Способ изготовления абразивных изделий


 


Владельцы патента RU 2543024:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента для финишной обработки. Абразивный порошок электрокорунда смешивают с порошком карбида бора в количестве 10-20% от массы абразивного порошка и зернистостью 30-50% от зернистости абразивного порошка. Полученную абразивную шихту засыпают в пресс-форму, проводят термическую обработку при температуре 600-750°C в течение 45-80 мин при одновременном сообщении колебаний абразивной шихте с амплитудой 0,5-1,5 мм. Осуществляют формообразование абразивной шихты при статическом нагружении и динамическом нагружении ударной волной с последующей термообработкой. В результате повышается качество абразивного инструмента за счет равномерного распределения абразивных зерен определенной зернистости и пор по всему его объему. 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента преимущественно для финишной обработки и может быть использовано для изготовления абразивного инструмента.

Известен способ изготовления абразивных изделий [Патент РФ №2227774, B24D 3/02, 18/00, опубл. 27.04.2002 г. Бюлл. №12], при котором абразивный порошок электрокорунда формообразуют при статическом 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).

Однако ступенчатое заполнение пресс-формы порошками электрокорунда различной зернистости и на различных уровнях не позволяет обеспечить высокую равномерность распределения зерен и пор, т.к. ударная волна, воздействуя в начале на порошок исходной фракции, перемещает его по пресс-форме и приводит к образованию конгломератов зерен, образующих за счет зацепления так называемое «арочное соединение», формируя при этом поры различных размеров и неравномерно распределенные по объему инструмента, что снижает качество абразивных изделий.

Известен также 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°C в течение 2-6 часов [Патент РФ №673446, МКИ B24D 17/00, 1993].

Однако из-за постепенного уменьшения давления во фронте ударной волны по мере ее прохождения через абразивную шихту в прессовке формируется неравномерное распределение крупных и мелких зерен и пор, что не позволяет обеспечить равномерность съема материала и износа инструмента при финишной обработке на повышенных скоростях и силовых режимах 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°C в течение 2-4 часов. Вторая стадия повторяется 5-7 раз, а динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной [авторское свидетельство СССР №1364454, МКИ B24D 18/00, 1988].

Однако многократность нагружения ударной волной не обеспечивает равномерную плотность изделия, зависящую от равномерного распределения зерен и пор по всему объему, т.к. при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, которые ведут к неравномерному износу абразивного изделия и, соответственно, снижают его качество.

Наиболее близким является способ изготовления абразивных изделий [Патент РФ №2293013, МПК B24D 18/00, опубл. 10.02.2007, Бюлл. 4], включающий формообразование абразивного порошка электрокорунда при статическом и динамическом нагружении ударной волной с последующей термообработкой, а перед формообразованием в абразивный порошок электрокорунда дополнительно вводят порошок карбида бора в количестве 10-20% от массы абразивного порошка и зернистостью 30-50% от зернистости абразивного порошка.

Добавление порошка карбида бора приводит к дополнительному дроблению крупных зерен порошка электрокорунда и образованию значительного количества различных по размерам пор после возгонки зерен карбида бора при термической обработке, что не увеличивает равномерность распределения зерен и пор по всему объему изделия, ведет к неравномерности съема металла и износа абразивного изделия и, соответственно, снижает его качество.

Задачей изобретения является получение абразивных изделий повышенного качества с равномерным распределением абразивных зерен определенной зернистости и пор по всему объему.

Техническим результатом изобретения является повышение качества абразивных изделий.

Поставленный технический результат достигается тем, что формообразуют абразивный порошок электрокорунда при статическом и динамическом нагружении ударной волной с последующей термообработкой, перед формообразованием в абразивный порошок электрокорунда вводят порошок карбида бора в количестве 10-20% от массы абразивного порошка и зернистостью 30-50% от зернистости абразивного порошка, а также проводят термическую обработку при температуре 600-750°C в течение 45-80 мин при одновременном сообщении колебаний абразивной шихте с амплитудой 0,5-1,5 мм.

При этом термическая обработка позволяет значительно уменьшить высоту микронеровностей, так как именно на вершинах микровыступов концентрируется энергия, приводящая к их оплавлению. Эти процессы приводят к ослаблению сил сцепления между зернами электрокорунда и карбида бора, уменьшая тем самым «арочный эффект» взаимодействия между ними.

