PL209013B1

PL209013B1 - Folded grinding tool with centrifugal cooling and grinder for this tool

Info

Publication number: PL209013B1
Application number: PL383586A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Nadolny; Jarosław Plichta
Original assignee: Politechnika Koszalińska
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2011-07-29
Also published as: PL383586A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie ścierne składane z chłodzeniem odśrodkowym i ściernica walcowa. Takie narzędzie przeznaczone jest przede wszystkim do jednoprzejściowego szlifowania powierzchni walcowych wewnętrznych, które utrudniają doprowadzenie chłodziwa w strefę szlifowania.The subject of the invention is a collapsible grinding tool with centrifugal cooling and a cylindrical grinding wheel. Such a tool is intended primarily for one-pass grinding of internal cylindrical surfaces, which make it difficult to bring coolant to the grinding zone.

Znane są ściernice z korpusem metalowym, mającym centryczną wnękę na płyn chłodzący, oraz promieniowe otwory w metalowym korpusie, łączące wnękę z powierzchnią zewnętrzną na obwodzie korpusu, na którym pomiędzy wylotami otworów znajdują się osełki ścierne z ziarna CBN i SG. Chłodziwo przepływa do powierzchni skrawania pod działaniem sił odśrodkowych. Takie ściernice znalazły zastosowanie przy szlifowaniu głębokim, które wymaga doprowadzania cieczy chłodząco-smarującej do miejsca styku ściernicy z powierzchnią obrabianą.Grinding wheels are known with a metal body having a centric cavity for a cooling fluid and radial holes in the metal body connecting the cavity to the outer surface at the periphery of the body, on which CBN and SG grain abrasive stones are provided between the openings of the holes. The coolant flows to the cutting surface under the action of centrifugal forces. Such grinding wheels are used in deep grinding, which requires the supply of cooling and lubricating fluid to the contact point of the grinding wheel with the machined surface.

Inna znana ściernica ma metalowy korpus, na obwodzie którego znajduje się warstwa z materiału ściernego ze spoiwem ceramicznym o strukturze wielkoporowej, przy czym metalowy korpus ma wewnątrz kanały, do których przedostaje się ciecz chłodząca, tłoczona siłą odśrodkową do zewnętrznej warstwy ściernej, przez której pory ciecz wypływa na zewnątrz. Grubość warstwy ściernej jest ograniczona, tak aby przez pory tej warstwy mógł przenikać płyn chłodzący. Takie narzędzia stosowane są do obróbki wewnętrznej powierzchni rur, korpusów itp., gdy nie ma możliwości dostarczenia cieczy z zewnątrz.Another known grinding wheel has a metal body, on the circumference of which there is a layer of ceramic-bonded abrasive material with a high-porosity structure, the metal body having channels inside, into which the cooling liquid penetrates, forced by centrifugal force to the outer abrasive layer, through which the liquid pores flows outside. The thickness of the abrasive layer is limited so that coolant can penetrate the pores of the layer. Such tools are used for machining the inner surface of pipes, bodies, etc., when it is not possible to supply the liquid from the outside.

Jest to rozwiązanie, które obecnie nie znajduje zastosowania w przemyśle, gdyż niejednorodne rozprowadzenie cieczy chłodząco-smarującej w całej objętości ściernicy powoduje niewyrównoważenie ściernicy. Prowadzi to do niestabilności procesu szlifowania, uniemożliwia osiągnięcie dokładnej jakości powierzchni, a także wpływa na nieekonomiczność obróbki.This is a solution that is currently not applicable in the industry, as the heterogeneous distribution of the cooling lubricant throughout the volume of the grinding wheel causes the grinding wheel to be unbalanced. This leads to instability of the grinding process, makes it impossible to achieve the exact surface quality, and also makes machining uneconomical.

Znana jest z polskiego zgłoszenia patentowego P. 357504 ściernica obwodowa, wykonana w cał o ś ci z jednolitego materiał u ś ciernego, a jej istota polega na tym, ż e ma wewnę trzne regularnie rozmieszczone promieniowe otwory, korzystnie o małej średnicy, biegnące od powierzchni otworu mocującego do powierzchni zewnętrznej.A peripheral grinding wheel is known from the Polish patent application P. 357504, made entirely of a uniform abrasive material, and its essence lies in the fact that it has internal, regularly spaced, radial holes, preferably of small diameter, running from the surface fastening hole to the outer surface.

