абразвный доводочный инструмент

Формула изобретения

1. АБРАЗВНЫЙ ДОВОДОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, содержащий древесное основание и нанесенный на его поверхность слой абразивного материала, отличающийся тем, что основание выполнено в виде набора склеенных между собой синтетическим связующим слоев березового лущеного шпона, расположенных в наборе из условия параллельного расположения волокон во всех слоях, при этом плотность набора выбрана 670 - 850 кг/м³, а ударная вязкость при изгибе вдоль волокон наружного слоя не менее 34 кДж/м².

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что плотность нанесения на наружный слой набора абразивного материала выбрана не менее 0,002 см³ на 1 см² рабочей поверхности набора слоев.

3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что предел прочности набора слоев при статическом изгибе вдоль волокон наружного слоя выбран не менее 107,8 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству абразивных инструментов для обработки хрупких неметаллических материалов.

Предлагаемый абразивный инструмент предназначен для доводки, т.е. подготовки под полировку неметаллических материалов с твердостью по шкале Мооса до 7-7,5 ед.

Широко известно использование для доводки эластичных алмазных паст и микропорошков.

Недостатком их использования является необходимость большого количества доводочных переходов от более крупных зернистых порошков или микронных алмазных паст к более мелкозернистым для обеспечения требуемой фактуры обрабатываемой поверхности, что в конечном итоге снижает производительность обработки.

Кроме того при доводке алмазными или абразивными пастами и порошками предъявляются очень высокие требования к гранулометрическому составу абразива. Помимо сказанного, в реальных условиях производства возникают трудности сохранения порошков "чистыми".

Известен алмазно-абразивный инструмент на основе древесины, включающий заготовку с внедренным в нее на необходимую глубину алмазным порошком.

В указанном инструменте в качестве заготовки используют высушенные заготовки из цельной древесины, имеющие форму колец или кругов.

Недостатком известного инструмента являются его узкие технологические возможности, обусловленные тем, что величину зернистости инструмента определяет проходное сечение пор древесины.

Также известен алмазно-абразивный инструмент на основе древесины, включающий заготовку заданного типоразмера (кольцо, круг и т.п.) из свежесрубленной натуральной березы, которую предварительно подвергают объемному прессованию для увеличения проходного сечения пор вследствие уплотнения древесины за счет межклеточных пространств.

Известные инструменты пригодны для работы в сравнительно узком диапазоне твердостей обрабатываемого материала ввиду их ограниченной режущей способности, обусловленной физико-механическими свойствами рабочей пары: "материал основания алмазный порошок".

Задачей изобретения является создание абразивного инструмента, позволяющего расширить диапазон твердостей обрабатываемого материала и повысить износостойкость за счет обеспечения возможности кантования зерен абразива в процессе обработки.

Поставленная задача решается тем, что в абразивном доводочном инструменте, содержащем древесное основание и нанесенный на его поверхность слой абразивного материала, согласно изобретению, основание выполнено в виде набора склеенных между собой синтетическим связующим слоем березового лущеного шпона, расположенных в наборе из условия параллельного расположения волокон во всех слоях, при этом плотность набора выбрана из условия 670-850 кг/м³, а ударная вязкость при изгибе вдоль волокон наружного слоя из условия не менее 34 кДж/м², а также тем, что плотность нанесения на наружный слой набора абразивного материала выбрана из условия не менее 0,0002 см³ на 1 см² рабочей поверхности набора слоев и что предел прочности набора слоев при статическом изгибе вдоль волокон наружного слоя выбран из условия не менее 107,8 МПа.

На фиг. 1 изображен инструмент, общий вид; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 инструмент, вид сверху.

Инструмент собран на металлической ступице 1, которая служит для крепления древесного основания 2. Ступица 1 имеет резьбовое отверстие для крепления на шпинделе станка. Основание 2 соединяется со ступицей 1 клеем и дополнительно скрепляется шурупами 3. Основание 2 выполнено в виде набора склеенных между собой синтетическим связующим слоев 4 березового лущенного шпона, расположенных в наборе из условия параллельного расположения волокон во всех слоях. На рабочей поверхности основания 2 выполнены канавки 5 для обеспечения равномерного износа и улучшения режущих способностей инструмента. В зависимости от условий работы инструмента эти канавки могут быть выполнены кольцевыми, спиральными, прямолинейными.

На поверхность основания 2 нанесен слой абразивного материала. В основе создания абразивного инструмента лежит экспериментально подобранное сочетание полуэластичного материала основания и абразивного порошка.

В качестве материала основания использована древесно-слоистая композиция, представляющая собой набор склеенных между собой слоев березового лущенного шпона. Клей должен обеспечивать достаточную прочность и водостойкость.

В качестве указанного клея могут быть использованы синтетические клеи на основе фенолформальдегидных или карбамидо-формальдегидных смол.

