Спосіб виготовлення робочого шару складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента

Реферат: Спосіб виготовлення робочого шару складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента включає виготовлення металевої основи з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), закріпленими в ній електролітичним осадженням металу (нікелю) як алмазно-гальванічного покриття (АГП). Додатково до робочих алмазно-абразивних зерен НТМ додають (інтегрують) захисний підшар алмазно-абразивного мікропорошку зернистістю 0,1…0,15 від зернистості робочих алмазно-абразивних зерен НТМ і максимально можливою умовною концентрацією K  200...248 %. UA 115009 U (12) UA 115009 U UA 115009 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології виготовлення абразивного матеріалу, переважно робочого шару, як алмазно-гальванічного покриття (АГП) складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента, на металевій основі з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), яка забезпечує підвищення зносостійкості, довговічності і працездатності складнопрофільних правлячих алмазно-абразивних інструментів на операціях врізного фасонного шліфування в різних галузях інструментального, підшипникового, оптикомеханічного, газотурбінного, авіаційного, машинобудівного та інших виробництв, що, в свою чергу, покращує якість оброблюваних поверхонь. Відомі способи виготовлення складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструменту, що включає виготовлення металевої основи з зернами НТМ (зернистістю 400/315…800/630), закріпленими електролітичним методом гальваностегії або гальванопластики - осадженням металу - нікелю - (див. "Алмазный правящий инструмент на гальванической связке" А.К. Байкалов, И.Л. Сукенник" - Киев, Наук. думка, 1976, - с. 22-48), (див. "Алмазный инструмент фасонного профиля" Коломиец В.В., Полупан Б.И., Химач О.В. - Киев, Наук, думка, 1992, - с. 129-139); (див. "Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента" за редакцією В.М. Бакуля - Москва: Машиностроение, 1975, с. 230-240). Основними недоліками складнопрофільних правлячих алмазно-абразивних інструментів, виготовлених за цими способами, є те, що по-перше, із-за складного профілю вони виготовляються одношаровими; тому при прикріпленні робочих зерен HTM на ці поверхні розмістити їх щільно один до одного не вдається. Це пов'язано із силами відштовхування цих зерен НТМ один від одного при взаємних співударяннях, коли вони наносяться на поверхні інструментів динамічним шляхом, наприклад змулюванням або посипанням з використанням відцентрового ефекту. І при стаціонарному викладанні, також із-за складності робочого профілю цих інструментів, не вдається розмістити робочі зерна НТМ щільно один до одного. Для досягнення підвищених концентрації та ущільненості розташування робочих алмазноабразивних зерен НТМ на робочій поверхні складнопрофільного правлячого інструмента потрібно застосовувати спеціальні операції і прийоми, що, в свою чергу, буде вести до значних ускладнень і подорожчання технологічних процесів виготовлення складнопрофільних алмазноабразивних правлячих інструментів. По-друге, і це головне, внаслідок вищевказаного, проміжки між робочими алмазно-абразивними зернами НТМ досить великі. Це сприяє тому, що потік охолоджувальної рідини з абразивними частками диспергованого матеріалу кругів (що заправляються) і продуктів зносу самого інструмента інтенсивно, під тиском омиває вільну поверхню зв'язуючого в цих проміжках. Ці тверді частки утворюють локальні імпульсні удари, енергія яких достатня, щоб визвати не тільки пластичну деформацію, структурні або фазові перетворення в мікрооб'ємах робочого шару, а ще й відокремлення матеріалу зв'язуючого у вигляді мікрозрізів. Результатом такого гідроабразивного зносу є зменшення замурування алмазно-абразивних робочих зерен НТМ в зв'язуючому, - а в силу того, що утримання відбувається тільки за рахунок механічного защемлення їх гальванічно осадженим нікелем, - і зменшення міцності утримання зерен. Додатково має місце ерозійний знос або ерозійний пітинг. Збільшуються викришування і виривання робочих зерен зі зв'язуючого, а це, в свою чергу, призводить до значного зниження працездатності, стійкості і довговічності складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента. Отже, оскільки зв'язуюче складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента в результаті гідроабразивного зносу при роботі швидко виходить з ладу, з метою надання поверхневої густини і твердості осаджуваному металу (нікелю), а значить підвищення міцності замурування і