При этом сообщение колебаний абразивной шихте, засыпанной в пресс-форму, позволяет последней приобретать подвижность, что приводит к ослаблению сил сцепления между зернами. При этом они ближе подходят друг к другу, происходит их более плотная упаковка и абразивная шихта уплотняется.

Использование температуры менее 600°C не приводит к оплавлению выступов микронеровностей на поверхностях зерен карбида бора и силы сцепления между выступами микронеровностей поверхностей зерен электрокорунда и карбида бора не позволяют добиться равномерного распределения зерен и пор по всему объему абразивной шихты из-за случайным образом образующихся «арок». В результате готовое абразивное изделие не обладает высоким качеством, т.к. не может быть использовано в качестве абразивного инструмента на финишных операциях при высоких скоростных и силовых режимах обработки.

Использование температуры выше 750°C приводит к полному оплавлению выступов микронеровностей и частичному оплавлению поверхностей зерен карбида бора, что приводит к образованию прочных соединений последних с зернами электрокорунда. Такие соединения увеличивают количество случайно образовавшихся «арок», усиливая тем самым «арочный эффект», не позволяющий сформировать равномерное распределение зерен электрокорунда, карбида бора и пор во всем объеме абразивной шихты. Это не приводит к повышению качества готового абразивного изделия, т.к. не позволяет использовать его в качестве абразивного инструмента на финишных операциях при высоких скоростных и силовых режимах.

Проведение термической обработки в течение времени менее 45 минут не позволяет выступам микронеровностей на поверхностях зерен карбида бора в достаточном количестве оплавляться и значительное количество неоплавленных выступов микронеровностей последних сцепляются с выступами микронеровностей поверхностей зерен электрокорунда, образуя случайные конгломераты - «арки», не позволяющие создать в объеме абразивной шихты равномерное распределение зерен электрокорунда, карбида бора и пор. При этом готовое абразивное изделие не обладает высоким качеством, т.к. его невозможно использовать на финишных операциях с высокими скоростными и силовыми параметрами.

Проведение термической обработки в течение времени более 80 минут приводит к полному оплавлению всех выступов микронеровностей поверхностей зерен карбида бора и частичному оплавлению их поверхностей. Это приводит к формированию значительного количества случайных конгломератов - «арок» при сплавлении поверхностей зерен карбида бора и электрокорунда.

Это не приводит к равномерному распределению зерен электрокорунда, карбида бора и пор во всем объеме абразивной шихты. Готовое абразивное изделие не обладает высоким качеством, т.к. не позволяет его использовать в качестве абразивного инструмента на финишных операциях при повышенных скоростных и силовых нагрузках.

Сообщение колебаний абразивной шихте с амплитудой менее 0,5 мм не позволяет в достаточной мере равномерно заполнять поры между зернами электрокорунда и карбида бора, поскольку силы сцепления между выступами микронеровностей их поверхностей достаточно велики из-за большого количества неровностей. Это приводит к тому, что неравномерность распределения зерен электрокорунда, карбида бора и пор во всем объеме абразивной шихты достаточно высока, что не позволяет получить готовое абразивное изделие высокого качества, т.е. его невозможно использовать в качестве абразивного инструмента при финишной обработке на высоких скоростных и силовых режимах.

Использование амплитуды колебаний более 1,5 мм приводит к тому, что абразивная шихта начинает терять контакт с рабочим органом (вибратором), нарушаются связи между зернами, в абразивной шихте возникают циркуляционные потоки, происходит так называемое «бурление», т.е. шихта приходит в состояние «кипения». Это приводит к значительному разрыхлению абразивной шихты и уменьшению ее плотности, что вызывает расфракционирование и интенсивное перемешивание зерен различной фракции абразивной шихты.

При этом значительно нарушается равномерность распределения зерен и пор по всему объему изделия, что не позволяет использовать его в качестве абразивного инструмента на высоких скоростных и силовых режимах финишной обработки.

Предлагаемый способ изготовления абразивных изделий включает приготовление шихты из порошка электрокорунда белого и карбида бора, шихту подвергают термической обработке при температуре 600-750°C в течение 45-80 мин, при одновременном сообщении колебаний абразивной шихте с амплитудой 0,5÷1,5 мм, последующее статическое нагружение и динамическое нагружение ударной волной с последующей термообработкой. Порошок карбида бора берут в количестве 10-20% от массы абразивного порошка электрокорунда и зернистостью 30-50% от зернистости порошка электрокорунда, а динамическое нагружение осуществляют ударной волной мощностью 0,65 МВт/г массы порошка электрокорунда с последующей термообработкой при температуре 1800°C в течение 4 ч.