При склеивании слоев шпона необходимо выдерживать следующее условие: все слои шпона в наборе должны иметь параллельное направление волокон.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что именно соблюдение указанного условия обеспечивает необходимый уровень упругих свойств инструмента, что в конечном итоге приводит к повышению его износостойкости. Кроме того, несоблюдение указанного условия ведет к снижению предела прочности при скалывании по клеевому слою. Максимальное значение указанного параметра обеспечивается строго при параллельной ориентации волокон.

После склеивания слоев шпона и получения плиты заданных размеров, последняя подвергается предварительной токарной обработке (проточка цилиндрической поверхности, торцов, посадочная выточка под ступицу). Причем инструмент может изготавливаться в широкой номенклатуре по форме: торцевой, периферийной, грибковый и т.п.

После закрепления основания на металлической ступице оно подвергается окончательной обработке (торцы, нанесение на рабочем торце кольцевых проточек). Токарная обработка производится с базированием на посадочное отверстие. На рабочем торце выполняются радиальные пазы. Перед насыщением основания абразивным порошком оно обрабатывается абразивной шкуркой средней зернистости для снятия заусенцев и получения необходимой фактуры рабочей поверхности.

Абразивный порошок может быть нанесен на основание двумя способами, именно, всухую или в суспензии.

В качестве абразивного материала могут быть использованы карбид бора, шлифопорошок зернистостью N 5 и N 3, а также микропорошок зернистостью N 20, т.е. для изготовления инструмента используются сравнительно крупные шлифопорошки.

Минимизация требований к гранулометрическому составу абразива объясняется выбором материала основания (лущеный березовый шпон) и его физико-механическими свойствами.

Именно структура выбранного материала основания и его плотность 670-850 кг/м³ обеспечивают необходимую глубину проникновения крупного абразива с одновременной возможностью кантования его зерен, т.е. поворота и соответственно обновления режущих кромок (вершин) зерен. В процессе кантования на смену затупившейся вершины зерна выступает необработанная вершина, что и обеспечивает высокую режущую способность инструмента и повышает его износостойкость. Следствием процесса кантования зерен абразива является и уменьшение сил трения и, соответственно, тепловыделения в зоне контакта, что позволяет исключить режим охлаждения и, следовательно, повысить производительность работы инструмента. При этом экспериментально установлено, что при значении ударной вязкости при изгибе вдоль волокон наружного слоя не менее 34 кДж/м² обеспечивается эластичные свойства основания и локальное давление зерен на обрабатываемую поверхность.

Помимо структурных свойств березовый шпон по сравнению с другими типами древесины, такими как сосна, осина, липа, обеспечивает максимальный предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружного слоя, а именно, не менее 107,8 МПа.

Количество слоев шпона определяется исходя из требуемой прочности.

Исходя из расхода абразивного материала на один шлифовальный круг, установлено, что поверхностное насыщение абразивом должно составлять не менее 0,0002 см³ на 1 см² рабочей поверхности.

Перед обработкой материала инструментом осуществляют подготовку поверхности под доводку путем шлифовки ее алмазным инструментом со связкой на основе меди. Для твердых материалов зернистость шлифовального круга должна быть 40/28. Для обработки сравнительно мягких материалов, таких как мрамор, листвинит, змеевик и т.п. может быть применен более крупнозернистый шлифовальный алмазный инструмент зернистостью 63/40.

Доводка инструментом осуществляется при сравнительно малых скоростях. Для круга диаметром 120 мм минимальная скорость вращения 1000 об/мин.

Таким образом, экспериментально подобранное сочетание признаков запатентованного объекта, а именно, пакетирование с параллельным направлением волокон при определенных физико-механических свойствах полученной плиты, обеспечивает получение требуемых технических свойств рабочей пары: "материал основания абразивный порошок", а именно, упругих свойств основания и возможности шаржирования абразива в эти горизонтально расположенные волокна на необходимую глубину с одновременным обеспечением кантования абразива в процессе работы инструмента. Инструмент работает всухую, т.е. без подачи какой-либо СОЖ (смазывающей охлаждающей жидкости) в зону обработки.

Для большинства материалов доводка производится за один переход (традиционно 3 и более переходов), без перехода от более крупной к более мелкой зернистости.

При доводке большинства материалов инструмент обеспечивает получение глянцевой поверхности.

Полировка после доводки предлагаемым инструментом производится известными приемами с использованием полирующих абразивов. При этом достигается высокая производительность процесса полировки за счет высокого качества доводки.

Запатентованный доводочный инструмент практически не чувствителен к твердости обрабатываемого материала и позволяет с одинаковыми производительностью и качеством обрабатывать материалы малой твердости (мрамор, змеевик, лиственит) и высокой твердости (нефрит, агат, кварц). При этом скорость обработки (доводки) мало связана с твердостью.

Применение инструмента позволяет заменить традиционно использующиеся для доводки и подготовки под полировку более дорогие эластичные алмазные круги, алмазные микропорошки и пасты.