утримання робочих зерен НТМ при їх закріпленні на поверхні інструмента, застосовують такі методи: нанесення захисних покриттів карбіду і нітриду титану; напилення металів у вигляді плівок; проведення термічної обробки осадженого металу (нікелю); додавання у нього різних твердих частинок, наприклад деяких алмазів, кубічного нітриду бору, подрібленого твердого металу, керамічних осколків та ін. Це, у кінцевому результаті, повинно вести до підвищення зносостійкості робочого шару, довговічності і працездатності складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструменту. Практика показала, що основним напрямком підвищення стійкості алмазно-абразивного шару, в силу своєї простоти і універсальності, є максимальний захист зв'язуючого зернами НТМ меншої зернистості при максимальній умовній концентрації робочих зерен алмазно-абразивного порошку, а вона за розрахунками складає K  202,2% . З простих геометричних міркувань максимальна зернистість захисного алмазно-абразивного порошку, що розміщується між робочими зернами, розраховується за виразом: 1 UA 115009 U  2  ,  d  3  1  D  0,15D   де d - розмір комірки верхнього сита алмазно-абразивного порошку, що підсипається, D 5 10 15 20 25 30 розмір ячейки верхнього сита алмазно-абразивного порошку робочих зерен. З цього випливає, що до робочих зерен зернистістю 400/315 можна підсипати зерна зернистістю 0,1…0,15 від зернистості робочих зерен, наприклад мікропорошок 40/28. (Порошок 250/200, що запропоновано А.К. Байкаловим та І.Л. Сукєнніком, не може просипатись між 400/315, а зависне на останньому). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу виготовлення робочого шару складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента, при якому пропонується додавати (інтегрувати) до робочих алмазно-абразивних зерен НТМ захисний підшар алмазно-абразивного мікропорошку зернистістю 0,1…0,15 від зернистості робочих алмазно-абразивних зерен НТМ з максимально можливою умовною концентрацією K  200...248% і закріпляти його електроосадженням нікелю одночасно із зарощуванням робочих алмазно-абразивних зерен НТМ, формуючи у такий спосіб АГП. Внаслідок цього значно підвищуються твердість зв'язуючого, його зносостійкість до гідроабразивного зношування, а відтак - подовжене у часі глибоке замурування і міцність утримання робочих алмазноабразивних зерен НТМ. Це, в свою чергу, збільшує стійкість, працездатність і довговічність правлячого складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента. Для цього у способі виготовлення робочого шару, як АГП, складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента, що включає виготовлення металевої основи з алмазноабразивними зернами НТМ, закріпленими в ній електролітичним осадженням металу (нікелю), згідно з корисною моделлю, додатково до робочих алмазно-абразивних зерен НТМ додають (інтегрують) захисний підшар алмазно-абразивного мікропорошку зернистістю 0,1…0,15 від зернистості робочих алмазно-абразивних зерен НТМ і максимально можливою умовною концентрацією K  200...248)% ; закріплення зерен алмазно-абразивного мікропорошку проводять електроосадженням нікелю одночасно із зарощуванням робочих алмазноабразивних зерен НТМ; якість АГП забезпечують відповідною зміною сили струму, згідно зі спеціально розрахованим графіком, а саме: - на етапі одночасного зарощування робочих алмазно-абразивних зерен НТМ і алмазноабразивного мікропорошку сила струму осадження нікелю становить: I1  jопт S 0 1  K V h1 , h1 dh  S1 0 1 ncFh S0 - на етапі остаточного формування АГП I2  jопт S0 h2  h1  h '2  h1 1  dh S1 nc Fh S0 , де  h2  h'2 2 jопт - оптимальна щільність струму - 1 104 А/мм ; 35 h1 - товщина захисного підшару алмазно-абразивного мікропорошку; h '2 - товщина шару робочих алмазно-абразивних зерен НТМ; h 2 - загальна товщина АГП; S 0 - загальна площа поверхні осадження нікелю; S 1 - площа поверхні осадження нікелю під робочими алмазно-абразивними зернами НТМ; 40 45 KV - об'ємна концентрація алмазно-абразивного мікропорошку у захисному підшарі ( K V  K / 400 ); n c - питоме число робочих алмазно-абразивних зерен НТМ на одиниці площі робочої поверхні складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента, в тому числі правлячого; Fh - поперечний переріз робочого алмазно-абразивного зерна на висоті h від поверхні базування і усереднений по всіх робочих алмазно-абразивних зернах НТМ на робочий поверхні складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента, в тому числі правлячого: Fh  GSG (h)  1  GS1G h , 2 UA 115009 U  2 , D h 4 2   2h   Dh  d 1  1     1  , 0  h  0,90d   0,90d     SG (h)   d S1 G h    d  t  3   dt  hh , 0  h  dt ,   G  1  e 2,22 d . 