RU2215643C2

RU2215643C2 - Abrasive tool

Info

Publication number: RU2215643C2
Application number: RU2001114887/02A
Authority: RU
Inventors: чер В.М. Шум; В.М. Шумячер; В.А. Назаренко; С.А. Крюков; И.В. Дуличенко
Original assignee: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to abrasive machining and it can be used in manufacture of high-porosity abrasive tools. It contains fused corundum grains, ceramic binder and particles of abrasive refractory filler. The latter are made of material adhesively inactive to ceramic binder and have equal size and shape with abrasive grains. Ratio of amount of filler particles to amount of abrasive grains is within 0.10 and 0.15. Such design makes it possible to preserve strength and porosity of tool within preset structure, increases pore space between abrasive grains on working surface of tool in process of grinding and improves uniformity and homogeneity of structure of tool in manufacture. EFFECT: improved quality of tool. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства абразивного инструмента, в частности высокопористого электрокорундового инструмента на керамической связке. The invention relates to the production of an abrasive tool, in particular a highly porous ceramic-corundum electrocorundum tool.

Известны абразивные инструменты, обладающие повышенной пористостью, получаемой путем введения в формовочную массу в качестве порообразователей выгорающих наполнителей. Такими наполнителями могут служить: сополимер МСН, полистирол, кокс, фруктовые косточки и др. (см. авт. свид. СССР 566724, кл. В 24 D 3/34, 1977; авт. свид. СССР 933428, кл. В 24 D 3/34, 1982). Known abrasive tools with increased porosity obtained by introducing burnable fillers as pore formers into the molding mass. Such fillers may include: a copolymer of MCH, polystyrene, coke, fruit seeds, etc. (see ed. Certificate of the USSR 566724, class B 24 D 3/34, 1977; ed. Certificate of the USSR 933428, class B 24 D 3/34, 1982).

Общим недостатком абразивных инструментов, изготовленных из таких масс, является недостаточная прочность их черепка и невозможность использования таких инструментов на повышенных скоростях шлифования. Это объясняется тем, что при обжиге заформованной массы наполнитель выгорает с интенсивным газовыделением, что приводит к образованию трещин черепка абразивного инструмента, которые способствуют понижению его прочности. A common disadvantage of abrasive tools made from such masses is the insufficient strength of their shards and the inability to use such tools at high grinding speeds. This is due to the fact that when firing the molded mass, the filler burns out with intense gas evolution, which leads to the formation of cracks in the shard of the abrasive tool, which contribute to a decrease in its strength.

Известен шлифовальный круг, в который вводится невыгорающий огнеупорный наполнитель сферической формы. Полые частицы наполнителя выполняются из электрокорунда, размер которых равен 0,45÷0,65 величины абразивных зерен (см. авт. свид. СССР 1073082, кл. B 24 D 3/14, 1984). Этот абразивный инструмент принят за прототип. A grinding wheel is known in which a non-burning spherical refractory filler is introduced. Hollow filler particles are made of electrocorundum, the size of which is 0.45 ÷ 0.65 of the size of the abrasive grains (see ed. Certificate of the USSR 1073082, class B 24 D 3/14, 1984). This abrasive tool is taken as a prototype.

Недостатком известного инструмента является то, что увеличение его пористости путем введения сферических полых частиц наполнителя, образующих дополнительные закрытые поры, также приводит к снижению прочности его черепка, а отмечаемая авторами прототипа повышенная деформационная способность сферических частиц, получаемая за счет использования в качестве материала частиц наполнителя электрокорунда и адгезионно-активной (реакционноспособной) к нему керамической связки, затрудняет вскрытие полых сфер для образования дополнительных пор на рабочей поверхности инструмента при его работе. Последнее обстоятельство приводит к повышению сил трения и резания, теплонапряженности процесса шлифования, засаливанию рабочей поверхности инструмента и, следовательно, к снижению производительности и стойкости инструмента. A disadvantage of the known tool is that the increase in its porosity by introducing spherical hollow filler particles forming additional closed pores also leads to a decrease in the strength of its shard, and the increased deformation ability of spherical particles noted by the prototype obtained by using electrocorundum filler particles as material and an adhesive-active (reactive) ceramic bond to it, makes it difficult to open hollow spheres to form additional Ohr on the working surface of the tool during its operation. The latter circumstance leads to an increase in the friction and cutting forces, heat stress of the grinding process, salting of the working surface of the tool and, therefore, to a decrease in productivity and tool life.

Другим недостатком прототипа является невозможность получения удовлетворительного качества инструмента по равномерности и однородности структуры из-за различия формы и размеров частиц наполнителя и абразивных зерен. Another disadvantage of the prototype is the inability to obtain a satisfactory quality of the tool for uniformity and uniformity of structure due to the difference in the shape and size of the particles of the filler and abrasive grains.

Предлагаемым изобретением решается задача устранения указанных недостатков аналогов и прототипа за счет сохранения прочности и пористости инструмента в пределах заданной его структуры, которая определяется объемным содержанием абразивного зерна и керамической связки, и увеличения порового пространства между абразивными зернами на рабочей поверхности инструмента непосредственно в процессе шлифования, а также улучшения равномерности и однородности структуры инструмента при его изготовлении. The present invention solves the problem of eliminating these drawbacks of analogues and prototype by maintaining the strength and porosity of the tool within its predetermined structure, which is determined by the volume content of abrasive grain and ceramic binder, and increasing the pore space between the abrasive grains on the working surface of the tool directly during grinding, and also improving the uniformity and uniformity of the structure of the tool in its manufacture.

Решение этой задачи позволяет достичь следующий технический результат - повысить качество инструмента и его производительность. The solution to this problem allows you to achieve the following technical result - to improve the quality of the tool and its performance.

Поставленная цель достигается тем, что в абразивном инструменте заданной структуры, содержащем электрокорундовые абразивные зерна, керамическую связку и частицы абразивного огнеупорного наполнителя, последние выполнены из адгезионно-инертного материала к керамической связке и имеют равный размер и одинаковую форму с абразивными зернами, при этом отношение объема частиц наполнителя к объему абразивных зерен находится в пределах от 0,10 до 0,15. В качестве материала частиц наполнителя могут использоваться: карбид бора, карбид кремния, нитрид бора и др. This goal is achieved by the fact that in an abrasive tool of a given structure containing electrocorundum abrasive grains, a ceramic bond and particles of an abrasive refractory filler, the latter are made of an adhesive-inert material to a ceramic bond and have an equal size and shape with abrasive grains, while the volume ratio particles of filler to the volume of abrasive grains is in the range from 0.10 to 0.15. As the material of the filler particles, boron carbide, silicon carbide, boron nitride, etc. can be used.

Повышение качества инструмента и его производительности осуществляется следующим образом. Improving the quality of the tool and its performance is as follows.

Применение частиц наполнителя равного размера и одинаковой формы с абразивными зернами позволяет получить равномерное перемешивание абразивной массы при изготовлении инструмента, обеспечить однородность его структуры и повысить его качество по сравнению с прототипом. При этом использование огнеупорных частиц наполнителя, одинаковых по форме с абразивными зернами, не приводит во время обжига инструмента к образованию дополнительных как открытых, так и закрытых пор в теле его черепка, как в случаях аналогов и прототипа, когда вводятся выгорающие наполнители или огнеупорные сферические частицы. За счет этого в предлагаемом изобретении повышается прочность инструмента по сравнению с аналогами и прототипом, а прочность на разрыв образцов такого инструмента при оптимальном объемном соотношении частиц наполнителя к абразивным зернам в пределах от 0,10 до 0,15 практически равна прочности образцов инструмента, изготовленного без частиц наполнителя (см. табл.). The use of filler particles of equal size and shape with abrasive grains allows to obtain uniform mixing of the abrasive mass in the manufacture of the tool, to ensure the uniformity of its structure and improve its quality compared to the prototype. In this case, the use of refractory filler particles, identical in shape to abrasive grains, does not lead to the formation of additional open or closed pores in the body of its shard during firing, as in the case of analogues and prototype, when burnable fillers or refractory spherical particles are introduced . Due to this, in the present invention, the tool strength is increased in comparison with analogues and prototype, and the tensile strength of samples of such a tool with an optimal volumetric ratio of filler particles to abrasive grains in the range from 0.10 to 0.15 is almost equal to the strength of samples of a tool made without filler particles (see table).

Выполнение частиц наполнителя из адгезионно-инертного материала к керамической связке позволяет увеличивать поровое пространство между абразивными зернами на рабочей поверхности инструмента непосредственно в процессе шлифования за счет вырывания слабо закрепленных частиц наполнителя при незначительных нагрузках. При этом абразивные частицы наполнителя при вырывании производят дополнительное резание поверхности детали, а после их удаления с рабочей поверхности инструмента образовавшееся за счет этого поровое пространство между абразивными зернами способствует лучшему расположению стружки, снижению засаливания инструмента и теплонапряженности процесса шлифования и, как следствие, увеличению стойкости инструмента и его производительности (см. табл.). Таким образом, предлагаемый абразивный инструмент позволяет создавать в процессе шлифования рабочую поверхность, подобную рабочей поверхности высокопористого инструмента при сохранении прочности черепка исходного инструмента заданной структуры. The execution of the filler particles from an adhesive-inert material to the ceramic bond allows to increase the pore space between the abrasive grains on the working surface of the tool directly in the grinding process by tearing loose particles of the filler under light loads. At the same time, abrasive particles of the filler, upon tearing out, additionally cut the surface of the part, and after they are removed from the tool’s working surface, the pore space formed between the abrasive grains due to this contributes to better chip placement, reduction of tool salting and heat-stress of the grinding process, and, as a result, increase of tool life and its performance (see table). Thus, the proposed abrasive tool allows you to create in the grinding process a working surface similar to the working surface of a highly porous tool while maintaining the strength of the shard of the original tool of a given structure.

Сущность изобретения на примере электрокорундового абразивного инструмента на керамической связке с наполнителем из частиц карбида бора заключается в следующем. The invention on the example of an electrocorundum abrasive tool on a ceramic bond with a filler of boron carbide particles is as follows.