Podczas obróbki tą ściernicą, ciecz chłodząco-smarująca podawana jest do strefy obróbki przez kanał w uchwycie mocującym ściernicy i dalej przez promieniowe otwory wewnątrz ściernicy. Ciecz dostaje się bezpośrednio do strefy obróbki i chłodzi ściernicę również od wewnątrz. Trudność w wykonaniu ściernicy polega na jej uformowaniu, ponieważ jej wewnętrznych promieniowych otworów nie można wykonać przez wiercenie, ani żadnym innym sposobem obróbki mechanicznej. Wykonanie promieniowych otworów wewnątrz bryły narzędzia, w fazie formowania ściernicy, jest kosztowne i nie zawsze opłacalne ze względów ekonomicznych.During machining with this grinding wheel, the cutting fluid is fed to the machining zone through a channel in the grinding wheel holder and further through radial holes inside the grinding wheel. The liquid enters the machining zone directly and cools the grinding wheel from the inside as well. The difficulty in making a grinding wheel is that it is shaped because its internal radial holes cannot be made by drilling or any other machining process. It is costly to make radial holes inside the tool body during the grinding wheel formation phase, and not always economically viable.

Znana jest również z polskiego zgłoszenia patentowego P. 376432 spojona ściernica, stosowana w procesie jednoprzejściowego szlifowania walcowych powierzchni wewnętrznych. Narzędzie wzdłuż swojej osi obrotu ma co najmniej dwie sąsiadujące i połączone ze sobą warstwy o zróżnicowanej budowie strukturalnej, trwale połączone ze sobą w procesie wytwarzania, tworzące osobne strefy narzędzia do szlifowania wydajnościowego i wykańczającego.A bonded grinding wheel is also known from the Polish patent application P. 376432, used in the process of one-pass grinding of cylindrical internal surfaces. The tool along its axis of rotation has at least two adjacent and interconnected layers of differentiated structure, permanently connected to each other during the manufacturing process, forming separate zones of the tool for performance grinding and finishing.

Warstwy narzędzia mają różne charakterystyki strukturalne, pierwsza odpowiednia do szlifowania wydajnościowego, a ostatnia - wygładzającego. W jednym narzędziu, w wyniku zróżnicowanej makrogeometrii i budowy strukturalnej tworzących go warstw, połączono możliwość intensywnego skrawania i wygładzania obrabianej powierzchni z naddatkami dochodzącymi do 0,2 mm i gładkości powierzchni Ra < 0,4 μm.The tool layers have different structural characteristics, the first being suitable for performance grinding and the last for smoothing. In one tool, due to the diverse macrogeometry and the structural structure of its layers, the possibility of intensive cutting and smoothing of the treated surface was combined with allowances up to 0.2 mm and the surface smoothness Ra <0.4 μm.

Korzystna cecha narzędzia według wynalazku polega na tym, że strefa narzędzia do szlifowania wydajnościowego ma od strony czoła atakującego stożkowy nakrój o kącie γ. Nakrój ten nie musi odpowiadać szerokości warstwy ściernicy, przeznaczonej do obróbki zgrubnej i zwykle jest nieco mniejszy.An advantageous feature of the tool according to the invention is that the area of the heavy duty grinding tool has a tapered chamfer with the angle γ on the attacking face. This chamfer does not have to correspond to the width of the grinding wheel layer to be roughing and is usually slightly smaller.

Stosowanie ściernic o budowie warstwowej wykonywanych jako jednolite narzędzia spojone nie pozwala na ingerencję w budowę takiego narzędzia po jego wykonaniu. Na przykład, gdy konieczne jest uzyskanie powierzchni o mniejszej chropowatości, należałoby zwiększyć szerokość strefy szlifowania wykończeniowego lub zastosować w niej ziarna innego rodzaju albo wielkości. Wiąże się to z koniecznością wykonania nowej ściernicy.The use of sandwich wheels made as uniform bonded tools does not allow interference in the construction of such a tool after its production. For example, when it is necessary to obtain a surface with a lower roughness, the width of the finishing zone should be increased or the grain of a different type or size should be used. It is connected with the necessity to make a new grinding wheel.

Wykonywanie ściernicy spojonej niesie ze sobą ograniczenia dotyczące możliwości łączenia wspólnym spoiwem warstw wykonanych z diametralnie różnych rodzajów ziaren ściernych np. regularnego azotku boru CBN i elektrokorundu szlachetnego 99A, czy ziaren znacznie różniących się wielPL 209 013 B1 kością. Nie możliwe jest również różnicowanie struktury czy twardości poszczególnych warstw ponieważ wiązane są one tym samym spoiwem.The production of a bonded grinding wheel entails limitations concerning the possibility of joining with a common bond layers made of diametrically different types of abrasive grains, e.g. cubic boron nitride CBN and noble alumina 99A, or grains significantly different in terms of bone. It is also not possible to differentiate the structure or hardness of individual layers because they are bonded with the same binder.