5 10 15 20 25 30 Для зерен АС200Т 400/315 значення констант наступне: d  0,4 мм, d  0,4096 мм, dt  0,413 мм,   0,35 , G  0,589 . Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними ефектами, які досягаються внаслідок її реалізації, полягає у наступному: по-перше, завдяки захисному підшару мікропорошку виключається передчасне гідроабразивне підмивання зв'язуючого в зоні замуровування робочих алмазно-абразивних зерен і аварійне зменшення величини їх замурування; по-друге, завдяки одночасному зарощуванню нікелем робочих алмазноабразивних зерен і зерен алмазно-абразивного мікропорошку захисний підшар мікропорошку розміщується між робочими зернами на оптимальній глибині - в області потенційного утворення карманів - і не ослабляє утримання тильної частини робочого алмазно-абразивного зерна в однорідній нікелевій матриці; по-третє, завдяки зміні сили струму за спеціально розрахованим 2 графіком щільність струму знаходиться в допустимій зоні 0,69...1,77  104 А/мм , близькій до оптимального значення, що гарантує якість електроосадженого шару нікелю, без внутрішніх напружень і з необхідними фізико-механічними властивостями. Це в сукупності збільшує міцність утримання робочих алмазно-абразивних зерен НТМ, зносостійкість робочого шару, працездатність і довговічність правлячого складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента. Приклад конкретної реалізації запропонованого способу. Виготовлено алмазно-абразивний правлячий ролик при наступних режимах зарощування: на першому етапі - з силою струму I  0,0624 А - здійснено осадження нікелю спільно з алмазно-абразивним мікропорошком АСН 40/28 на графітову форму з попередньо закріпленими зернами АС200Т 400/315; на другому етапі - з призначеною силою струму I  0,248 А, постійною до повного формування АГП. В результаті стійкісних випробувань, де заправлялись абразивні круги 600×63×305 марки 24А25СМ2К5, період стійкості ролика з заявленим робочим шаром склав 1,55 годин або 3,44 тис. правок, тобто підвищився (у порівнянні з аналогічним алмазно-абразивним правлячим роликом без захисного підшару мікропорошку) у 1,9 разу, а запас міцності робочого шару інструменту, тобто період до повного руйнування підвищився в 2,3 разу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Спосіб виготовлення робочого шару складнопрофільного правлячого алмазно-абразивного інструмента, що включає виготовлення металевої основи з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), закріпленими в ній електролітичним осадженням металу (нікелю) як алмазно-гальванічного покриття (АГП), який відрізняється тим, що додатково до робочих алмазно-абразивних зерен НТМ додають (інтегрують) захисний підшар алмазно-абразивного мікропорошку зернистістю 0,1…0,15 від зернистості робочих алмазно-абразивних зерен НТМ і максимально можливою умовною концентрацією K  200...248 %. 2. Спосіб виготовлення робочого шару, як АГП за п. 1, який відрізняється тим, що закріплення зерен алмазно-абразивного мікропорошку проводять електроосадженням нікелю одночасно із зарощуванням робочих алмазно-абразивних зерен НТМ. 3. Спосіб виготовлення робочого шару, як АГП за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що якість алмазно-гальванічного покриття забезпечують відповідною зміною сили струму, згідно зі спеціально розрахованим графіком, а саме: - на етапі одночасного зарощування робочих алмазно-абразивних зерен НТМ і алмазноабразивного мікропорошку сила струму осадження нікелю становить I1  jопт S0 1  K V h1 h1  0 1 , dh S1 nc Fh S0 3 UA 115009 U - на етапі остаточного формування АГП I2  jопт S0 h2  h1  h '2 dh  h1 1  S1 ncFh S0 , де  h2  h'2 jопт - оптимальна щільність струму - 1 104 А/мм ; 2 h1 - товщина захисного підшару алмазно-абразивного мікропорошку; 5 h '2 - товщина шару робочих алмазно-абразивних зерен НТМ; h 2 - загальна товщина АГП; S 0 - загальна площа поверхні осадження нікелю; S1 - площа поверхні осадження нікелю під робочими алмазно-абразивними зернами НТМ; KV 10 15 об'ємна концентрація алмазно-абразивного мікропорошку у захисному підшарі ( K V  K / 400 ); n c - питоме число робочих алмазно-абразивних зерен НТМ на одиниці площі робочої поверхні складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента, в тому числі правлячого; Fh - поперечний переріз робочого алмазно-абразивного зерна на висоті h від поверхні базування і усереднений по всіх робочих алмазно-абразивних зернах НТМ на робочій поверхні складнопрофільного алмазно-абразивного інструмента. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4