльборовые круги на керамической связке и отпрессованные рабочие элементы кругов (прототип) одновременно загружались в реактор синтеза связки, где подвергались насыщению поровой структуры продуктами пиролиза углеродсодержащих газов при температуре 850°С и атмосферном давлении метана. Насыщение проводилось при трех экспозициях: 10, 24 и 36 часов.

Серийные эльборовые круги после насыщения подвергались пескоструйной обработке, измерению степени насыщения продуктами пиролиза углеродсодержащих газов и направлялись на изучение процесса электроабразивного шлифования.

Рабочие элементы кругов (прототип) наклеивались электропроводным эпоксидным клеем на алюминиевые корпуса, проводилась их механическая обработка, выводка торцевого и радиального биений.

Исследования проводились при плотности тока 90 А/см2 и напряжении постоянного тока 8 В. Положительным полюсом являлась обрабатываемая деталь, отрицательным - абразивный круг. В зону резания подавался электролит состава: 10% KNO2+5% NaNO3. Линейная скорость круга в процессе испытаний составляла 30 м/сек, скорость продольной подачи - 3 м/мин. Качественные показатели абразивных инструментов оценивали по коэффициенту шлифования, представляющему собой отношение объема сошлифованного материала к объему, потерянному кругом.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Испытуемый кругВремя насыщения, часыПроизводительность шлифования, [мм3/мин]Износ круга, [мм3]Съем стали Р18, [мм3]Коэффициент шлифования
Прототип №11060080320040
Опытный №11060015,93200201
Прототип №22460025,43200126
Опытный №224600143200229
Прототип №33660023,73200135
Опытный №33660013,63200235
Прототип №22490051,3390076
Опытный №22490018,53900211

При насыщении кругов в течение 10 часов круги по прототипу еще не имеют прочного сцепления эльборовых зерен из-за малого количества продуктов пиролиза углеродсодержащих газов, отложившихся в поровой структуре сырых, отформованных кругов. Об этом свидетельствует довольно низкий коэффициент шлифования. Абразивные круги по предлагаемой технологии (опытный №1) при том же 10-часовом насыщении обладают необходимой электропроводностью и показывают гораздо большее значение коэффициента шлифования - 201. Двадцатичасовое насыщение приводит к полной стабилизации свойств прототипа. Коэффициент шлифования возрастает до 126, однако он остается в два раза ниже, чем у кругов по предлагаемому техническому решению. Дальнейшее повышение времени насыщения (до 36 часов) практически не изменяет количественные значения коэффициентов шлифования. Шлифование в более жестких условиях (производительность шлифования 900 мм3/мин) приводит к еще большему преимуществу опытных образцов. Таким образом, с помощью предлагаемого технического решения впервые появляется возможность изготавливать электропроводный абразивный инструмент, лишенный недостатков существующих инструментов (аналога и прототипа), и в промышленных масштабах реализовать весьма перспективную технологию электроабразивного шлифования.

Источники информации

1. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М., Машиностроение, 1974, 319 с.

2. Синтетические сверхтвердые материалы: В 3-х т. Т.2. Композиционные инструментальные сверхтвердые материалы. Киев, Наук. думка, 1986, 264 с.

3. Патент РФ №2166425, Кл. В24D 3/00, С08J 5/14, 5/04, 2001 г.

Способ изготовления абразивного инструмента для электроабразивного шлифования, включающий газофазное насыщение абразивного изделия продуктами пиролиза углеродсодержащих газов, отличающийся тем, что газофазному насыщению подвергают предварительно спеченное абразивное изделие на керамической связке с обеспечением отложения на стенках пор его поровой структуры электропроводных твердых продуктов пиролиза углеродсодержащих газов при температуре 300-1350°С и давлении 0,0001-3000 атм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных кругов на вулканитовой связке. .

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления абразивных частиц заданной формы. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления абразивных частиц заданной формы. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении алмазного инструмента для бурения горных пород. .

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к оборудованию для получения заготовок абразивных кругов. .
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении, в частности шлифовальных кругов на органической связке. .
Изобретение относится к изготовлению абразивного режущего инструмента, например отрезных кругов большого диаметра. .
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на бакелитовой связке для шлифования заготовок из различных металлов и сплавов.
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента для финишной обработки. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для чистовой обработки каналов с большой неравномерностью припуска заготовки. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при комбинированной обработке каналов различного сечения и периметра. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к отделочным методам обработки отверстий. .

Изобретение относится к электрохимической обработке, в частности к электрохимическому алмазному хонингованию прецизионных отверстий брусками на металлической связке.

Изобретение относится к комбинированной обработке, сочетающей механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую поверхность. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к инструментальному производству, и может быть использовано для электроалмазного шлифования трудно обрабатываемых материалов.

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим механическое и электрохимическое воздействие на отрабатываемую заготовку, в частности к устройствам для электрохимической правки кругов с сечением рабочего профиля в виде выпуклой кривой.

Изобретение относится к машиностроению и , в частности, к инструментам для электроабразивной правки шлифовальных кругов. .

Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов обработки ,в частности, к способу изготовления электрода-инструмента для электрохимического абразивного шлифования.

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки металлов, в частности к устройствам для упрочнения деталей машин электроискровым легированием
Наверх