Istota wynalazku polega na tym, że na wydrążonym trzpieniu z promieniowymi otworami, umożliwiającymi przepływ płynu chłodzącego ze środka narzędzia na zewnątrz, osadzone są obok siebie co najmniej dwie ściernice o różnej charakterystyce, korzystnie przedzielone przekładkami o mniejszej średnicy. Co najmniej jedna z tych ściernic ma na czole równomiernie rozmieszczone wgłębienia, korzystnie promieniowe, umożliwiające przepływ chłodziwa z otworów w trzpieniu do strefy chłodzenia na obwodzie ściernic.The essence of the invention consists in the fact that at least two grinding wheels with different characteristics, preferably separated by smaller diameter spacers, are mounted next to each other on a hollow mandrel with radial holes allowing the coolant to flow from the center of the tool to the outside. At least one of these wheels has evenly distributed, preferably radial, recesses on the face, which allow coolant to flow from the holes in the shank to the cooling zone around the circumference of the wheels.

W korzystnym rozwiązaniu wynalazku, na czynnej powierzchni ś ciernicy przeznaczonej do szlifowania zgrubnego, kształtowany jest nakrój stożkowy o długości i kącie dobranym do wielkości naddatku obróbkowego.In a preferred embodiment of the invention, a conical chamfer is formed on the active surface of the grinding wheel intended for rough grinding, with a length and angle selected for the size of the machining allowance.

Ściernica walcowa według wynalazku ma na co najmniej jednej powierzchni czołowej równomiernie rozmieszczone wgłębienia, korzystnie promieniowe, biegnące od krawędzi otworu ściernicy do jej krawędzi zewnętrznej.The cylindrical grinding wheel according to the invention has, on at least one end face, evenly spaced, preferably radial, recesses extending from the edge of the grinding wheel bore to its outer edge.

Wgłębienia na powierzchni bocznej ściernicy doprowadzają płyn chłodzący w najbardziej obciążony obszar czynnej powierzchni narzędzia ściernego. Promieniowe wgłębienia na powierzchni bocznej ściernicy uzyskuje się poprzez wstawienie na dno formy, w której formowana jest ściernica, wkładki z kształtem wgłębień. Jest to rozwiązanie proste technologicznie, tanie i jednocześnie pozwalające na stosowanie wkładek o różnej ilości, kształcie i przekroju poprzecznym kanałów.The recesses on the side surface of the grinding wheel bring the coolant to the most loaded area of the active surface of the grinding tool. Radial recesses on the side surface of the grinding wheel are obtained by inserting an insert with the shape of recesses into the bottom of the mold in which the grinding wheel is molded. It is a technologically simple, cheap and at the same time allowing the use of inserts of various numbers, shapes and cross-sections of the channels.

Przekładki, umieszczone pomiędzy kolejnymi warstwami narzędzia, kompensują naprężenia na styku ściernic. Przekładki te mają mniejszą średnicę zewnętrzną, aby nie ingerowały w proces szlifowania.Spacers, placed between successive layers of the tool, compensate the stresses at the contact point of the grinding wheels. These spacers have a smaller outer diameter so that they do not interfere with the grinding process.

Składane warstwowe narzędzie ścierne z możliwością chłodzenia odśrodkowego, umożliwia zestawienie ściernic elementarnych, w zależności od zadania obróbkowego, żądanej wydajności ubytkowej, czy jakości warstwy wierzchniej przedmiotu obrobionego.The foldable layered abrasive tool with the possibility of centrifugal cooling enables the compilation of elementary grinding wheels, depending on the machining task, the desired removal efficiency or the quality of the surface layer of the workpiece.

Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje widok montażowy narzędzia, fig. 2 i fig. 3 - przekrój i widok narzędzia, fig. 4 -przekrój podłużny narzędzia.The invention is illustrated by exemplary embodiments in the drawings, in which Fig. 1 shows an assembly view of the tool, Fig. 2 and Fig. 3 - a cross section and a view of the tool, Fig. 4 - a longitudinal section of the tool.

Trzpień 1 narzędzia ma wydrążony otwór osiowy i promieniowe otwory 2, przez które dostarczany jest płyn chłodzący, wydostający się na zewnątrz. Na przewężeniu trzpienia osadzone są dwie ściernice 3 i 4 przedzielone cienką przekładką dystansową i zamocowane nakrętką 6.The mandrel 1 of the tool has a hollow axial bore and radial holes 2 through which the cooling fluid is supplied to the outside. Two grinding wheels 3 and 4, separated by a thin spacer and secured with a nut 6, are mounted on the mandrel throat.