Сообщение колебаний абразивной шихте проводится на виброустановке УВГ - 200 (объем рабочей камеры - 200 дм3, одна рабочая камера, амплитуда колебаний 0-7 мм, мощность электродвигателя привода вибратора - 4,5 кВт, частота колебаний - 33 Гц), а предварительная термическая обработка перед формообразованием проводится в обычной муфельной электропечи.

Испытание абразивного изделия, полученного описанным способом, проводили при обработке стали 40X в нормализованном состоянии (HB 229) методом хонингования при следующих режимах: окружная скорость хонголовки - 60 м/мин, скорость ее возвратно-поступательного движения - 18 м/мин, давление разжима брусков - 0,4 МПа.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия приготавливают абразивную шихту из порошков электрокорунда и карбида бора, причем количество порошка карбида бора в шихте составляет 10% от массы абразивного порошка электрокорунда, а зернистость его составляет 30% от зернистости порошка электрокорунда, проводят ее термическую обработку при температуре 600°C в течение 45 минут при одновременном сообщении колебаний абразивной шихте с амплитудой 0,5 мм. Затем производят статическое прессование и, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной. После прессования заготовку извлекают из пресс-формы, помещают в электровакуумную печь и термообрабатывают. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 70 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработки по сравнению с известным инструментом составляет 134%, износ уменьшился в 1,51 раза, среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности Ra=0,32 мкм, что меньше после обработки известным инструментом в 1,97 раза. Исследование шлифов предлагаемого абразивного инструмента показало, что расстояние между порами лежит в пределах 15÷45 мкм, а среднее расстояние - 25 мкм.

Пример 2. Для изготовления абразивного изделия приготавливают абразивную шихту из порошков электрокорунда и карбида бора, причем количество порошка карбида бора в шихте составляет 20% от массы абразивного порошка электрокорунда, а зернистость его составляет 50% от зернистости порошка электрокорунда, проводят ее термическую обработку при температуре 750°C в течение 80 минут при одновременном сообщении колебаний абразивной смеси с амплитудой 1,5 мм. Затем производят статическое прессование и, не снимая статической нагрузки, проводят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной. После прессования заготовку извлекают из пресс-формы, помещают в электровакуумную печь и термообрабатывают. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 73 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработки по сравнению с известным инструментом составляет 141%, износ уменьшился в 1,57 раза, среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности Ra=0,25 мкм, что меньше после обработки известным инструментом в 2,52 раза. Исследование шлифов предлагаемого абразивного инструмента показало, что расстояние между порами лежит в пределах 15÷45 мкм, а среднее расстояние - 35 мкм.

Примеры получения абразивных изделий приведены в таблице 1.

Таблица 1
Примеры
параметр
Примеры
параметр
Зернистость порошка карбида бора в % от зернистости порошка электрокорунда Температура термообработки, °C Длительность термообработки, мин Амплитуда колебаний, мм Предел прочности на сжатие, МПа Производительность обработки, % Уменьшение износа инструмента, крат Параметр Ra обработанной поверхности, мкм Среднее расстояние между порами по объему, мкм Пределы расстояний между порами, мкм
1. 25А 12Н СТ1К5 - - - - - 55 100 1,0 0,63 30 20÷80
2. Пример 1 10 30 600 45 0,5 70 134 1,51 0,32 25 15÷45
3. Пример 2 20 50 750 80 1,5 73 141 1,57 0,25 35 15÷45
4. Пример 3 5 20 500 35 0,3 58 125 1,21 0,48 50 5÷115
5. Пример 4 5 20 500 35 1,7 64 121 1,40 0,41 55 10÷110
6. Пример 5 5 20 500 90 0,3 66 115 1,33 0,52 45 5÷125
7. Пример 6 25 60 850 35 0,3 56 120 1,37 0,44 65 15÷140
8. Пример 7 25 60 850 35 0,7 61 110 1,15 0,38 60 10÷130
9. Пример 8 25 60 850 90 0,3 63 128 1,28 0,50 70 15÷120

Как следует из таблицы, оптимальными параметрами способа технологии изготовления абразивного изделия повышенного качества являются следующие:

- температура термообработки: 600-750°C;

- длительность термообработки: 45-80 мин;

- амплитуда колебаний: 0,5-1,5 мм.

