CS195610B1 - Způsob vyztužování brousícího kotouče - Google Patents

Description

(54) Způsob vyztužování brousícího kotouče

2

Vynález se týká způsobu vyztužování brousicího kotouče s vysokou odolností proti roztržení, vhodného zejména pro použití na rychlostních brousicích strojích s velmi vysokou řeznou rychlostí broušení.

S rozvojem rychlostního broušení, tzn. broušení řeznou rychlostí brousicího kotouče 60 m/s a více, jsou kladeny stále vyšší nároky na odolnost brousicích kotoučů proti roztržení. Napjatost brousicích kotoučů roste při rotaci s druhou mocninou jejích obvodové rychlosti, takže odolnost kotoučů proti roztržení patří mezi hlavní limitující faktory dalšího zvyšování řezné rychlosti broušení. Jestliže kritické napětí /u běžných rotujících kotoučů válcového tvaru se jedná o tečné napětí na vnitřním obvodu kotouče/, vznikající při rotaci, překročí mez pevnosti materiálu, použitého pro výrobu brousicího kotouče, dojde pochopitelně k · roztržení brousicího kotouče, čímž se nejen úplně přeruší funkce brousicího stroje, ale v důsledku velké kinetické energie vzniklých úlomků dojde také k páškození brousicího stroje a k velmi vážnému ohrožení bezpečnosti obsluhujících pracovníků, v řadě případů pří roztržení brousícího kotouče dojde i ke smrtelnému zranění obsluhujícího pracovníka. Odolnost brousicích kotoučů proti roztržení závisí především na pevnosti materiálu a pojiv, které jsou použity pro jejich výrobu.

Pevnost pojiv /i nově vyvíjených/ má však s ohledem na požadované funkční vlastnosti brousicích kotoučů určitou praktickou mez, kterou nelze překročit a v důsledku toho by vlastně nebylo možno pokračovat v dalším rozvoji progresivní technologie rychlostního broušení.

V současné době se situace ve vývoji pojiv rychlostních brousicích kotoučů ustálila natolik, že je možno říci, že brousicí kotouče s keramickým pojivém jsou provozně použitelné do obvodové rychlosti 60 až 80 m/s a brousicí kotouče s pryskyřičným pojivém jsou použitelné do obvodové rychlosti 80 až 100 m/s. Vzhledem k takto vytvořené hranici 100 m/s je tedy pochopitelné, že byly hledány další způsoby a postupy, jak zvýšit odolnost brousicích kotoučů proti roztržení. Vznikla nová kategorie mechanicky vyztužovaných brousicích kotoučů, které je možno rozdělit do dvou skupin podle způsobu upínání a broušení. Do první skupiny patří brousicí kotouče, které brousí svou vnější válcovou nebo tvarovou plochou a jsou upínány tradičním způsobem za vnitřní část kotouče .

Mezi technicky a funkčně nej v.ýznamněj ší je nutno zařadit tírousicí kotouče vyztužené skelnými vlákny a tkaninou, brousicí kotouče bez otvoru, brousicí kotouče zesílené v oblasti upínacího otvoru, brousicí kotouče s kuželovou upínací ploškou v oblasti upínacího otvoru, brousicí kotouče s vlepeným kovovým kroužkem do středového otvoru a nakonec novou konstrukci brousicího kotouče s nalepenými bočními kovovými prstenci.

Nevýhody,dosud známých konstrukcí vyztužených brousicích kotoučů první skupiny, tzn. využití brousicích kotoučů se skelnými vlákny a tkaninou pouze pro hrubovací broušení, nutnost speciálních brousicích strojů pro využití brousicích kotoučů bez otvoru, pouze velmi malé šířky brousicích kotoučů zesílených v oblasti upínacího otvoru a rovněž brousicích kotoučů s kuželovou upínací ploškou a nakonec výrobně obtížné zajištěni jednoznačného vyztužujícího účinku u brousicích kotoučů s vlepeným kovovým kroužkem, byly v podstatě odstraněny novou konstrukcí kotouče s nalepenými bočními kovovými prstenci. Společnou trvající nevýhodou vyztužených brousicích kotoučů první skupiny včetně brousicího kotouče s nalepenými bočními kovovými pť-stenci, je ,však poměrně malé zvýšení odolnosti těchto brousicích kotoučů proti roztržení -které prakticky nepřesáhne reálně výú^itéínóú;hodnotu 25 Z. Dq druhé skupiny ·patří brousicí kotouče, které brousí svou vnitřní válcovou nebo tvarovou plochou á...jsóu .naopak upínány za vnější obvod. ‘

Tato skupina brousicích kotoučů je podrobně popsána např. v Čs. autorském osvědčení č. 163 513, avšak přes řadu nesporných výhod jsou tyto brousicí^fcófc.tfvče v praxi použitelné pouze na velmi málo rozšířených speciálně konstruovaných ^brousicích strojích pro okružní broušení. V souhrnu je tedy možno konstatovat, že u široce využitelných brousicích kotoučů s vnější funkční plochou je vyztužující účinek dosavadních způsobů vyztužování poměrně malý, zatímco u brousicích kotoučů s vnitřní funkční plochou je sice vyztužující účinek mimořádně velký, ale rozsah jejich využití v praxi je velmi úzký a specializovaný.