Ściernica 4 ma nakrój stożkowy realizujący szlifowanie zgrubne, natomiast na czole o nieco większej średnicy ma równo rozmieszczone promieniowe wgłębienia 5 w kształcie rowków, przez które wypływa płyn chłodzący.The grinding wheel 4 has a conical cross-section for rough grinding, while on a slightly larger diameter face it has evenly spaced radial grooves 5 through which the cooling fluid flows.

Opisywane rozwiązanie umożliwia więc dostosowanie budowy ściernicy składanej do realizowanego zadania obróbkowego. Zarówno pierwsza warstwa narzędzia realizująca szlifowanie zgrubne jak i kolejna wykonująca szlifowanie wykończeniowe mogą być dowolnie zestawiane w zależności od żądanej wydajności ubytkowej czy jakości powierzchni szlifowanej. Jedynym ograniczeniem jest zachowanie jednakowych średnic wewnętrznych i zewnętrznych elementów składowych. Ściernice mogą różnić się wszystkimi parametrami charakterystyki ściernicy takimi jak rodzaj i wielkość ziaren, rodzaj spoiwa, twardość, otwartość struktury, itd. Również wysokość poszczególnych elementów składowych narzędzia może być dopasowana do konkretnego zadania obróbkowego. Opisywane rozwiązanie umożliwia także zestawianie ze sobą, w razie potrzeby, więcej niż dwóch warstw, dodanie np. trzeciej ściernicy, jako obszaru przejściowego pomiędzy gruboziarnistą strefą szlifowania zgrubnego, a drobnoziarnistą ściernicą, realizującą szlifowanie wykończeniowe i wyiskrzanie.Thus, the described solution allows the construction of the folding wheel to be adapted to the machining task. Both the first layer of the tool, which performs rough grinding, and the next one, which performs finishing grinding, can be freely combined depending on the desired removal efficiency or the quality of the ground surface. The only limitation is maintaining the same internal and external diameters of the components. The grinding wheels can differ in all the characteristics of the grinding wheel, such as the type and size of the grains, the type of bond, hardness, openness of the structure, etc. Also, the height of the individual components of the tool can be adapted to the specific machining task. The described solution also enables the juxtaposition of more than two layers with each other, if necessary, the addition of e.g. a third grinding wheel as a transition area between the coarse rough grinding zone and the fine grinding wheel that performs finishing and spark-out.

Opisywane rozwiązanie pozwala na doprowadzenie cieczy chłodząco-smarującej przez trzpień od wewnątrz narzędzia, bezpośrednio w strefę obróbki. Chłodzenie wewnętrzne jest dużo bardziej skuteczną i jednocześnie oszczędną metodą chłodzenia, niż tradycyjne chłodzenie zalewowe, w którym niewielka część podawanej cieczy trafia w strefę kontaktu narzędzia z materiałem obrabianym, napotykając na swej drodze dodatkową przeszkodę w postaci poduszki powietrznej, tworzącej się wokół ściernicy wirującej z dużą prędkością obrotową.The described solution allows the cooling and lubricating fluid to be supplied through the mandrel from the inside of the tool, directly to the machining zone. Internal cooling is a much more effective and at the same time economical method of cooling than traditional flood cooling, in which a small part of the supplied liquid reaches the contact zone of the tool with the workpiece, encountering an additional obstacle in the form of an air cushion around the wheel rotating with a large rotational speed.

Takie rozwiązanie wpływa na poprawę warunków realizacji, bardzo wymagających wobec ściernicy, procesów jednoprzejściowego szlifowania walcowych powierzchni wewnętrznych. W efekcie prowadzi do wzrostu wydajności ubytkowej oraz poprawy jakości warstwy wierzchniej szlifowanych przedmiotów.This solution improves the implementation conditions, very demanding for the grinding wheel, processes of one-pass cylindrical grinding of internal surfaces. As a result, it leads to an increase in loss efficiency and an improvement in the quality of the surface layer of ground objects.

Claims

Patent claims

Abrasive tool folded with centrifugal cooling, having a hollow shank with radial holes allowing the coolant to flow from the center of the tool to the outside, characterized in that on the shank (1) at least two grinding wheels (3 and 4) of different characteristics, preferably separated by flat spacers of smaller diameter, and at least one of these grinding wheels (3, 4) has evenly distributed recesses (5) on the face, preferably radial, allowing the flow of coolant from the holes (2) in the spindle (1) to cooling zones on the circumference of the grinding wheels (3 and 4).

2. Abrasive tool according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that a conical chamfer is formed on the active surface of the grinding wheel (4) with a length and angle adjusted to the size of the machining allowance.

3. A cylindrical grinding wheel with a bore, characterized in that at least one end face has evenly distributed recesses (5), preferably radial, extending from the edge of the grinding wheel bore (4) to its outer edge.