Способ изготовления абразивных изделий

 

Изобретение относится к производству хонинговальных и суперфинишных брусков. Абразивный порошок электрокорунда формообразуют при статическом прессовании и динамическом нагружении ударной волной в пресс-форме, после чего производят термообработку, причем соблюдают следующий порядок заполнения пресс-формы: в нижнюю ее часть помещают абразивный порошок, представляющий собой смесь основной и дополнительной фракций порошков электрокорунда. В верхнюю часть пресс-формы помещают порошок основной фракции. Соотношение объемного заполнения частей пресс-формы составляет 1:(0,5-0,7). Изобретение позволяет повысить качество абразивных изделий. 1 табл.

Изобретение относится к производству абразивного инструмента преимущественно для финишной обработки, в частности к изготовлению 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°С в течение 2-6 ч [патент РФ №673446, МКИ В 24 D 17/00, 1993].

Однако из-за постепенного уменьшения энергии взрывной ударной волны по мере прохождении ее через абразивную массу в прессовке формируется неравномерное распределение крупных и мелких зерен и пор, что не позволяет обеспечить равномерность съема металла и износа инструмента при обработке и снижает качество абразивного инструмента.

Известен способ изготовления абразивных изделий, 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°С в течение 2-4 ч. Вторая стадия повторяется 5-7 раз, а динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной [авт.св. СССР №1364454, МКИ В 24 D 18/00, 1988].

Однако многократность нагружения ударной волной не обеспечивает равномерную плотность изделия, т.к. при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, которые ведут к неравномерному износу абразивного изделия и, соответственно, снижают его качество.

Кроме того, многократное нагружение ударной волной приводит к значительному дроблению абразивных зерен в верхних слоях прессовки, в результате чего в абразивном изделии присутствует большое количество порошка такой мелкой зернистости, которая не участвует в микрорезании, что определяет неравномерный съем металла в течение срока службы абразивного изделия и снижает его качество.

Известен способ изготовления абразивных изделий, взятый в качестве прототипа, при котором формообразуют абразивный порошок электрокорунда при статическом и динамическом нагружении ударной волной в пресс-форме, после чего производят термообработку, причем мощность ударной волны при динамическом нагружении выбирают в пределах 0,5-0,65 МВт/г формообразуемого 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°С в течение 2-4 ч [патент РФ №2086395, МКИ В 24 D 18/00, 1997].

Однако направленное действие ударной волны обуславливает неравномерное распределение абразивных зерен в теле получаемого инструмента по высоте, т.к. при прохождении через абразивный порошок энергия ударной волны затухает. В результате чего доля мелких зерен в верхнем сечении инструмента превышает долю в нижнем, а доля крупных зерен в верхнем сечении меньше, чем в нижнем, что ведет к нарушению стабильной работы инструмента в течение его срока службы, неравномерному износу и съему металла и, следовательно, снижению качества абразивного изделия.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления абразивных изделий, позволяющего получить абразивный инструмент с равномерным распределением абразивных зерен по его высоте и обеспечивающего стабильную производительность и износ инструмента в течение срока службы.

Техническим результатом изобретения является повышение качества абразивных изделий.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления абразивных изделий, включающем засыпку в пресс-форму и формообразование в ней абразивного порошка электрокорунда статическим прессованием и динамическим нагруженном ударной волной и последующую его термообработку, в нижнюю часть пресс-формы засыпают абразивный порошок в виде смеси основной и дополнительной фракций порошков электрокорунда при массовом соотношении основной фракции к дополнительной 60-40%, причем соотношение размеров зерен дополнительной фракции к основной составляет 0,75-0,88, а затем в верхнюю часть пресс-формы помещают порошок основной фракции, при этом соотношение объемного заполнения частей пресс-формы 1:(1,5-0,7).

