Способ изготовления абразивных изделий

 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента. Цель изобретения - повысить качество абразивного изделия . Формообразование абразивного инструмента ведут в две стадии, первая из которых включает статическое прессование до обеспечения плотности 0,6-0,7 от плотности готового изделия. На второй стадии на полученную заготовку воздействуют ударной волной с мощностью 0,75-1,00 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при температуре 1800-1850°С в течение 2- 4 ч. Вторая стадия повторяется 5-7 раз. Динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной. 1 з.п. ф-лы, 3 табл. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSU ÄÄ1364454 (SO 4 В 24 Р 18 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4103004/31-08 (22) 02.06.86 (46) 07.01.88. Бюл. № 1 (71) Волгоградский политехнический институт (72) В. М. Оробинский, Ю. Л. Чигиринский, А. И. Банников, Н. В. Талантов и Ю. В. Панченко (53) 621.922.079 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 673446, кл. В 24 D 17/00, 1977. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к производству абразивного инструмента. Цель изобретения — повысить качество абразивного изделия. Формообразование абразивного инструмента ведут в две стадии, первая из которых включает статическое прессование до обеспечения плотности 0,6 — 0,7 от плотности готового изделия. На второй стадии на полученную заготовку воздействуют ударной волной с мощностью 0,75 — 1,00 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при температуре 1800 — 1850 С в течение 2—

4 ч. Вторая стадия повторяется 5 — 7 раз.

Динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1364454

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, преимущественно, для финишной обработки труднообрабатываемых материалов.

Цель изобретение — повышение качества абразивного изделия.

Способ изготовления абразивных изделий включает приготовление шихты из керамических материалов, например электрокорунда, и последующее двухстадийное прессование заготовки путем статического прессования до плотности 0,6 — 0,7 от плотности готового изделия и последующего динамического нагружения заготовки ударной волной мощностью 0,75 — 1,00 МВт/г веса керамического материала (порошка электрокорунда). Процесс изготовления абразивного изделия завершают термической обработкой

его при 1800 — 1850 С в течение 2 — 4 ч. Динамическое нагружение повторяют 5 — 7 раз, используя электрогидравлический удар.

Формообразование из шихты изделий 20 в две стадии позволяет получить более упорядоченную структуру абразивного изделия.

Статическое прессование, проводимое на первой стадии, позволяет улучшить условия прохождения ударной волны в среде, так как скорость распространения ударной волны (скорость звука) связана с плотностью среды прямо пропорционально. При динамическом нагружении шихты электрогидравлической ударной волной на второй стадии формообразования происходит дальнейшее увеличение плотности абразивного изделия и, кроме того, зарождается процесс пластической деформации зерен шихты и, как следствие, возникают и интенсивно развиваются контактные поверхности зерен. Образование развитых контактных поверхностей объясняется механическим соединением отдельных зерен шихты и зарождением процесса поверхностной диффузии, когда взаимное притяжение отдельных зерен обусловливается атомными связями. При неоднократном повторении динамического нагружения происходит перераспределение размеров зерен в абразивном изделии. Распределение размеров зерен приближается к равномерному, зерна при обретают игольчатую форму. Такая форма режущих зерен абразивного изделия является наиболее предпочтительной для финишной обработки вследствие налияия развитой режущей поверхности зерен. При последующей термической обработке диффузия по контактным поверхностям зерен протекает более интенсивно, в местах контакта отдельных зерен образуются шейки, рост. которых продолжается до тех пор, пока не исчезнут остаточные напряжения, возникшие в результате динамического нагружения при формообразовании шихты.

При динамическом нагружении электрогидравлической ударной волной удельной мощности менее 0,75 МВт/г веса приготовленной шихты с количеством циклов нагружения менее 5 прессовка получается рыхлой, с большим количеством поверхностных и объемных дефектов, а в некоторых случаях рассыпается в порошок. Размер зерен, полученных при таких условиях прессовок, лежит в пределах 0,67 — 0,82 от зернистости исходного керамического порошка, относительная пористость в пределах 10 — 14,5 об.% и форма зерен близка к шару (коэффициент изометрии в пределах 0,76 — 0,66). Использование такого инструмента в металлообработке не дает зыигрыша по сравнению с используемым в промышленности инструментом, а в ряде случаев известные технические решения обеспечивают лучшие результаты.

