PL173313B1 - Tarcza ścierna - Google Patents

Abstract

1. Tarcza scierna, zawierajaca co najmniej jeden segment scierny usytuowany na jej ob- rzezu, który sklada sie ze spoiwa i zdysper- sowanych w nim ziarn sciernych, które stanowi tlenek glinu 1 co najmniej jeden supertwardy material scierny wybrany spo- sród diamentu 1 regularnego azotka boru, znamienna tym, ze ziarna tlenku glinu maja postac mikrokrystalicznych nitkowych cza- stek (4. 5. 6, 7) i maja one jednakowa orien- tacje w segmencie sciernym (2). FIG. I PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest tarcza ścierna.

Narzędzie ścierne, na przykład w postaci tarcz, zawierające twarde ścierniwo, takie jak diament lub regularny azotek boru, są szeroko stosowane do cięcia wyjątkowo twardych materiałów, takich jak na przykład beton. Tarcze takie mają część rdzeniową z litego metalu, a na obrzeżu mają rozmieszczone segmenty ścierne. Segmenty ścierne w całości składają się z twardego ścierniwa połączonego spoiwem. Koszt takich tarcz jest bardzo· wysoki ponieważ twarde ścierniwo jest bardzo drogie. Istnieje zatem potrzeba wytwarzania narzędzi, które są wydajne a jednocześnie tańsze niż narzędzia, w których w 100% występuje składnik silnie ścierny.

Przykłady takich narzędzi są przedstawione w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych nr 5152810 i nr 4944773, w których część składnika silnie ściernego jest zastąpiona tlenkiem glinu w postaci zolu-żelu mającego wyjątkowo korzystne właściwości ścierne przy znacznie niższym koszcie.

W polskim opisie patentowym nr 159790 ujawniono ściernicę dwupierścieniową z materiałów supercwardych o spoiwie żywicznym, której nakładka robocza zawiera ziarno supertwarde z wypełniaczami takimi jak grafit, węglik krzemu, elektrokorund, fluorek sodu, węglik boru lub proszek niklu 5-mikronowy w spoiwie rezoitolowym. Ziarna ścierniwa są w spoiwie rozłożone nierównomiernie, a ich grubość również jest zróżnicowana. Dzięki temu narzędzie jest lepiej przystosowane do obróbki węglików spiekanych i trudnoobrabialnych stali, ale jego trwałość, zwłaszcza na krawędziach jest mała.

W polskim opisie patentowym nr 136051 przedstawiono ściernicę do obróbki węglików spiekanych, która zawiera ścierniwo diamentowe na spoiwie żywicznym o nieciągłej powierzchni roboczej, to jest mającej występy w postaci ostrosłupów ściętych. Stosuje się spoiwo

173 313 żywiczne w postaci żywicy epoksydowej modyfikowanej wypełniaczem, który stanowi kriolit oraz grafit. Ścierniwem jest tlenek glinu. Ściernica zapewnia obniżenie chropowatości szlifowanej powierzchni, ma nieco podwyzszoną trwałość, ale jej krawędzie zużywają się stosunkowo szybko.

Polski opis patentowy nr 127371 przedstawia sposób wytwarzania narzędzi ściernych, które posiadają ziarna diamentowe z powłoką zawierającą metal. Celem rozwiązania jest uzyskanie dobrego połączenia dyfuzyjnego metalowej powłoki diamentu ze spoiwem i wyeliminowanie porów wokół ziarna.

Polski opis patentowy nr 166817 ujawnia sposób wytwarzania wyrobów ściernych, zawierających ziarna ścierne wybrane spośród tlenku glinu, zol-żelu glinowego, węglika krzemu, regularnego azotka boru oraz diamentu, które są osadzone w spoiwie szklistym. Do składników tych dodaje się cząstki cukier/skrobia. Dodatek tych cząstek zapewnia większą jednorodność ściernic i lepszą sprawność ścierania. Jednak ściernice te zużywają się nierównomiernie, bardziej na ich krawędziach, co w efekcie powoduje nierównomierne ścieranie obrabianych powierzchni.

Tarcza ścierna według wynalazku, zawierająca co najmniej jeden segment ścierny usytuowany na jej obrzeżu, który składa się ze spoiwa i zdyspersowanych w nim ziarn ściernych, które stanowi tlenek glinu i co najmniej jeden supertwardy materiał ścierny wybrany spośród diamentu i regularnego azotka boru, charakteryzuje się tym, że ziarna tlenku glinu mają postać mikrokrystalicznych nitkowych cząstek i mają one jednakową orientację w segmencie ściernym.

Nitkowe cząstki są ułożone prostopadle do powierzchni ściernej segmentu ściernego.

Korzystnie nitkowe cząstki są ułożone równolegle do powierzchni ściernej segmentu ściernego i w pobliżu jego bocznych krawędzi.