Способ изготовления абразивных изделий, включающий приготовление абразивной шихты из абразивного порошка электрокорунда и дополнительно введенного в него порошка карбида бора в количестве 10-20% от массы абразивного порошка электрокорунда и зернистостью 30-50% от зернистости абразивного порошка электрокорунда и ее формообразование при статическом нагружении и динамическом нагружении ударной волной с последующей термообработкой, отличающийся тем, что перед формообразованием приготовленную абразивную шихту подвергают предварительной термообработке при 600-750°C в течение 45-80 мин с одновременным сообщением ей колебаний с амплитудой 0,5÷1,5 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении керамических формованных частиц для абразивных изделий. Упомянутая керамическая частица имеет четыре основные поверхности, соединенные шестью общими кромками.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента. Производят дозирование всех компонентов для изготовления абразивной массы по определенным весовым соотношениям.
Изобретение относится к технологии производства высокопористого абразивного инструмента на керамических связках. Способ включает приготовление формовочной массы, содержащей абразивные зерна электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и смесь наполнителей в виде алюмосиликатных полых сферических частиц в количестве 2-200% от объемного содержания абразива и молотых фруктовых косточек в количестве 5-250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя, формование из нее сырца инструмента и высокотемпературный обжиг инструмента.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для получения кольцевых заготовок для тонких отрезных абразивных кругов на вулканитовой связке.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении алмазного инструмента на гальванической связке, преимущественно для обработки хрупких неметаллических материалов.
Изобретение относится к технологии производства абразивного инструмента на керамических связках. Способ включает приготовление формовочной массы, содержащей абразивные зерна электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и наполнитель в виде алюмосиликатных полых сферических частиц в количестве 2-200% от объема абразива, формование из нее сырца инструмента и высокотемпературный обжиг инструмента.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при производстве абразивных инструментов и паст для шлифовки и полировки изделий из твердых материалов и лакокрасочных покрытий.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов. Абразивное изделие содержит абразивное тело, имеющее абразивные зерна в связующем материале.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных кругов и других абразивных изделий с дискретной режущей поверхностью.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных изделий для шлифования деталей из различных материалов.
Изобретение относится к технологии изготовления абразивных изделий на органических термореактивных связках в области машиностроения. Способ включает стадии предварительного прогрева и отверждения полного цикла термообработки группы полуфабрикатов из композиционных материалов, помещенных в радиопрозрачный контейнер, в микроволновом поле СВЧ-камеры с частотой 2450 МГц при изготовлении изделий из композиционных материалов толщиной до 100 мм и с частотой 890-915 МГц при изготовлении изделий из композиционных материалов толщиной свыше 100 мм, до достижения температуры полной полимеризации органической термореактивной связки с последующей выдержкой при этой температуре. Полуфабрикаты перед термообработкой размещают в открытом сверху контейнере внутри термостатирующего слоя из теплоизолирующего парогазопроницаемого радиопрозрачного сыпучего материала с высоким коэффициентом диффузного отражения в инфракрасном диапазоне, при этом размещение полуфабрикатов осуществляют укладкой на дно упомянутого контейнера, выполненное преимущественно из упомянутого теплоизолирующего материала, а затем засыпкой полуфабрикатов предпочтительно таким же теплоизолирующим материалом формируют термостатирующий слой над и между полуфабрикатами, а также между боковыми краями садки полуфабрикатов и стенками контейнера. После завершения полного цикла термообработки и извлечения контейнера из СВЧ-камеры материал упомянутого термостатирующего слоя удаляют с помощью пневмоустройства в емкость-накопитель. Технический результат: повышение производительности СВЧ-термообработки и качества композиционных материалов. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении шлифовально-абразивных устройств. Последнее содержит шлифовальные зерна, вложенные друг в друга по типу «матрешки», и композицию для их крепления к жесткой или гибкой основе. Шлифовальные зерна имеют конусообразную форму, сужающуюся к основе, а в зазорах между ними на высоту меньше высоты зерен размещена упомянутая композиция с обеспечением крепления зерен между собой. Свободное пространство от верха композиции до верха шлифовальных зерен заполнено смазочно-охлаждающей технологической средой, обеспечивающей охлаждение устройства в процессе обработки. В результате повышаются стойкость шлифовального устройства и качество обрабатываемых поверхностей. 1 ил.

