Способ изготовления абразивных изделий

 

Изобретение относится к изготовлению абразивных кругов, сегментов, хонинговальных и суперфинишных брусков. При формообразовании заготовки на порошок электрокорунда оказывают динамическое нагружение ударной волной. Перед формообразованием порошок подвергают термической обработке. Динамическое нагружение осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии меньше, чем на второй. Изобретение позволяет повысить качество абразивных изделий. 1 табл.

Изобретение относится к абразивному производству, в частности к изготовлению абразивного шлифовального инструмента (кругов, сегментов), хонинговальных и суперфинишных брусков.

Известен способ изготовления абразивных изделий, при котором смесь порошков электрокорунда белого разной зернистости прессуют взрывной ударной волной и затем подвергают термической обработке при температуре 1400-1800^oС в течение 2-6 часов [патент РФ 673446, МКИ B 24 D 17/00 - 1993 г.].

Однако взрывное прессование зерен электрокорунда белого вносит значительное количество несовершенств в структуру зерна, уменьшающих его прочность, увеличивающих его степень дробления и т.д. Недостатки, внесенные в структуру зерен электрокорунда белого при взрывном прессовании, не может исправить и последующая термическая обработка. Это объясняется еще и тем, что зерна электрокорунда в результате их изготовления (плавка, охлаждение, дробление) в исходном состоянии перед взрывным прессованием уже имеют в своей структуре большое количество несовершенств, уменьшающих прочность зерен и, соответственно, инструмента, а также их режущую способность и снижающих качество инструмента.

Известен способ изготовления абразивных изделий, при котором формообразуют абразивный порошок электрокорунда при статическом и динамическом нагружении ударной волной, после чего производят термообработку, причем мощность ударной волны при динамическом нагружении выбирают в пределах 0,5-0,65 МВт/г формообразующего порошка, перед формообразованием в абразивный порошок электрокорунда дополнительно вводят порошок окиси магния в количестве 3-8% от массы абразивного порошка, а термообработку производят при 1500-1600^oС в течение 2-4 часов [патент РФ 2086395, МКИ B 24 D 18/00 - 1997 г.].

Однако динамическое нагружение ударной волной смеси порошка электрокорунда и окиси магния также вносит большое количество дефектов в структуру абразивных зерен, а проведение термической обработки при низкой температуре и непродолжительное время не позволяет от них избавиться, т.к. процесс "залечивания" пор и микротрещин при спекании не проходит в достаточной мере. После изготовления абразивные изделия не обладают высокой прочностью и режущей способностью и, естественно, высоким качеством.

Известен способ изготовления абразивных изделий на основе оксида алюминия, взятый в качестве прототипа, включающий формообразование абразивного изделия 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 мощностью 0,75-1,0 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при температуре 1800-1850^oС в течение 2-4 часов. Вторая стадия повторяется 5-7 раз, а динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной [авт. свид. СССР 1364454, МКИ В 24 D 18/00 - 1988 г.].

Однако многократность нагружения ударной волной не обеспечивает равномерную плотность изделия, т.к. при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, которые снижают прочность и режущую способность абразивного изделия и которые не исчезают при спекании, что приводит к снижению их качества.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления абразивных изделий, позволяющего уменьшить количество дефектов и несовершенств в кристаллической структуре зерен исходного порошка электрокорунда и увеличить прочность и режущую способность абразивного инструмента на этапе прессования.

Техническим результатом изобретения является повышение качества абразивных изделий.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления абразивных изделий, при котором при формообразовании заготовки на порошок электрокорунда оказывают динамическое нагружение ударной волной, после чего заготовку подвергают термической обработке, порошок электрокорунда подвергают предварительной термической обработке при температуре 1200-1400^oС в течение 1-2 часов, а динамическое нагружение ударной волной осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 0,4-1,0 ГВт, а на второй - 4-5,0 ГВт.

Предварительная термическая обработка при температуре 1200-1400^oС в течение 1-2 часов необходима для придания зернам исходного порошка электрокорунда большей пластичности и прочности из-за ликвидации несовершенств его структуры (пор, микротрещин и т.д.).

Динамическое нагружение ударной волной в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 0,4-1,0 ГВт, а на второй - 4,0-5,0 ГВт, необходимо для осуществления предварительного незначительного дробления зерен порошка электрокорунда, сближения их до контакта по ювенильным поверхностям и для удаления воздуха из пор между зернами с последующим формированием на второй стадии нагружения когезионных связей по контактным ювенильным поверхностям и окончательной структуры абразивного изделия.

Предварительная термическая обработка при температуре ниже 1200^oС не позволяет ликвидировать значительное количество дефектов структуры поликристаллов зерен порошка электрокорунда, т.к. "зарастание" пор и "залечивание" микротрещин требует большей термической активности атомов, нежели они получают при температуре ниже 1200^oС, что не приводит к повышению его режущей способности, следовательно, к повышению качества абразивного изделия.