Korzystnie nitkowe cząstki są ułożone ukośnie do powierzchni ściernej segmentu ściernego.

Korzystnie nitkowe cząstki są ułożone pod katem 45° do powierzchni ściernej segmentu ściernego.

Nitkowe cząstki zawierają drobne cząstki dodatków wybranych spośród ścierniw, smarów stabilnych w wysokich temperaturach i środków ułatwiających szlifowanie.

Korzystnie co najmniej 75% nitkowych cząstek ma osie wzdłużne ułożone w zakresie łuku o kącie 60°.

Nitkowe cząstki zawierają drobne cząstki co najmniej jednego superścierniwa wybranego spośród diamentu, regularnego azotka boru i węglika wolframu.

Tarcza ścierna mająca nitkowe cząstki z twardego ścierniwa ułożone w jednym kierunku względem jego krawędzi tnącej odznacza się zwiększonymi właściwościami ściernymi, mniejszym zużyciem segmentu ściernego na krawędzi i zachowaniem kanciastej krawędzi powierzchni tnącej.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje fragment segmentowej tarczy ściernej w widoku z boku, fig. 2 - inny przykład wykonania segmentowej tarczy ściernej w widoku perspektywicznym, fig. 3 - segment narzędzia z fig. 2 w przekroju poprzecznym, fig. 4 - inny przykład segmentu narzędziaz fig. 13 w przekroju poprzecznym, fig. 5 - segment z fig. 4 w widoku z góry, fig. 6 - segment z fig. 4 i 5 w przekroju prostopadłym do przekroju z fig. 4.

Przedstawione na fig. 1 narzędzie stanowi tarcza przeznaczona do cięcia betonu. Tarcza zawiera rdzeń 1 z materiału litego oraz segmenty 2, które są zamocowane na krawędzi tworząc część tnącą tarczy. Na bokach segmentów 2 są wycięte lub wyciśnięte rowki 3, ułożone pod kątem 45° do kierunku promieniowego, a w rowkach 3 są umieszczone nitkowe ścierne cząstki 4, które są przymocowane do segmentów 2 za pomocą spoiwa metalowego. Korpusy segmentów 2 zawierają ziarna diamentu o odpowiednio dobranej wielkości, połączone ze sobą za pomocą spoiwa metalowego.

Przedstawione na fig. 2, 3 narzędzie w drugim przykładzie wykonania różni się od opisanego w odniesieniu do fig. 1 tym, że nitkowe - cząstki ścierne 6 są ułożone wewnątrz korpusów segmentów 2 podczas ich kształtowania. Nitkowe cząstki 2 mogą być układane w segmentach 2 dowolnie, ale korzystnie są umieszczane wzdłuż ciasnej linii serpentynowej.

Podczas używania narzędzia na powierzchni ściernej segmentów 2 są odsłonięte końce 5 nitkowych cząstek ściernych 6.

173 313

Na fig. 4 przedstawiono następny przykład wykonania segmentu 2 tarczy 1. w którym nitkowe cząstki ścierne 7 segmentu 2 są ułożone wzdłuż ciasnej linii serpentynowej.

W segmencie 2 z fig. 4, podczas użycia nitkowe cząstki ścierne 1 są odsłonięte na powierzchni ściernej i są ułożone równolegle do boków segmentu 2 w pobliżu jego krawędzi (fig. 5).

Na fig. 6 pokazano w postaci wyolbrzymionej poprzeczny zarys segmentu 2 z fig. 4, 5 po zużyciu. Ułożenie nitkowych cząstek ściernych 7 w pobliżu boków segmentu 2 powoduje, że zarys zużycia segmentu 2 ma kształt litery U, alejego szerokość cięciajest utrzymana a krawędzie są ostre.

Możliwe są do przewidzenia inne układy wzajemne, nitkowych cząstek ściernych i ziaren ściernych, odznacżając się korzyściami wynikającymi z zastosowania nitek ściernych. Możliwe jest ułożone nitek ściernych w postaci przeplecionych pierścieni. Przeplecione pierścienie wykonuje się w postaci kłębków Zwiniętego drutu, o spłaszczonym przekroju, w które następnie wtłacza się plastyczną mieszaninę spoiwa ze ścierniwem w celu wypełnienia szczelin w splecionych pierścieniach, po czym utwardza się, wypala lub prowadzi inną obróbkę utwardzającą spoiwo w postać narzędzia ściernego, takiego jak tarcza.

Takie narzędzie odznacza się tym, ze szczeliny mają taką wielkość, że zatrzymują ziarna twardego ścierniwa stanowiąc dla nich sztywną konstrukcję podporową przy powierzchni tnącej narzędzia.

