УГришин Р.Г. - Повышение прочности абразивных кругов на керамических связках

Аннотация

Гришин Р.Г. Повышение прочности абразивных кругов на керамических связках Разработана методика определения геометрических параметров разрезной оправки, используемой при упрочнении абразивных кругов, на базе которой выполнен ее расчет для шлифовальных кругов ПП 400?200?8 24А10СМ16К5. Показана возможность упрочнения кругов без изменения технологии их изготовления.

Разработанный способ относится к упрочняющим технологиям режущих инструментов, в частности к способам упрочнения посадочных отверстий абразивных кругов, работающих на повышенных скоростях или при силовом шлифовании.

Известны способы повышения прочности абразивных кругов за счет регулирования физико-механических свойств керамических связок, входящих в шихту, путем подбора их состава. При данном способе имеет место весьма сложная технология изготовления, так как необходимо обеспечить закономерное распределение в прессформе неоднородной по составу шихты и, следовательно, в итоге переменные прочностные характеристики инструмента, достигающие максимальных значений у посадочного отверстия круга. Также известен способ упрочнения абразивных кругов путем создания у отверстия мелкозернистой структуры или увеличения твердости круга за счет изменения объема пор с сохранением структуры его рабочей части. Но при данном способе, увеличение прочности абразивного круга у отверстия также связано с усложнением технологии и увеличением себестоимости изготовления.

Известен также и способ упрочнения абразивных кругов путем применения при спекании металлической оправки, приводящей к деформации прилегающих к отверстию круга слоев пластификатора за счет разности коэффициентов термического расширения, которая при дальнейшей термообработке создает в поверхностном слое отверстия остаточные напряжения сжатия, что и приводит к эффекту упрочнения.

Однако его недостатком является то, что можно упрочнять абразивный круг только в процессе изготовления. Упрочнение уже изготовленного круга данным способом невозможно, так как при упрочнении металлической оправкой и в процессе спекания и при упрочнении изготовленного круга, контакт оправки с отверстием круга происходит неравномерно, так как отклонение от круглости отверстия после сушки 0,3 - 0,7 мм, а эта величина соизмерима с величиной натяга при нагреве (рис.1).

Рисунок 1 – Влияние отклонения от круглости отверстия АК после сушки на пятно контакта с оправкой при упрочнении (светлое пятно)

При имеющейся на абразивных заводах технологии прессования, получение меньшего отклонения от круглости в отверстии, приводит к значительному увеличению себестоимости изготовления, т.к. образование отклонения формы происходит из-за технологических погрешностей изготовления прессформы и явлений усадки в процессе термообработки круга. Поэтому в зонах, близлежащих к отверстию формируются остаточные напряжения сжатия различные по величине и велика вероятность появления трещин при данном способе упрочнения.

Таким образом, результатом данного изобретения является повышение прочности абразивных кругов, изготовленных по традиционной технологии.

Достигается это следующим образом. В абразивный круг вставляют разрезное металлическое кольцо и подвергают нагреву до температуры 890 - 910 С, при этом ширина разреза кольца рассчитывается из условия полного контакта наружной поверхности кольца и внутренней поверхности абразивного круга при температуре 690 -750 С.

При нагревании за счет разности коэффициентов термического расширения разрезного металлического кольца и абразивной массы, при температуре Θi величина зазора между кольцом и кругом ∆_з становится равна нулю. При повышении температуры до Θ2 исчезает зазор ∆_р. Последующее увеличение температуры до Θз приводит к возникновению натяга между кругом и кольцом.

Для керамической связки К5, Кб процесс протекает в три стадии [1].

Нагрев на первой стадии сопровождается первым эндотермическим эффектом при температуре Θi = 580 - 610 С. Вторая стадия характеризуется началом перехода компонентов связки в вязкотекучее состояние при Θ2 = 690 - 750 С. Третья стадия при Θз = 890 - 910 С - начало плавления компонентов связки, которое длится до температуры Θ4 = 1250 С. Нагрев ведется до температуры Θз, так как при дальнейшем повышении температуры связка переходит в жидкое состояние и круг теряет свою первоначальную форму. При последующем охлаждении полученная структура круга фиксируется. Величина этих изменений структуры зависит от начального зазора между оправкой и кругом ∆_з и натяга ∆нср. (на данный способ оформлена заявка на патент). Испытания проводились на круге 24А10НСМ16К5 ПП 400 х 200 х 8.

Исходные данные:

d_а = 203,15 мм; Θi = 600 С; Θ2 = 750 С; Θз = 900 С; α_м = 0,0000115 (1/С); α_а = 0,000004 (1/С), где: d_а - внутренний средний диаметр круга, мм; d_м - начальный диаметр металлического кольца, мм; Θi - температура первого эндотермического эффекта; Θ2 - температура начала перехода компонентов связки в вязкотекучее состояние; Θз - температура начала плавления компонентов связки; α_м - коэффициент термического расширения металлического кольца; α_а - коэффициент термического расширения абразивной массы круга.

Рассмотрим пример расчета наружного диаметра кольца и величины зазора для упрочнения абразивных кругов на керамических связках К5 с размерами ПП 400 х 200 х 10 мм (ГОСТ 2424 - 85).

По рассчитанным данным для круга ПП 400 х 200 х 8 изготовлено разрезное кольцо из стали 40Х с наружным диаметром dм = 200 о,04б мм, внутренним диаметром 180 мм и высотой 10 мм (рис.2).

Рисунок 2 – Упрочнение круга 24А16ПСМ16К5 (ПП 400x200x8) разрезной металлической оправкой

Остаточные напряжения на внутренней и рабочей поверхности абразивных кругов определялись по методу Н.Н. Давиденкова при последовательном срезании слоев алмазным карандашом и замере деформаций по реперным точкам.

После остывания круга по всему объему в зависимости от интенсивности внутренних и временных напряжений будут формироваться остаточные напряжения. Знак этих напряжений, как было показано ранее, связан с продольной и поперечной усадкой гранул в процессе термообработки. Для кругов зернистостью 16 и более, формируются остаточные напряжения растяжения, а для зернистостей 12 и меньше - сжатие. Важно заметить, что в случае применения упрочняющей термообработки общая картина изменяется независимо от зернистости АИ.

Исследованиями установлено, что применение разрезного металлического кольца формирует в слоях, близлежащих к отверстию круга остаточные напряжения сжатия величиной до 5,6 МПа; на рабочей поверхности – остаточные напряжения сжатия величиной до 3,45 МПа, что повышает прочность круга на 25 – 30%.

Как показали исследования, при данном способе упрочнения, кроме повышения прочности круга, за счет наведения в отверстии сжимающих остаточных напряжений, также происходит калибрование посадочного отверстия разрезным металлическим кольцом. При упрочнении точность посадочного отверстия круга повысилась с класса Б (Т = 1,5 мм) до класса АА (Т = 0,3 мм) по ГОСТ 2424 – 85, что положительно влияет на дисбаланс и работоспособность круга.

Список использованной литературы

1. Носов Н.В. Абразивная обработка деталей инструментами из СВС-материалов. – Самара: СамГТУ, 2005. 362 с
2. Носов Н.В. Патент РФ № 2113341 Б.И. №17 20.06.98г.