Способ включает внедрение абразивного материала в поверхность металлорежущего инструмента под действием нагрузки. При этом внедрение абразивного материала в тело осуществляют путем подачи режущего инструмента в емкость с незакрепленным абразивным материалом, последующего перемещения емкости с абразивным материалом в продольном и поперечном направлениях при неподвижном режущем инструменте. При этом перемещение емкости осуществляют по меньшей мере за один цикл, включающий в себя перемещение в продольном направлении в одну и другую стороны, поперечном направлении в одну и другую стороны и вертикальном направлении в одну и другую стороны. Достигается снижение трудоемкости изготовления и повышение износостойкости режущего инструмента. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих органов машин разного назначения, взаимодействующих с высокоабразивной средой. Способ включает термическое воздействие на высокопрочный металл, придание ему заданной формы, крепление образованного износоустойчивого элемента к рабочему органу оборудования. Образуют трубчатую полую металлическую оболочку, например, прямоугольного, эллиптического, круглого или треугольного сечения. Полость оболочки полностью заполняют смесью флюса и порошкообразного высокопрочного металла и подвергают ее высокотемпературному воздействию. Спекают смесь до образования монолитного тела и образования зоны диффузии шириной от 10 до 30% толщины трубчатой оболочки между боковой поверхностью тела сплава и внутренней боковой поверхностью трубчатой оболочки. Полученный износоустойчивый элемент закрепляют к рабочему органу оборудования с помощью газовой или электродуговой сварки, образуют опорную поверхность в виде зоны диффузии между поверхностью рабочего органа и внешней частью металлической оболочки. Воздействием абразивной среды на упомянутый элемент удаляют металлическую оболочку, которая находится вне зоны, образованной опорной поверхностью. Технический результат заключается в обеспечении возможности придания любой необходимой формы износоустойчивому элементу и высокого качества крепления к любой металлической поверхности рабочего органа.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на металлической связке. Осуществляют подачу электролита, содержащего абразивные зерна, на поверхность инструмента, который вращают горизонтально в гальваническом резервуаре с обеспечением закрепления осаждаемых на поверхность инструмента абразивных зерен электрохимическим покрытием. Инструмент размещают в гальваническом резервуаре с получением локального открытого участка поверхности инструмента при вращении инструмента в дискретном режиме. Осуществляют операции дозирования абразивных зерен и осаждения электрохимического покрытия с закреплением абразивных зерен на локальный открытый участок поверхности инструмента. При последующем дискретном повороте инструмента на заданный угол упомянутые операции повторяют. В результате обеспечивается повышенная стойкость и точность изготовления инструмента. 1 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов из сверхтвердых материалов, например, алмаза, нитрида бора, с металлической связкой, в частности, инструментов со сложными фасонными рабочими поверхностями. Композиционный припой содержит, мас. %: легкоплавкая матрица 10-55, тугоплавкий наполнитель 30-89, легирующая добавка в виде тугоплавких наночастиц 1-15. Содержание компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя выбрано из условия образования при их взаимодействии структурных составляющих, имеющих температуру плавления не ниже 700°С. В процессе пайки из припоя формируется легированная наночастицами металлическая связка, обладающая высокой прочностью и износостойкостью, хорошо удерживающая зерна сверхтвердых материалов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении шлифовальных кругов с дискретной режущей поверхностью. Способ дискретизации режущей поверхности инструмента заключается в вырезании на его рабочей цилиндрической поверхности струей высококонцентрированного потока энергии радиальных отверстий. При вырезании каждого отверстия струю перемещают по отрезкам прямых линий, параллельных оси симметрии поперечного сечения радиального отверстия, а кратчайшее расстояние конечных точек отрезков от окружности радиального отверстия выдерживают равным радиусу пятна контакта струи с обрабатываемым абразивным материалом. На участках реверса рабочих ходов струю перемещают по отрезкам прямых линий, имеющих наклон к оси абсцисс под углом, определяемым по приведенной формуле. В результате сохраняется исходная структура абразивного материала и обеспечивается высокая производительность вырезания отверстий и их геометрическая точность. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для позиционирования режущих частиц при изготовлении абразивных изделий, предназначенных для обработки резанием. Устройство содержит приемное устройство, имеющее первое приемное отверстие для приема первой режущей частицы и второе приемное отверстие для приема второй режущей частицы. Предусмотрено устройство для создания удерживающей силы, выполненное с возможностью регулирования удерживающей силы, фиксирующей первую режущую частицу в первом приемном отверстии, независимо от удерживающей силы, фиксирующей вторую режущую частицу во втором приемном отверстии. В результате обеспечивается возможность автоматического создания различных вариантов геометрического расположения режущих частиц без замены приемного устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх