PL230995B1 - Hybrydowe składane narzędzie ścierne - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowe składane narzędzie ścierne. Narzędzie takie może być szczególnie przydatne do jednoczesnej obróbki zgrubnej i wykończeniowej, szlifowania materiałów trudnoobrabialnych oraz materiałów właściwościach (np. stali, tworzyw sztucznych, ceramiki), a także jedno- lub wielozabiegowej obróbki kształtowej.

W zaawansowanych procesach szlifowania często zachodzi konieczność przeprowadzenia obróbki wielozabiegowej, np. szlifowania wstępnego i wykończeniowego. Jest to szczególnie istotne w przypadku obróbki wysokowydajnej oraz obróbki materiałów trudnoobrabialnych. W tym celu niezbędna jest nie tylko zmiana parametrów obróbki, ale niekiedy także zmiana charakterystyki narzędzia ściernego. W szlifowaniu materiałów trudnoobrabialnych stosowane są różnego rodzaju m odyfikacje czynnej powierzchni ściernicy, np. w postaci lokalnych mikronieciągłości, makronieciągłości oraz dużej porowatości. Aby zapewnić ww. możliwości trzeba stosować kolejne ściernice o odpowiednio dobranych właściwościach, co wydłuża czasy przygotowawcze, związane z ich wymianą i ostrzeniem.

Wobec powyższego podejmuje się próby realizacji obróbki kompleksowej, najczęściej na specjalnie projektowanych szlifierkach, wyposażonych w magazyny narzędziowe i zmieniacze ściernic. Rozwiązania takie są bardzo kosztowne i wymagają stosowania specjalnych systemów narzędziowych oraz systemów zarządzania nimi.

Hybrydowe składane narzędzie ścierne według wynalazku zbudowane jest z hybrydowych segmentów ściernych rozmieszczonych na obwodzie swojego korpusu. Hybrydowe segmenty ścierne, składają się ze zbioru segmentów elementarnych o określonej charakterystyce technicznej. Poszczególne segmenty elementarne mogą się różnić np. wielkością i rodzajem ziaren ściernych, rodzajem i położeniem makro- i mikronieciągłości, koncentracją ziaren ściernych, stopniem otwartości struktury oraz rodzajem spoiwa. Hybrydowe segmenty ścierne mają możliwość obrotu względem korpusu narzędzia składanego przez co umożliwiają zmianę charakterystyki ściernicy.

Szlifowanie odbywa się za pomocą elementów ściernych leżących na największym promieniu działania. Wybór określonej charakterystyki, odbywa się poprzez obrócenie segmentów hybrydowych w określone położenie, tak by na obwodzie wszystkie elementy ścierne miały te same właściwości. Po wykonaniu określonego zabiegu obróbkowego, np. po obróbce zgrubnej, dokonuje się obrotu segmentów hybrydowych, wybierając charakterystykę ściernicy odpowiednią dla np. szlifowania wykończeniowego, czy w następnej kolejności odpowiednią np. do wygładzania.

Wynalazek umożliwia elastyczne przystosowanie narzędzia ściernego do określonych zadań obróbkowych, np. obróbki zgrubnej, obróbki wykończeniowej, obróbki materiałów trudnoobrabialnych albo obróbki kształtowej. Korzystna budowa wynalazku, integrująca wiele segmentów ściernych o różnej charakterystyce w jednym narzędziu, pozwala na skrócenie czasów przygotowawczych procesu szlifowania, związanych wymianą i ostrzeniem ściernic. Zaletą wynalazku, oprócz jego dużej elastyczności i uniwersalności, jest również to, że posiada on duże przestrzenie wolne występujące pomiędzy poszczególnymi segmentami, które tworzą lokalne nieciągłości. Umożliwia to efektywne chłodzenie strefy szlifowania i łatwe odprowadzenie z niej wiórów i produktów zużycia ściernicy. Pozwala to korzystnie ograniczyć lub wyeliminować powstawanie defektów szlifierskich, takich jak np. przypalenia szlifierskie czy mikropęknięcia powierzchni przedmiotów obrobionych. Składana konstrukcja narzędzia hybrydowego pozwala na indywidualne przemieszczanie każdego z segmentów hybrydowych, np. na stanowiska pomiarowe. Jeden uniwersalny korpus ściernicy może być użyty dla wielu różnorodnych odmian i zastosowań ściernic składanych. Wynalazek umożliwia również badanie właściwości skrawnych ściernic złożonych z różnych odmian ziaren ściernych oraz różnej ich budowie krystalograficznej, a także badanie wpływu parametrów i warunków obciągania na te właściwości, oraz badanie wpływu makronieciągłości i mikronieciągłości ściernic na proces szlifowania. Wynalazek może być zastosowany do operacji szlifowania wałków i powierzchni płaskich.

Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat hybrydowego składanego narzędzia ściernego w dwóch rzutach i widoku perspektywicznym. Hybrydowe składane narzędzie ścierne zbudowane jest z hybrydowych segmentów ściernych 2 rozmieszczonych na obwodzie korpusu 1 narzędzia. Hybrydowe segmenty ścierne 2, składają się ze zbioru dwóch lub czterech elementarnych segmentów ściernych 3. Hybrydowe segmenty ścierne 2 mają możliwość obrotu względem korpusu 1 narzędzia składanego z użyciem systemu mocowania hybrydowych segmentów ściernych w korpusie 5. Szlifowanie odbywa się za pomocą czynnej powierzchni ściernicy 4 elementarnych segmentów ściernych 3 leżących na największym promieniu działania.

PL 230 995 B1

Fig. 2 pokazuje schemat hybrydowego składanego narzędzia ściernego do obróbki zgrubnej i wykończeniowej otworów w szlifowaniu prostoliniowo-zwrotnym, Na schemacie przedstawiono narzędzie łączące w sobie możliwość szlifowania zgrubnego i wykończeniowego za pomocą zbioru segmentów hybrydowych, składających się z dwóch elementów ściernych o różnej ziarnistości i stopniu otwartości struktury. Do szlifowania zgrubnego zastosowano tu elementarne segmenty ścierne z ziaren mikrokrystalicznego korundu spiekanego o numerze 46 6, natomiast do szlifowania wykończeniowego zastosowano elementarne segmenty ścierne z ziaren mikrokrystalicznego korundu spiekanego o numerze 120 7. W tym rozwiązaniu, w pierwszej kolejności jest realizowana obróbka za pomocą elementu ściernego o większej ziarnistości i otwartości struktury, a następnie, po obrocie segmentu ściernego o 180°, realizowane jest wygładzanie i wyiskrzanie powierzchni obrabianej z użyciem drobnoziarnistego elementu ściernego. Dla obu przypadków mogą być stosowane różne parametry obróbki i odmienne cykle obróbkowe.

Na schemacie fig. 3 hybrydowego składanego narzędzia ściernego do obróbki materiałów trudnoobrabialnych w kinematyce szlifowania prostoliniowo-zwrotnego, uwzględniono integrację czterech elementów ściernych. W tym przypadku zastosowano różnego rodzaju modyfikacje elementów ściernych, obejmujące wprowadzenie elementarnego segmentu ściernego z makronieciągłościami 9 i elementarnego segmentu ściernego z mikronieciągłości 8 na ich powierzchniach czynnych, wprowadzenie sztucznie podwyższonej porowatości przez zastosowanie elementarnego segmentu ściernego z ziarnami korundu pęcherzykowego 11 oraz wprowadzanie elementarnego segmentu ściernego z ziarnami agregatowymi 10. W tym przypadku, w zależności od właściwości materiałów trudnoobrabialnych, może być wybrana jedna z wielu możliwych modyfikacji elementów ściernych, zapewniająca największą efektywność obróbki. Parametry i warunki obróbki mogą być dobierane w sposób optymalny.

Schemat fig. 4 przedstawia schemat hybrydowego składanego narzędzia ściernego do obróbki różnych materiałów w kinematyce szlifowania prostoliniowo-zwrotnego, zastosowano elementy ścierne o różnej charakterystyce pod względem ziaren ściernych, np. elementarnego segmentu ściernego z ziarnami elektrokorund 13 elementarnego segmentu ściernego z ziarnami regularnego azotku boru 15, elementarnego segmentu ściernego z ziarnami diamentowymi 12 i elementarnego segmentu ściernego z ziarnami węglika krzemu 14. Tego typu segmenty hybrydowe mogą być stosowane opcjonalnie do obróbki różnego rodzaju materiałów, takich jak: stal hartowana, żeliwo, ceramika, tworzywa sztuczne. Dla każdego z zabiegów obróbkowych, mogą być stosowane odmienne parametry i warunki obróbki oraz zabiegi obciągania.

Fig. 5 pokazuje schemat hybrydowego składanego narzędzia ściernego do obróbki kształtowej w kinematyce szlifowania z dosuwem wgłębnym (przedstawiono tu również zarysy promieniowe poszczególnych segmentów elementarnych), możliwe jest szlifowanie kształtowe o zmiennych profilach, odpowiednio uformowanych na poszczególnych segmentach elementarnych. W rozwiązaniu takim można również realizować obróbkę zgrubną, kształtową i wykończeniową, odpowiednio dobierając charakterystyki techniczne segmentów elementarnych oraz ich zarysy osiowe.