Последовательное заполнение пресс-формы, при котором в ее нижнюю часть помещают смесь порошков электрокорунда основной и дополнительной фракций, причем соотношение размеров зерен дополнительной фракции к размерам зерен основной составляет 0,75-0,88, а затем в пресс-форму засыпается порошок основной фракции, ведет к увеличению в нижнем сечении получаемого инструмента доли мелких зерен. При этом массовое соотношение в смеси основной фракции к дополнительной от 60 до 40% и соотношение объемного заполнения частей пресс-формы 1:(1,5-0,7) обеспечивают равное соотношение долей мелких и крупных абразивных зерен в нижнем сечении получаемого инструмента с соответствующими долями в верхнем сечении, что повышает качество абразивного инструмента и определяет его стабильную работу в течение всего срока службы.

При смешивании абразивных порошков электрокорунда при массовом соотношении основной фракции к дополнительной более 60% доля мелких абразивных зерен в нижнем сечении инструмента после прессования остается меньше, чем в верхнем сечении, а доля крупных зерен в нижнем сечении превосходит долю в верхнем сечении инструмента, что не обеспечивает повышения качества абразивного изделия.

Смешивание абразивных порошков электрокорунда при массовом соотношении основной фракции к дополнительной менее 40% ведет к тому, что после прессования доля мелких абразивных зерен в нижнем сечении получаемого инструмента превосходит долю в верхнем сечении, а доля крупных зерен в нижнем сечении становится меньше, чем в верхнем, т.е. не обеспечивается равномерное распределение зерен в теле инструмента, что не приводит к повышению качества абразивного изделия.

Использование в качестве дополнительной фракции абразивных зерен, размеры которых отличаются от размеров зерен основной фракции более чем в 0,88 раза, не приводит к получению абразивного изделия с равномерным распределением зерен, т.к. энергии ударной волны из-за ее затухания при прохождении через абразивную массу недостаточно для дробления зерен дополнительной фракции в нижнем сечении прессовки до размеров, соответствующих размерам зерен основной фракции в верхнем сечении, что не обеспечивает повышение качества абразивного изделия.

Использование в качестве дополнительной фракции абразивных зерен, размеры которых отличаются от размеров зерен основной фракции менее чем в 0,75 раза, не приводит к получению абразивного изделия с равномерным распределением зерен, т.к. после прессования за счет зерен дополнительной фракции доля мелких зерен в нижнем сечении получаемого инструмента значительно превышает долю в верхнем сечении, что не позволяет добиться повышения качества абразивного изделия.

При соотношении объемного заполнения верхней и нижней частей пресс-формы более чем 1:1,5 после прессования массовая доля мелких зерен в нижнем сечении получаемого инструмента превышает долю в верхнем сечении, а доля крупных зерен в нижнем сечении меньше, чем доля в верхнем, что ведет к неравномерной плотности изделия и нестабильной работе в течение срока службы, а следовательно, и к снижению его качества.

При соотношении объемного заполнения верхней и нижней частей пресс-формы менее чем 1:0,7 после прессования массовая доля мелких зерен в нижнем сечении получаемого инструмента не достигает равной доли в верхнем сечении, а доля крупных зерен в нижнем сечении превосходит долю в верхнем; при этом также не обеспечивается равномерная плотность изделия, что снижает его качество.

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 приготовление смеси порошков электрокорунда при массовом соотношении основной фракции к дополнительной от 60 до 40%, причем соотношение размеров зерен дополнительной фракции к размеру зерен основной фракции составляет 0,75-0,88. Полученную смесь тщательно перемешивают и засыпают в нижнюю часть пресс-формы, затем в пресс-форму досыпается порошок основной фракции, при этом соотношение объемного заполнения верхней и нижней частей пресс-формы должно составлять 1:(1,5-0,7). После этого осуществляется двустадийное прессование заготовки путем статического прессования и динамического нагружения ударной волной мощностью 0,5-0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка. Процесс изготовления завершают термической обработкой изделия при 1500-1600°С с выдержкой 2-4 ч.