По существующим рекомендациям, в зависимости от свойств металла или сплава и режимов шлифования, задаются исходной структурой и твердостью абразивного инструмента, например, седьмой структурой и твердостью СМ1. Такой инструмент содержит 48% абразивных зерен, 10% керамической связки и 42% пор от всего объема (см. табл. , пример 1). Выбирают, например, керамическую связку К5, адгезионно-инертную к частицам карбида бора. According to existing recommendations, depending on the properties of the metal or alloy and grinding modes, they are set by the initial structure and hardness of the abrasive tool, for example, the seventh structure and the hardness of CM1. Such a tool contains 48% abrasive grains, 10% ceramic binder and 42% pores of the total volume (see table, example 1). For example, a ceramic bond K5, which is adhesion-inert to boron carbide particles, is selected.

Без изменения количества связки в предлагаемый инструмент вводят частицы наполнителя из расчета, чтобы отношение объема частиц наполнителя из карбида бора к объему электрокорундовых абразивных зерен находилось в пределах от 0,10 до 0,15 (см. табл., примеры 3, 4). Without changing the amount of the binder, filler particles are introduced into the proposed tool from the calculation so that the ratio of the volume of particles of boron carbide filler to the volume of electrocorundum abrasive grains is in the range from 0.10 to 0.15 (see table, examples 3, 4).

Влияние объемного содержания частиц наполнителя на механическую прочность образцов на разрыв
В лабораторных условиях готовились образцы "восьмерки" из абразивных масс, содержащих 5, 10, 15, 20% объемных долей частиц наполнителя из карбида бора к абразивным зернам 24А25. Эти образцы обжигались в печи в течение 14 часов с выдержкой 2,5 часа при максимальной температуре 1250^oС. Механическая прочность обожженных образцов на разрыв определялась на испытательной машине УММ-5 по общепринятой методике.The effect of the volume content of filler particles on the mechanical tensile strength of the samples
Under laboratory conditions, G8 samples were prepared from abrasive masses containing 5, 10, 15, 20% volume fractions of particles of boron carbide filler particles to 24A25 abrasive grains. These samples were fired in a furnace for 14 hours with a holding time of 2.5 hours at a maximum temperature of 1250 ^o C. The mechanical tensile strength of the calcined samples was determined on a testing machine UMM-5 according to the generally accepted method.

Результаты испытаний приведены в таблице, из которой видно, что при содержании частиц наполнителя от 10 до 15% объемных долей прочность на разрыв практически не отличается от образцов, не содержащих частиц наполнителя. При 20%-ом содержании частиц наполнителя резко падает прочность на разрыв по сравнению с исходным образцом (на 32%). В связи с этим целесообразно объемное содержание частиц наполнителя принять в пределах от 10 до 15% (см. табл., примеры 3, 4). The test results are shown in the table, which shows that when the content of the filler particles is from 10 to 15% volume fractions, the tensile strength practically does not differ from samples not containing filler particles. At a 20% content of filler particles, the tensile strength sharply decreases compared to the initial sample (by 32%). In this regard, it is advisable to take the volumetric content of the filler particles in the range from 10 to 15% (see table, examples 3, 4).

Сравнительные испытания абразивных кругов
Для испытаний были изготовлены следующие абразивные шлифовальные круги: исходный, без частиц наполнителя (см. табл., пример 1) марки 24А 25 СМ1 7 К5 и три круга с различным содержанием наполнителя из карбида бора (примеры 2, 3, 4, 5).Comparative tests of abrasive wheels
For testing, the following abrasive grinding wheels were made: initial, without filler particles (see table, example 1) of grade 24A 25 CM1 7 K5 and three circles with different content of filler from boron carbide (examples 2, 3, 4, 5).

Круги оценивались по их режущей способности и стойкости. Испытания были проведены на плоскошлифовальном станке модели 3Е711. Обрабатывались образцы из стали ШХ15. Режимы шлифования: V_кр=35 м/с, V_cт=20 м/мин, t=0,01 мм/дв.х.Circles were judged by their cutting ability and resistance. The tests were carried out on a surface grinding machine model 3E711. Samples from ShKh15 steel were processed. Grinding modes: V _cr = 35 m / s, V _ct = 20 m / min, t = 0.01 mm / dv.

Анализ результатов по режущей способности и стойкости кругов, представленных в таблице, показывает, что наиболее рациональным является содержание частиц наполнителя также в пределах от 10 до 15% (см. табл., примеры 3, 4). The analysis of the results on the cutting ability and durability of the circles presented in the table shows that the content of filler particles is also the most rational also in the range from 10 to 15% (see table, examples 3, 4).

Claims

An abrasive tool containing electrocorundum abrasive grains, a ceramic binder and particles of an abrasive refractory filler, characterized in that the filler particles are made of an adhesive-inert material to the ceramic binder and have an equal size and shape with abrasive grains, while the ratio of the volume of the filler particles to the volume abrasive grains is in the range of 0.10 - 0.15.