При динамическом нагружении прессовки электрогидравлической ударной волной удельной мощности более 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты с числом циклов более 7 прессовка получается излишне плотной, с малым количеством пор, зернистость такого инструмента на 28 — 30% меньше зернистости исходного керамического порошка.

Вследствие интенсивного дробления зерен их форма приближается к сферической, что снижает эффективность обработки металлов.

Абразивные изделия, изготовленные указанным способом, не обеспечивают высокой производительности обработки.

Испытания абразивного изделия, полученного предлагаемым способом, проводят при обработке стали 40Х в состоянии нормализации (HB 229) методом электрохимического шлифования с выносным катодоминструментом. При обработке используется электролит состава, мас.%: Nà J03 20%;

1х1аМО 0,2; Н20 79,8. Злектрохимическое шлифование осуществляют г.ри следующих режимах обработки: плотность технологического тока 5,0 А/см- ; рабочее напряжение

12 В; скорость вращения шлифовального круга 20 м/с; скорость вращения детали

50 м/мин; продольная подача 5,0 м/мин; поперечная подача круга 12 мкм/дв.х.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия приготавливают шихту из порошка электрокорунда одной зернистости, например 250 мкм (от 200 до 250 мкм по ГОСТ

3647 — 80). Засыпают приготовленную шихту в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 30 с. Плотность прессовки составляет 0,6 плотности готового изделия. Затем,не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 0,75 МВт/г веса приготовленной шихты. Динамическое нагружение повторяют 5 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из прессформы и подается в печь для термообработки. Прессовка имеет незначительные сколы на острых кромках. Термическая обработка проводится при 1800"С в течение 2 ч.

1364454 з

Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 50 МПа, при испытаниях методом электрохимического шлифования указанное абразивное изделие позволяет достичь производительности обработки на описанных режимах до 1100 мм /мин.

Износ абразивного изделия 16 мм /мин. Абразивное изделие, полученное таким образом, можно использовать для финишной обработки. Производительность обработки при использовании описанного абразивного изделия по сравнению с известным составляет 102О, износ инструмента уменьшается в 1,31 раза.

Пример 2. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 40 с.

Плотность прессовки составляет 0,64 от плотности готового изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности

0,87 МВт/г веса приготовленной шихты. Динамическое нагружение повторяют 6 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из пресс-формы и подается в печь для термообработки. Прессовка имеет незначительные единичные сколы на острых кромках. Термическая обработка проводится при 1825 С в течение 3 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 55 МПа, при испытаниях методом электрохимического шлифования достигается производительность обработки

1150 мм /мин, что в 2,3 раза выше производительности известного. Износ абразивного изделия 14 мм /мин, что в 1,8 раза ниже износа известного.

Пример 8. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 50 с.

Плотность прессовки составляет 0,7 от плотности готового изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности

1,00 МВт/г веса приготовленной шихты. Динамическое нагружение повторяют 7 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из пресс-формы и подается в печь для термообработки. Прессовка хорошо держит форму, сколов и видимых трещин не имеет. Термическая обработка проводится при 1850 С в течение 4 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 60 МПа, при испытаниях методом электрохимического шлифования достигается производительность обработки

1200 мм /мин, что в 2,4 выше, чем при использовании известного. Износ изделия

14 мм /мин, что в 1,8 раза ниже, чем при использовании известного инструмента.

Пример 4. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 20 с.

Плотность прессовки составляет 0,3 от плотности готвого изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят однократное динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности

0,70 МВт/г веса приготовленной шихты. Полученную прессовку извлекают из прессформы. Дальнейшую обработку абразивного изделия проводить нецелесообразно, так как прессовка не держит форму. Полученное при описанных режимах изделие применять для финишной обработки нельзя.

Пример 5. Шихту, приготовленную по примеру 1, засыпают в пресс-форму и проводят статическое прессование в течение 60 с.

Плотность прессовки составляет 0,7 от плотности готового изделия. Затем, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной удельной мощности 1,05 МВт/r веса приготовленной шихты. Динамическое на20 гружение повторяют 8 раз при неизменной мощности. Затем прессовка извлекается из пресс-формы и подается в печь для термообработки. Прессовка хорошо держит форму, сколов и видимых трещин не имеет. Термическая обработка проводится при 1900 С в течение 5 часов. 11îëó÷åííîå абразивное изделие для использования в металлообработке непригодно, так как при термообработке происходит его частичное расплавление и на поверхности не остается

30 режущих зерен.

Аналогично описанным примерам проводят эксперименты по изготовлению абразивных изделий с различными длительностью статического прессования, количеством циклов и удельной мощностью динамического»агружения, температурой и длительностью термической обработки.

В табл. 1 приведены результаты экспериментов по определению интервала статического прессования.

Как следует из табл. 1, оптимальное

40 время статического прессования находится в пределах 30 — 50 с. При статическом прессовании в течение менее 30 с плотность прессовки составляет 0,3 от плотности готового изделия и в прессуемой шихте не создаются условия, достаточные для последующего динамического нагружения. Относительная пористость LUHxTbl в пресс-форме

16 об.о, что близко к насыпной плотности керамического порошка. Как известно, скорость звука в порошке мала и удар; ная волна затухает, не успев пройти через прессуемый материал. При статическом прессовании в течение более 50 с плотность прессовки равна 0,7 от плотности готового изделия и является постоянной величиной, не зависящей от времени прессования.

55 Поскольку увеличение времени статического прессования более 50 с не дает выигрыша в качестве прессовки, нецелесообразно увеличивать время статического прессования

1364454

Формула изобретения

Таблица! —.тПзвест- Газовый ный объект

20 (30 (60 I 50 (60

Характеристика образца

Показатели при враиени статического прессования, с

Пе 1бходииость статического прессования

Состояние прессовки

Рассыпа- Расла- Pacn*- РаспаРаспадается на й8 часдается на с8 »асдается на 3050 часдается на 1015 частей ется в порошок

Средний разиер зерна ло отношению к

0,96 0,87 0,85 0,83 0,83 исхо!злому пористость, об.7.

I6 15,2 15,0 16,8 16,8

Плотность прессовки по отношению к готовоиу изделию

0,3 0,6 0,66 0,7 0,7 выше интервала 30 — 50 с (плотность прессовки 0,6 — 0,7 от плотности готового изделия) .

В табл. 2 приводятся результаты экспериментов по определению диапазона оптимальных режимов динамического нагружения прессуемого абразивного изделия.

Как следует из табл. 2, оптимальная удельная мощность динамического нагружения находится в пределах 0,75

1,00 МВт/г веса приготовленной шихты, а оптимальное количество циклов нагружения

5 — 7.

При динамическом нагружении электрогидравлической ударной волной удельной мощности менее 0,75 МВт/г веса приготовленной шихты с количеством циклов нагружения менее 5 прессовка получается рыхлой, с большим количеством поверхностных и объемных дефектов, а в некоторых случаях рассыпается в порошок. Размер зе- 20 рен, полученных при таких условиях прессовок, лежит в пределах 0,67 — 0,82 от зернистости исходного материала, относительная пористость в пределах 10 — 14 об.Я и форма зерен близка к шару (коэффициент изометрии равен 0,76 — 0,66) .

25 ,При динамическом нагружении прессовки электрогидравлической ударной волной удельной мощности более 1,00 МВт/г веса приготовленной шихты с количеством циклов нагружения более 7 прессовка получается излишне плотной, с малым количеством пор, зернистость такого инструмента на 28—

ЗОЯ меньше зернистости исходного керамического порошка. Вследствие интенсивного дробления зерен их форма приближается к сферической, что снижает эффективность обработки металлов таким инструментом.

Абразивные изделия, изготовленные указанным способом, не обеспечивают высокой производительности обработки, стойкость описанных абразивных изделий выше, чем стойкость известных на 70 — 90Я. 40

В табл. 3 приведены результаты определения оптимальных режимов термической обработки.

Из табл. 3 видно,что термическую обработку следует проводить при 1800 †18 С в течение 2 — 4 ч.

При температуре спекания менее 1800 С и длительности термообработки менее 2 ч абразивные изделия обладают низкой прочностью и, как следствие, непригодны для использования при обработке металлов.

При температуре спекания более 1850 С увеличивается вероятность расплавления абразивного изделия, так как температура становится близкой к температуре плавления исходного керамического порошка. При увеличении времени термообработки сверх

4 ч также увеличивается вероятность расплавления абразивного изделия. Кроме того, при увеличении времени термообработки более 4 ч резко снижается объемная пористость абразивных изделий вследствие «усадки», которая может достигать 7 — 12Я.

1. Способ изготовления абразивных изделий, при котором при формообразовании заготовки на порошок электрокорунда оказывают динамическое нагружение ударной волной, после чего заготовку подвергают термической обработке, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделия, формообразование порошка электрокорунда ведут сначала при статическом нагружении до плотности 0,6 — 0,7 от плотности готового изделия, мощность ударной волны выбирают 0,75 — 1,00 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при 1800—

1850 С в течение 2 — 4 ч, при этом воздействие ударной волной повторяют 5 — 7 раз при постоянной ее мощности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что динамическое нагружение обеспечивают электрогидравлической ударной волной.

1364454

1

I СО

I

I

Г

СГ о 1

I О

1

1

Ю

1

1 т

СГГ

О

CO

О

СГГ

О о

f о о

СО АГ

СО

О

f Ю

Г:Г

I

1 CO

I

I лI о

Ю 11

- I,О

1

1 ! м

I !

I

I Т

Ю.О

Г о о

С

О

ClI

С

Т о

О

2 о х

О

СО

l

С о

СГ\

Г

1

I CO

1

1 л

I

Г

"I О

О!

I

СГ

1

I ! -Ф х о

С х х

С

dj

fd

v

СГ ь х

С о

Y х

1

СО

Е

tC х х в

» а

Г

cd х х

v о х о

Г о х

А

С

dl

С

О х

С х

С

СГ

d1

fd х о

»

2 а о .& х

Ос

Ю,С

CO

С 4

CO

С

С о

CO

Г

О

ГО

CO

С>! в о

2 Y .с

v С

СГГ

Г

I а о

1

O в ч

Г

CO

CO

О

ГС!

С Г

О о .О

Г о

ОС л

Ю в х

А

С

dl

Cd

О

С

С о х

О

CO

Od

C с

CO

1

dl а

СО

Г

I

2Г и

ld

CO

СС

ГГГ

Г

1 о х 2 и ч

Г о

Г\

СО

О

Г

Г

CO

CO л

СГ

tC

E

С!

dl

С и и

cd

Ю

CO о

СО о

О

Ю

ГГ\

Г о

ГО

:х

1 g

С\

1 cd

О

О

СГ

IO о

v о

С (> х

Г4

О

I и

1. В с а о с

E и в о х и х

А

Г.

v о

А Х

E В и ° о о о о

1

dj O a о

v о х

v с в

dj ах о

С Y Х

1 Г4 о х

Г.

o >, Г о

Х dl

1 в ! х в

О

63 х о

С а хвв с1 z x в dj а ахdj юаdj

I I !

6 1- в

& х X в о х и ьс с х

1 в I

И о о х Ej jt

g v о

fd (0 х

Х dj

V О, IO

С, О с

X cd 1 и х v

О А

Х С О, в о

D 1- С х

Y х о

1 !

I

1

С4 1

ГС I

С

1

С

ГО

Х I

I !

» 1

I

I

1

I

1

1

1

I

I

I

I

I

I

I

I !

1

1 !

I

I

1

I

I

I

1

I !

1

1 ! !

1 !

1

1 !

I

I

1

1

I

1

I

I

1 !

1 ! !

I

I

I !

I

1

1!

I I !

I 1

1 1

1 1

1 1 ! 1

I 1

1 1 ! 1

I I

I I

I 1

1 1

I 1 ! I

I 1

I 1

1 I

1 1 ! — -!