Uvedené nedoatat.ky jsou z velké části odstraněny způsobem vyztužování brousicího kotouče podle vynálezu, jehož podstata spŮčívá v tom, že boční prstence, přilepené prostřednictvím lepících vrstev na obě boční stěny upínací· Části brousicího kotouče mají při lepení teplotu vyšší než 100 °C a k _t jejich ochlazení dojde teprve po vytvrzeni * a stabilizaci lepících vrstev. Λ

Způsob vyztužování brousicích kotoučů podle vynálezu přináší oproti popsanému současnému stavu techniky řadu výhody Jako základní výhody je nutno především uvést jednoduchý a spolehlivý způsob vyztužení, snížení množství vznikých úlomků v případě · eventuální havárie brousicího kotouče a dobré předpoklady pro rychlou a hlavně širokou realizaci v provozních podmínkách.

Další, podstatnou předností je značně vyšší odolnost brousicího kotouče pr.oti roztržení, než je odolnost všech dosud známých vyztužených brousicích kotoučů, zařazených v popisu současného stavu do -první skupiny. Tato zásadní a nová vlastnost umožňuje použití brousicího kotouče podle vynálezu v těch praktických aplikacích, které dosud nebylo možno zajistit jiným způsobem. Lze tedy konstatovat, že předmětem vynálezu se vytváří nová vyšší hranice maximální řezné rychlosti broušení, prakticky použitelné na rychlostních brousicích strojích.

Příkladné provedení způsobu vyztužování brousicího kotouče podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde obr.

představuje celkový boční pohled na vyztužený trousící kotouč, obr. 2 představuje příčný řez vyztuženým brousicím, kotoučem a obr. 3 graficky zachycuje rozložení napjatosti ve vyztuženém brousicím kotouči a nalepenými bočními prstenci 'bez jakéhokoliv předepnutí’a ve srovnání s tím rozložení napjatosti v brousicím kotouči, zhotoveném podle předmětného způsobu vyztužování.

Jak vyplývá z připojených obrázků, je konstrukce předmětného způsobu vyztužování brousicího kotouče velmi jednoduchá. Na běžný brousicí kotouč s otvorem, jehož vnitřní poloměr je R-j a vnější poloměr je

R.2» jsou z obou bočních stran přilepeny prostřednictvím lepících vrstev 2a a 2b. tenké boční kovové prstence 3a a 3b tak, že lepící vrstvou 2a je přilepen boční prste· nec ,3a a lepící vrstvou 2b je přilepen boční prstenec 3b. Pří lepení jsou oba boční kovové prstence 3a a 3b ohřátý na teplotu vyšší -než 100 °C a tato jejich teplota je udržována tak dlouho, dokud nenastane vytvrzeni lepících vrstev 2a a 2b a jejich dokonalá stabilizace vůči brousicímu kotouči 2. a bočním kovovým prstencům 3a a 3b. Teprve potom vychladne vyztužený brousicí kotouč jako celek na běžnou teplotu okolí. Tímto postupem vznikne v brousicím kotouči 2. předpětí, jehož účinek bude popsán v dal^ ší Části přihlášky vynálezu.

Aby zůstala pracovní část brousicího kotouče £ volná pro vlastní pracovní činnost, tzn. pro broušení, mají boční prstence 3a ,a 3b menší vnější poloměr R3, než je vnější poloměr R2 brousicího kotouče 2.. Vnější poloměr R3 bočních prstenců 3a a 3b je však účelné zvolit co největší a proto se poloměr R3 právě rovná poloměru úplně opotřebeného brousicího kotouče 2» který již. nelze použít pro další broušení. Materiál bočních kovových prstenců 3a a 3b musí být zvolen tak, aby splňoval podmínku, že poloměr mezí měrnou hmotností £ výztužného materiálu a modulem pružnosti v tahu E. výztužného materiálu je menší nebo se nejvýše rovna hodnotě 3,83 x 10“® [m~².s²^, přičemž z hlediska celkového vyztužujícího účinku by tento poměr měl být co nejmenš.í /v tomto smyslu “je proto např. silumin výhodnější než konstrukční ocel/.

Při ochladnutí bočních kovových prstenců 3a a 3b dojde k jejich smrštování a k posunu jejich jednotlivých elementárních částí směrem do středu. Vzhledem k tomu, že boční kovové prstence 3a a 3b jsou již pří chladnutí pecně spojeny prostřednictvím lepících vrstev 2a a 2b s brousicím kotoučem 2> dojde ke smrštování a posuvu směrem do středu také celého brousicího kotouče Tím se vytvoří v brousicím kotouči 2 počáteční předpětí, jehož průběh je schematicky znázorněn na obr. 3 - část a/. Tečné předpětí má přitom zápornou hodnotu a radiální předpětí má hodnotu kladnou, což znamená, že smysl tečného předpětí je opačný než smysl běžného tečného napětí » vznikajícího při rotací, brousicího kotouče J.» ^za” tímco smysl radiálního předpětí je shodný-se smyslem běžně vznikajícího radiálního napětí za rotace.