We wszystkich przedstawionych przykładach wykonania segmenty 2 tarczy ściernej zawierają spoiwo z rozmieszczonymi w nim ziarnami ścierniwa. Ponadto zawierają one co najmnie jeden składnik silnie ścierny i nitkowe cząstki mikrokrystalicznego tlenku glinu mające jednakową orientację.

Wzdłużne osie nitkowych cząstek są zorientowane tak, że osie większości cząstek, a korzystnie co najmniej 75%, jest ułożonych w zakresie łuku o kącie 120°, a szczególnie w zakresie łuku o kącie około 60°.

Nitkowe cząstki mają jednakowy kształt przekroju poprzecznego dokonanego wzdłuż osi symetrii i mają współczynnik kształtu, określony jako stosunek pomiędzy długością mierzoną wzdłuż osi symetrii i największym wymiarem prostopadłym do tej osi, wynoszącej co najmniej około 3:1, a korzystnie co najmniej około 10: 1.

W niektórych przypadkach cząstki nitkowe mogą być znacznie dłuższe, i mogą być połączone ze sobą tworząc ciągłą nitkę przynajmniej w narzędziu przed użyciem, jak pokazano na fig. 3.

W przypadku zastosowaniaciągłej nitki w tarczy ściernej, nitki są ułożone z wielokrotnymi zagięciami, zaś ich odcinki pomiędzy zagięciami są ułożone równolegle do wykonanego kierunku orientacji cząstek nitkowych. Taka ciągła nitka zachowuje się zasadniczo tak jak poszczególne cząstki nitkowe.

Przekrój poprzeczny cząstek nitkowych może mieć dowolny kształt, ale korzystny ze względu na łatwość wytwarzania są kształty okrągłe lub w przybliżeniu kwadratowe. Jednak korzyści z wynalazku nie są ograniczone kształtem przekroju poprzecznego.

Nitkowe cząstki zawierają mikrokrystaliczny alfa tlenek glinu, co oznacza, że poszczególne, wyróżnialne krystalograficzne domeny lub ziarna krystaliczne tworzące cząstki mają przeciętną średnicę mierzoną długością odcinka wykreślonego przez przekrój poprzeczny cząstki mniejszą niż około 10 mikronów, a korzystnie mniejszą niż 1 mikron. Cząstka może zawierać inne składniki takie jak fazy zawierające magnez, cyrkon, spinele i tlenki metali ziem rzadkich, ale co najmniej 60% wagowych, a korzystnie 90% wagowych stanowi alfa tlenek glinu Gęstość cząstek wynosi co najmniej około 90%, a korzystnie co najmniej 95% teoretycznej gęstości związku. Korzystnie cząstki mają twardość co najmniej 18 GPa, a szczególnie korzystnie co najmniej 20 GPa.

Często jest pożądane, aby nitkowe cząstki zawierały inne składniki modyfikujące ich właściwości ścierne. Na przykład mogą być dodane rozdrobnione cząstki ścierne, takie jak diament, regularny azotek boru, węglik wolframu i tym podobne. Innymi cząstkami, które mogą być dodane są stabilne w wysokiej temperaturze środki poślizgowe takie jak regularny azotek baru, siarczek molibdenu i grafit, środki wspomagające szlifowanie takie jak metaliczna cyna i

173 313 inne wypełniacze. Te dodatki są dobrane pod względem ilości i właściwości przy zapewnieniu minimalnego zmniejszenia twardości i wytrzymałości, które charakteryzują niemodyfikowane niklowe cząstki tlen iku glinu w postaci zolu-zelu.

Cząstki są wytwarzane w procesie zolu-żelu, w którym zol prekursora alfa tlenku glinu jest żelowany, zwykle poprzez dodatek kwasu, suszony i wypalany. Wielkość ziarn cząstek może być zmniejszona poprzez dodanie materiału wpływającego na zarodkowanie krystalizacji alfa tlenku glinu z fazy prekursora. Takie materiały są zwykle izostrukturalne z fazą tlenku glinu, to znaczy parametry ich sieci są zbliżone do parametrów sieci alfa tlenku glinu. Alternatywnie rozmiar ziarna może być ograniczony za pomocą ś'rodków ograniczających proces rozrostu podczas wypalania przy tworzeniu alfa tlenku glinu.

Nitkowe cząstki mogą być wytwarzane jednym ze znanych sposobów wytwarzania narzędzi ściernych.

Najkorzystniejszym sposobem wytwarzania cząstek jest wyciskanie. W tym sposobie prekursor alfa jest wyciskany jako zel, a następnie jest suszony i wypalany w celu utworzenia nitek.

Jest również możliwe wyciskanie i suszenie nitek na miejscu, w którym są one zwykle przerabiane, umieszczanie ich w narzędziu podczas jego kształtowania i wypalanie ich na miejscu w narzędziu ścierającym.

Orientancja cząstek nitkowych w narzędziu jest szczególnie ważna i określa właściwości całego narzędzia. W jednym korzystnym przykładzie wykonania cząstki nitkowe są ułożone prostopadle do powierzchni ściernej narzędzia, a w drugim przykładzie są ułożone pod kątem mniejszym niż 60° względem powierzchni ściernej. Często jest korzystniej, gdy cząstki są nachylone względem linii prostopadłej do powierzchni ściernej, pod warunkiem, że kierunek, w którym narzędzie jest dosuwane do obrabianego materiału, jest stały, jak jest to w przypadku tarczy, w której segmenty cierne są osadzone na obrzeżu. W tym przypadku cząstki działają jak ścierniowo, znacznie zwiększając działanie tnące tarczy i umożliwiając użycie mniejszej ilości składnika silnie ciernego przy jednoczesnym nieznacznym zmniejszeniu właściwości tnących. W szczególnie korzystnym rozwiązaniu cząstki nitkowe są zorientowane promieniowo i są umieszczone na krawędzi tarczy tnącej. Są one umieszczone wewnątrz segmentu lub przymocowane w rowkach rozmieszczonych na bokach segmentu.

W alternatywnym, korzystnym przykładzie, zwłaszcza w tarczach tnących, na przykład segmentowych tarczach tnących do cięcia betonu, nitki ścierne są ułożone ich osiami symetrii równolegle do powierzchni tnącej i są umieszczone przy jej krawędzi. Typowe tarcze tnące do betonu mają tendencję do zużywania się przy krawędzi tak, że szerokość cięcia zwiększa się w miarę zużycia tarczy. Ułożenie nitek ściernych równolegle do krawędzi tnącej zwiększa właściwości ścierne, zapobiega zużyciu segmentu na krawędzi i utrzymuje kanciastą krawędź powierzchni tnącej, w takich przypadkach nitki ścierne umożliwiają zmniejszenie zużycia bardziej niż zwiększenie ścierności.

Narzędzie może mieć dowolną postać. Typowym narzędziem jest tarcza ze ścierniwem rozmieszczonym co najmniej na obrzeżu. Ze względu na koszt ścierniwa i ze względu na to, że tarcze są stosowane w warunkach dużych naprężeń, zwykle mają one litą płytę jako część rdzeniową tarczy, a na obrzeżu mają zamocowane ścierniwo, korzystnie w postaci segmentów dołączonych do części rdzeniowej. Spoiwo, w którym osadzone jest ścierniwo zwykle stanowi metal. Sposób zamocowania nie jest istotny pod warunkiem, że zapewnia on mocne, stale zamocowanie do części rdzeniowej. Korzystnie ścierniwo jest zamocowane za pomocą spawania, lutowania lub zgrzewania.

Segmenty ścierne mogą również być zastosowane do pił wielotarczowych, w których są przymocowane do metalowych ostrzy tworząc tnące krawędzie zębów piły. W innym zastosowaniu segmenty ścierne mogą stanowić powierzchnie ścierne szlifierek.

Ponadto ścierniwo narzędzi ściernych korzystnie może być osadzone w żywicach lub w spoiwie szklistym.

173 313

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tarcza ścierna, zawierająca co najmniej jeden segment ścierny usytuowany na jej obrzeżu, który składa się ze spoiwa i zdyspersowanych w nim ziarn ściernych, które stanowi tlenek glinu i co najmniej jeden supertwardy materiał ścierny wybrany spośród diamentu i regularnego azotka boru, znamienna tym, że ziarna tlenku glinu mają postać mikrokrystalicznych nitkowych cząstek (4, 5, 6, 7) i mają one jednakową orientację w segmencie ściernym (2).
2. 2. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że nitkowe cząstki (5) są ułożone prostopadle do powierzchni ściernej segmentu ściernego (2).
3. 3. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że nitkowe cząstki (7) są ułożone równolegle do powierzchni ściernej segmentu ściernego (2) i w pobliżu jego bocznych krawędzi.
4. 4. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że nitkowe cząstki (4) są ułożone ukośnie do powierzchni ściernej segmentu ściernego (2).
5. 5. Tarcza ścierna według zastrz. 4, znamienna tym, że nitkowe cząstki (4) są ułożone pod kątem 45° do powierzchni ściernej segmentu ściernego (2).
6. 6. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że nitkowe cząstki (4,5,6,7) zawierają drobne cząstki dodatków wybranych spośród ścierniw, smarów stabilnych w wysokich temperaturach i środków ułatwiających szlifowanie.
7. 7. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej 75% nitkowych cząstek (4, 5, 6, 7) ma osie wzdłużne ułożone w zakresie łuku o kącie 60°.
8. 8. Tarcza ścierna według zastrz. 1, znamienna tym, że nitkowe cząstki (4,5,6,7) zawierają drobne cząstki co najmniej jednego superścierniwa wybranego spośród diamentu, regularnego azotka bom i węglika wolframu.