Na schemacie fig. 6 hybrydowego składanego narzędzia ściernego do badań właściwości skrawnych elementarnych segmentów ściernych lub ściernic z zastosowaniem ziaren różnych gatunków, przedstawiono hybrydowe składane narzędzie ścierne do badań właściwości skrawnych elementarnych segmentów ściernych, lub ściernic składanych z zastosowaniem ziaren różnych gatunków. Narzędzie takie służy do szlifowania stopów niklu, kobaltu czy tytanu. Każdy z czterech segmentów elementarnych, wchodzących w skład segmentu ściernego jest tu zbudowany z różnego rodzaju ziaren regularnego azotku boru, tj. elementarnego segmentu ściernego z ziarnami mikrokrystalicznego regularnego azotku borku 16, elementarnego segmentu ściernego z ziarnami polikrystalicznego regularnego azotku boru 17, elementarnego segmentu ściernego z ziarnami monokrystalicznego regularnego azotku boru 18, oraz elementarnego segmentu ściernego z ziarnami powlekanego regularnego azotu boru 19. Na podstawie takich badań można w sposób optymalny dobrać odpowiedni gatunek ziaren ściernych do szlifowania określonego typu materiału. W dalszej kolejności badania te można przeprowadzić w odniesieniu do określonego rodzaju spoiwa np. ceramicznego (np. amorficzne, polikrystaliczne) lub stopnia otwartości struktury narzędzia ściernego.

Fig. 7 pokazuje schemat hybrydowego składanego narzędzia ściernego do badań stanu topografii czynnej powierzchni ściernicy (CPS) ukształtowanej w zabiegu obciągania. Badania takie mogą posłużyć do określenia optymalnego stanu CPS do danej operacji szlifowania, który jest kształtowany w zabiegu obciągania.

PL 230 995 B1

Schemat fig. 8 ilustruje hybrydowego składanego narzędzia ściernego do badań wpływu szerokości s segmentów elementarnych na przebieg i wyniki obróbki. Celem takich badań jest określenie wpływu szerokości s elementarnych segmentów ściernych na efektywność obróbki oraz uzyskane efekty obróbkowe, np. chropowatość powierzchni obrobionej, stan naprężeń w warstwie wierzchniej oraz wydajność ubytkową obróbki.

W przykładzie fig. 9 przedstawiono hybrydowe składane narzędzie ścierne do badań procesu zużycia ściernicy po kolejnych czasach szlifowania t, zastosowano jednakowe elementarne segmenty ścierne w każdym z segmentów hybrydowych. Dla każdego z 4 segmentów elementarnych, może być określony inny czas t pracy w określonych warunkach technologicznych - od momentu obciągania, aż do zakończenia okresu trwałości. Na podstawie takich badań można określić charakter i intensywność zużywania się ściernicy w mikro- i makroskali, tj. zarówno w odniesieniu do ziaren ściernych, jak i zarysu tworzącej czynnej powierzchni ściernicy, dla określonego materiału obróbkowego. W takich badaniach niezwykle pomocna jest składana konstrukcja narzędzia hybrydowego, gdyż każdy z segmentów hybrydowych może być indywidualnie przemieszczany na stanowiska pomiarowe, np. profilometr, konturograf, okrągłościomierz, analizator obrazu lub mikroskop skaningowy. To pozwala na wszechstronne badania stanu czynnej powierzchni ściernicy z zastosowaniem zaawansowanych urządzeń pomiarowych.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Hybrydowe składane narzędzie ścierne, znamienne tym, że zbudowane jest z hybrydowych segmentów ściernych (2) rozmieszczonych na obwodzie swojego korpusu (1).
2. 2. Hybrydowe składane narzędzie ścierne według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że hybrydowe segmenty ścierne (2), składają się ze zbioru elementarnych segmentów ściernych (3) o określonej charakterystyce technicznej.
3. 3. Hybrydowe składane narzędzie ścierne według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że poszczególne elementarne segmenty ścierne (3) mogą się różnić między sobą charakterystyką techniczną (np. wielkością i rodzajem ziaren ściernych, rodzajem i położeniem makronieciągłości i mikronieciągłości, koncentracją ziaren ściernych, stopniem otwartości struktury oraz rodzajem spoiwa).
4. 4. Hybrydowe składane narzędzie ścierne według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że hybrydowe segmenty ścierne (2) mają możliwość obrotu względem korpusu (1) narzędzia składanego.
5. 5. Hybrydowe składane narzędzie ścierne według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że zmienia swoją charakterystykę poprzez obrót hybrydowych segmentów ściernych (2).