Испытание абразивного изделия, полученного описанным способом, проводили при обработке стали 40Х в состоянии нормализации (НВ 229) методом хонингования при следующих режимах: окружная скорость 3 м/мин, скорость возвратно-поступательного движения 1,8 м/мин, давление прижима брусков к обрабатываемой поверхности 0,2 МПа.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия зерна электрокорунда основной фракции размерами 160 мкм смешивают с абразивными зернами электрокорунда дополнительной фракции размерами 140 мкм (отношение размеров зерен дополнительной фракции к основной 0,88) при содержании первых в смеси 60%, тщательно перемешивают и засыпают в нижнюю часть пресс-формы. Затем в верхнюю часть пресс-формы засыпается порошок основной фракции при соотношении объемного заполнения ее частей 1:0,7. После заполнения пресс-формы производят статическое нагружение заготовки. Затем, не снимая статической нагрузки, производят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощностью 0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка, после чего изделие извлекают из пресс-формы, помещают в печь и термообрабатывают при 1500°С в течении 3 ч. При хонинговании на указанных режимах максимальное отклонение производительности обработки в течение всего срока службы инструмента от начальной составило +10% (у известного +15%), максимальное отклонение износа инструмента +12% (у известного +17%).

Пример 2. Для изготовления абразивного изделия зерна электрокорунда основной фракции размерами 100 мкм смешивают с абразивными зернами электрокорунда дополнительной фракции размерами 80 мкм (отношение размеров зерен дополнительной фракции к основной 0,8) при содержании первых в смеси 50%, тщательно перемешивают и засыпают в нижнюю часть пресс-формы. Затем в верхнюю часть пресс-формы засыпается порошок основной фракции при соотношении объемного заполнения ее частей 1:1. После заполнения пресс-формы производят статическое нагружение заготовки. Затем, не снимая статической нагрузки, производят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощностью 0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка, после чего изделие извлекают из пресс-формы, помещают в печь и термообрабатывают при 1500°С в течении 3 ч. При хонинговании на указанных режимах максимальное отклонение производительности обработки в течение всего срока службы инструмента от начальной составило +5% (у известного +15%), максимальное отклонение износа инструмента +7% (у известного +17%).

Пример 3. Для изготовления абразивного изделия зерна электрокорунда основной фракции размерами 80 мкм смешивают с абразивными зернами электрокорунда дополнительной фракции размерами 60 мкм (отношение размеров зерен дополнительной фракции к основной 0,75) при содержании первых в смеси 40%, тщательно перемешивают и засыпают в нижнюю часть пресс-формы. Затем в верхнюю часть пресс-формы засыпается порошок основной фракции при соотношении объемного заполнения ее частей 1:1,5. После заполнения пресс-формы производят статическое нагружение заготовки. Затем, не снимая статической нагрузки, производят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощностью 0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка, после чего изделие извлекают из пресс-формы, помещают в печь и термообрабатывают при 1500°С в течении 3 ч. При хонинговании на указанных режимах максимальное отклонение производительности обработки в течение всего срока службы инструмента от начальной составило +4% (у известного +15%), максимальное отклонение износа инструмента +6% (у известного +17%). Примеры получения абразивных изделий приведены в таблице.

Как следует из таблицы, оптимальными параметрами технологии изготовления абразивного изделия повышенного качества являются следующие: массовое соотношение основной фракции к дополнительной 60-40%; соотношение размеров зерен дополнительной и основной фракции 0,75-0,88; соотношение объемного заполнения верхней и нижней частей пресс-формы 1:(1,5-0,7)

Повышенное качество абразивных изделий по предлагаемому способу выражается в том, что они имеют равномерное распределение абразивных зерен по высоте, стабильную производительность и стабильный износ в течение всего срока службы.

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, подтверждена 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, включающий засыпку в пресс-форму и формообразование в ней абразивного порошка электрокорунда статическим прессованием и динамическим нагружением ударной волной и последующую его термообработку, отличающийся тем, что в нижнюю часть пресс-формы засыпают абразивный порошок в виде смеси основной и дополнительной фракций порошков электрокорунда, при массовом соотношении основной фракции к дополнительной 60-40% и соотношении размеров зерен дополнительной фракции к основной 0,75-0,88, а в верхнюю - порошок основной фракции при соотношении объемного заполнения частей пресс-формы 1:(1,5-0,7).