Предварительная термическая обработка в течение времени менее 1 часа не позволяет полностью избавиться от несовершенств структуры зерен исходного порошка электрокорунда, т. к. для протекания диффузионных процессов по "зарастанию" пор и "залечиванию" микротрещин требуется достаточно длительное время, поэтому при малой длительности предварительной термической обработки невозможно получение абразивных изделий высокого качества.

Предварительная термическая обработка при температуре выше 1400^oС становится малоэффективной, поскольку основная масса несовершенств кристаллической структуры зерен порошка электрокорунда, снижающих его прочность и приводящая к значительному дроблению при прессовании, ликвидирована и из подготовленного таким образом исходного порошка электрокорунда возможно получение абразивных изделий высокого качества.

Предварительная термическая обработка в течении времени больше двух часов не приводит к значительному повышению прочности зерен порошка электрокорунда, т. к. процесс ликвидации несовершенств их кристаллической структуры завершен при длительности термообработки до двух часов.

Динамическое нагружение ударной волной на первой стадии при мощности ударной волны меньше 0,4 ГВт не приводит к формированию достаточно развитых контактных поверхностей между зернами порошка электрокорунда, по которым происходит когезионное взаимодействие, поэтому прочность прессовки незначительна и получить абразивные изделия высокого качества невозможно.

Динамическое нагружение ударной волной на первой стадии при мощности ударной волны более 1,0 ГПа является малоэффективным, поскольку сформировавшиеся в местах контактного взаимодействия зерен порошка электрокорунда когезионные силы, придающие первоначальную прочность прессовке, малы и волна разрежения, проходящая по прессовке вслед за ударной волной, создает ослабление связей и формирование микротрещин, поэтому абразивное изделие не получает высокого качества.

Динамическое нагружение ударной волной на второй стадии при мощности ударной волны менее 4,0 ГВт не может осуществить значительную активизацию атомов кристаллической решетки зерен порошка электрокорунда, что не позволяет силам когезионного взаимодействия сформировать прочную прессовку и поэтому невозможно получить абразивное изделие высокого качества.

Динамическое нагружение ударной волной на второй стадии при мощности ударной волны более 5,0 ГВт приводит к появлению большого количества микротрещин из-за наличия волны разрежения большой мощности, поэтому сформировавшиеся когезионные связи разрушаются мощной волной разрежения и готовое абразивное изделие не получает высокой прочности, следовательно, и высокого качества.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ изготовления абразивных изделий включает формообразование заготовки, при котором на порошок электрокорунда оказывают динамическое нагружение ударной волной, после чего заготовку подвергают термической обработке, причем порошок электрокорунда подвергают предварительной термической обработке при температуре 1200-1400^oС в течение 1-2 часов, а динамическое нагружение ударной волной осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 0,4-1,0 ГВт, а на второй - 4,0-5,0 ГВт.

Испытание абразивного изделия, полученного описанным способом, проводили при хонинговании стали 40Х HRC 45...50 при следующих режимах: скорость вращения хонголовки 40 м/мин, скорость возвратно-поступательного движения хонголовки 6 м/мин, давление разжима хонинговальных брусков - 0,4 МПа.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия порошок электрокорунда подвергают предварительной термической обработке при температуре 1200^oС в течение 1 часа, а динамическое нагружение ударной волной осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 0,4 ГВт, а на второй - 4,0 ГВт. Полученное изделие имело допускаемое напряжение на сжатие 65 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработки по сравнению с известным составляет 127%, износ уменьшился в 1,36 раза.

Пример 2. Для изготовления абразивного изделия порошок электрокорунда подвергают предварительной термической обработке при температуре 1400^oС в течение 2 часов, а динамическое нагружение ударной волной осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 1,0 ГВт, а на второй - 5,0 ГВт. Полученное изделие имело допускаемое напряжение на сжатие 68 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработки по сравнению с известным составляет 135%, износ уменьшился в 1,42 раза. Примеры получения абразивных изделий приведены в таблице.

Как следует из таблицы, оптимальными параметрами технологии изготовления абразивного изделия повышенного качества являются следующие: Температура предварительной термической обработки - 1200-1400^oС Длительность предварительной термической обработки - 1-2 часа Мощность ударной волны на первой стадии - 0,4-1,0 ГВт Мощность ударной волны на второй стадии - 4,0-5,0 ГВт Повышенное качество абразивных изделий по предлагаемому способу выражается в том, что они имеют высокую механическую прочность на сжатие, повышенную режущую способность (повышенная производительность) и повышенную износостойкость.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для изготовления абразивного инструмента, применяющегося при обработке деталей на финишных операциях: хонингование, суперфиниширование, тонкое шлифование; для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств; средство, воплощающее изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость".

Формула изобретения

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 порошок электрокорунда подвергают предварительной термической обработке при температуре 1200-1400^oС в течение 1-2 ч, а динамическое нагружение ударной волной осуществляют в две стадии, причем мощность ударной волны на первой стадии 0,4-1,0 ГВт, а на второй - 4,0-5,0 ГВт.

РИСУНКИ

Рисунок 1