1

I

I

1

1 !

l

I

I

I

I

I — — 4

I

1 1

I 1

I

1 1

1 1 !

1 Г 1, 1 ! ЮГ

1

I I

1 1

I I

1 1

I 1! — 41

I 1 1

1 1 СО 1

1 1 1

1 I

1 I I

1 I

I Г»

I I 1

1 1 I

Dl 1 л!

1 I со ! ЮГ

1 I I

1 1 I

1 1

1 1 1 1

I 1 1

1 I 1

1

1 1 1! 1 и I

1 В

1 fd Я I

1 dl x I

Х х 1

1 1

1 1

I 1

1 1

I 1

I 1

1 1

1 I

О

Ю

С о м

Г о

cfI

СГ

Ю

О

О

Ю

С о

СО

С Г

Ю

ГГ

ГГ о

С

С

Г»

С

Ю

С

° С

С

О

D .О

СГГ

Cj

О

С

Ю С о

Cf

ГГ

О

С I

О

Г

С о

О

О

Ю

С

Ю

О

Ю

С 4

О

Cj

l ,О

Cj

Г

С>

О в а в

1364454

1 I

1 1 и

I 1

1 1

1 I

1 «1

I I

1 1

О1

CQ l

401 м

1 1

I 1

l м 1

0!

Ql

Ц

0! х

Ц о

Ю о и о

Z о

1 1

С4

1 1

1 1

1 1 1

Ю

Ю сч

CQ

CQ с 4

С!

«\

Ю м

О

О с

I! и

1 I

1 0 1

1 1

41 1 с4! 1

QADI с! I

1 х (X

CQ с

0 и

«l

Ю и х х х в

«

Ql

1 1

1 1 1

1 1 сЧ I

1 I ! 1 1

I 1 1

I 1 ! 1 1

1 1

4»1 и

Ю

О и

0 Х

E L 0l Ql X

v z в о,х

Q4 lQ Z E Ы

Ю м

Ю

Ю и

0 с! х

X.

Ф

Ql а с и о

Ю

С1

IQ

Ю х

4 х х х х K

lQ м и

Ю и

0l

44 Х

v

Сс4 а

С

Ю и

О

I в вx в О х

X E" Н

0! восо

Х 0! Z

О м

1 х

Q .xвх в х 2 о х

QQ IQ X E Ц

1 1

0l K ооо

QQXX

С 4

if1

Ю

С! сс

I х

Н

В 01 хаz

Е!

4l

1» о х

1*4 а

С> с" 1 х

v ! в

Q!

Я

v

QI о» о и о

lf о а в

1 I

1 I о I

m Я 1

I lQ 44 I

I QQ а 1 х

2 х х х х

Q1 В

m о, О! E о о

v о х

О о х и о

X о

QQ а х

m E

g o

С!

О и с 4

Х 44

Q(! I сов х а ох х

mхî Z

Х 0 В

1 о х о о е хов х 1» а в х

Х 01

Ik

m в

v a о !о о о х хо асс в х и

awv в о в ао,в х х х

О в с х о а о х х m

m в х а

О! о

0! х

I х оххх

I 1 вхо х ц Р е х ххв

IZ Х а

40 х х о QE

Ql о х

K о а

Х

m o о о

QQ x

1 х

Ц 1

l0 1 ! в

I

l

1 !

1

I

1

I

1

1

1

1

1

1! 1

I 1 и!

I 1

1 -т

I I

CQ l 1 и1

СО I fl

I I

I 1

1 С4 I! 1

1 1

I I

I I

I

1

I

I

I

I

1

1.

I

I

1

I и

1 I

1 I

1 1

1 1

1 0 I

I 1

О!

aC I 4-1

I I

I I

I с 4

I 1

I 1 — 1

I 1

1 I

I и 1

I

1 0 I

1 I

I I

Ю!

О!

fl м1

I I

1 I

I с 4 1

I I

I I

Составитель В. Воробьев

Редактор О. Юрковецкая Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 6309/! Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35,. Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4