Velikost vzniklého počátečního tečného a radiálního předpětí ť* a závisí jednak ‘na materiálu bočních kovových prstenců 3a ^a 3b ^{a na} poddajnosti lepících vrstev 2a a 2b , ale hlavně na teplotě bočních kovových prstenců 3a a 3b, za které jsou tyto boční prstence 3a a 3b ochlazovány. Vzniklý stav napjatosti se řídí zákony pružnosti a -pevnos ti, jako je tomu rovněž při rotaci vyztuženého brousicího kotouče 1. Platí tedy pro oba případy zákon superposice napětí a deformací, čímž se velmi zjednoduší další popis vznikajících napětí v brousicím kotouči 2.· K počátečnímu předpětí, které vzniklo před rotací brousicího kotouče 2» i^ze totiž jednoduše připočítat napětí od rotace.

Jednotlivá -napětí jsou přitom znázorněna* na obr. 3 - část b/. Čárkované křivky zachycují průběh radiálního a tečného napětí (5_r a· v případě, že brousicí kotouč 2 je volný a není žádným způsobem vyztužen. Tečkované křivky zachycují průběh radiálního a tečného napětí §7 a (7¾ ve vyztuženém brousicím kotouči J_ s nalepenými bočními kovovými prstenci 3a a 3b., jestliže počáteční předpětí je nulové /tzn. že boční kovové prstence 3a a 3b byly nalepeny za studená/. Ke snížení tečného napětí v brousicím kotouči £ z hodnoty 6t na hodnotu došlo proto, že boční kovové prstence 3a a 3b , které jsou pevně nalepeny na brousicím kotouči £ a při rotaci se s tímto brousicím kotoučem £ deformují společně, způso-. bily celkově menší deformaci brousicího kotouče £, než by vznikla v brousicím 'kotouči stejných rozměrů, který by byl volný.

Popsaný vyztužující účinek bočních ko.vových prstenců 3a a 3b je pochopitelně zachován pro ten případ, kdy.za klidu před rotací bylo v brousicím kotouči £·-vy tvořeno určité předpětí. Průběh napětí v přediqětném předepnutém brousicím kotouči £ je pak znázorněn plnými křivkami na obr. 3 - část b/, přičemž hodnoty výsledného tečného a radiálního napětí a 6*ry vznikly součtem napětí a gy a předpětí 6% a g£_. Z průběhu výsledných napětí a je vidět, že vyvozeným počátečním předpětím se dále snížilo tečné napětí, zatímco radiální napětí ještě vzrostlo. Obě výsledná napětí a £y_v se proto navzájem přibližují, což svědčí o tom, že napjatost v předmětném brousicím kotouči £ je velmi dobře rozložena a že tímto způsobem se tedy velmi .dobře využívá pevnosti materiálu brousicího kotouče £.

Vzhledem k tomu, že o odolnosti proti

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   Způsob vyztužování brousicího kotouče, vyznačený tím, že boční prstence /3a/ a /3b/, přilepené prostřednictvím lepicích vrstev /2a/ a /2b/ na obě boční stěny upínací čásroztržení rozhoduje maximální hodnota hlavního napětí, tzn. bud maximální hodnota tečného napětí, nebo maximální hodnota na.pětí radiálního, nemá praktický význam další zvětšování předpětí za klidu do takové míry, až by maximální hodnota tečného napětí ČTův majt.klesla pod maximální hodnotu napětí .radiálního (Jrvtna-f* Zvýšení odolnosti předmětného předepnutého brousicího kotouče J proti roztržení lze tedy, s ohledem na označení na obr. 3 - část b/, vyjádřit následujícím jednoduchým matematickým vztahem cC, = flΓΈΞΞΪΖΞ _ lw7» \J ) který udává procentuální zvýšení dovolené obvodové rychlosti předepnutého brousicího kotouče £.

   0 hodnotu 6½ v procentech lze tedy u předepnutého brousicího kotouče £ podle vynálezu zvýšit dovolenou obvodovou rychlost oproti nevyztuženému brousicímu kotouči, aniž by došlo ke změně pevnostních vlastností brusivá nebo pojivá obou srovnávaných brousicích kotoučů. Při optimální konstrukci a vhodné volbě velikosti počátečního předpětí lze očekávat zvýšení odolnosti předmětného předepnutého brousicího kotouče £ proti roztržení nejméně o 40 %.

   VYNÁLEZU ti brousicího kotouče /1/, mají při lepení teplotu vyšší než 100 °C a k jejich ochlazení dojde teprve po vytvrzení a stabilizací lepících vrstev /2a, 2b/

   1 list výkresů

   Severografia. n. p.. závod 7, Moat