SK36294A3 - Abrasive tool - Google Patents

Description

Superabrazívny nástroj

Oblasť techniky

Vynález sa týka superabrazívnych nástrojov, ako sú kotúče s vencami a kotúčové segmenty, ktoré obsahujú' superabrazívne zrno, ako diamant alebo kubický nitrid boru.

Doterajší stav techniky

Nástroje obsahujúce superabrazíva, sú v širokej miere používané pre rezanie extrémne húževnatých materiálov, ako je napríklad betón. Je ale zistené, že náklady na takéto kotúče sú veľmi vysoké, pretože samotná superabrazívna zložka je veľmi drahá. Vo výrobe nástrojov teda je veľký záujem, aby tieto boli veľmi účinné a súčasne menej nákladné, ako nástroje, pri ktorých tvorí superabrazívna zložka 100% objemu brúsiva.

Jedno takéto riešenie je objasnené v amerických patentových spisoch 5,152,810 a 4,944,773, v ktorých je časť superabrazívnej zložky nahradená brúsivom gelovateľnej kvapalinovej koloidnej disperzie oxidu hlinitého, čo prináša prekvapivé výhodné výsledky a značne znížené náklady.

Vynález prináša pri takýchto technológiách ďalšiu výhodu vtom, že poskytuje gelovateľnú kvapalinovú koloidnú disperziu oxidu hlinitého vo forme, ktorá prináša výhody veľmi účinným spôsobom a dáva naviac nové možnosti, ktoré nie sú v známom stave techniky popísané.

Podstata vynále z u

Predložený vynález sa týka brúsneho nástroja, ktorý zahrňuje spojovací materiál, ktorý ma v sebe rozptýlené brúsne zrná obsahujúci aspoň jednu superabrazívnu zložku a vláknové častice mikrokryštalického oxidu hlinitého, ktoré majú v podstate rovnakú orientáciu.

Vláknové častice sú v podstate rovnako orientované, čím sa mieni, ž'e ich pozdĺžne osi sú vyrovnané tak, že väčšina a s výhodou aspoň 75%, leží v uhle 120° a výhodnejšie v uhle symetrie v podstate byť akýkoľvek vhodný, zaoblené alebo zhruba asi 60° .

Vláknové častice ma.iú pozdĺž osi rovnaký tvar priečneho rezu a ma.iú pomer strán, ktorý je definovaný ako pomer medzi dĺžkou pozdĺž osi symetrie a najväčším rozmerom kolmým k tejto ose, aspoň okolo 3:1'a s výhodou aspoň okolo 10:1. V niektorých prípadoch môžu byť vláknové častice oveľa dlhšie a dokonca spojené do tvaru súvislého vlákna aspoň pre predbežné vytvorenie nástroja pred jeho použitím. Ak sa pre výrobu brúsneho nástroja použije súvislé vlákno, toto vlákno je uložené v mnohonásobných tesných priehyboch, ktorých strany sú v podstate v požadovanom smere orientácie vláknových častíc rovnobežné. Takéto súvislé vlákno sa chová v podstate ako rada jednotlivých vláken a z tohoto dôvodu je chápané tak, že spadá do hlavného rozsahu tohoto vynálezu.

Tvar priečneho rezu častíc môže ale najľahšie vyrobiteľné tvary sú štvorcové. Avšak užitočnosť tohoto vynálezu nie je tvarom priečneho rezu limitovaná.

Častice obsahujú mikrokryštalický alfa oxid hlinitý, čím je mienené, že jednotlivé kryštalograficky odlišné oblasti alebo kryštality, ktoré vytvárajú častice, majú stredný priemer, ktorý je, meraný ako stredná dĺžka zachytenej čiary vedenej naprieč priečnym rezom častice, menší ako asi 10 mikrometrov a s výhodou menší ako asi 1 mikrometer. Častica môže obsahovať dalšie zložky, ako sú fázy obsahujúce oxid horečnatý, oxid zirkoničitý, spinely a oxidy kovov vzácnych zemín, avšak zahrňuje aspoň okolo 60% hmotnosti a ešte výhodnejšie aspoň 90% hmotnosti alfa oxidu hlinitého. Merná hmotnosť častice má byť aspoň 90% s výhodou aspoň 95% teoretickej mernej hmotnosti zmesi. Najvýhodnejšie častice majú tvrdosť aspoň 18 a ešte výhodnejšie aspoň 20 GPa.

Často je žiadúce, aby vláknové častice obsahovali ďalšie zložky, ktoré by upravovali ich abrazívne vlastnosti. Pridané môžu byť napríklad jemne rozdelené brúsne častice, ako je diamant, kubický nitrid boru, karbid wolframu a podobne. Ďalší zvláštny materiál, ktorý sa môže pridať, by mohol obsahovať mazadlá stále pri vysokých teplotách, ako je nitrid bóru v hexagonálnom tvare, sírnik molybdénu a grafit, pri ktorom sa disperzia alfa oxidu hlibrúsrie prísady, ako .ie kovový cín a ďalšie plnidlá. Takéto prísady sa s výhodou vyberajú tak, aby zabezpečili, že ich množstvo a fyzikálne vlastnosti nadmerne neznížia tvrdosť a pevnosť, ktoré charakterizujú nemodifikované vláknové častice z gelovateľnej kvapalinovej koloidnej disperzii oxidu hlinitého.

Takéto častice sa vytvárajú postupom, tvorí gelová kvapalinová koloidná nitého, obvykle pridaním kyseliny, suší sa a potom vypaľuje. Veľkosť kryštalitov v častici sa môže redukovať pridaním materiálu účinného pre nukleovanie kryštalizácie alfa oxidu hlinitého z východiskovej fázy. Takéto materiály sú obvykle izoštruktúrne s tou fázou alfa oxidu hlinitého, ktorá je tvorená a takými parametrami priestorovej mriežky, ktoré sú pokiaľ možno blízke parametrom samotného alfa oxidu hlinitého. Alternatívne môže byť veľkosť kryštalitu obmedzená použitím činidiel, ktoré spomaľujú počas rastu počas vypaľovania na tvar alfa oxidu hlinitého. Medzi patentmi demonštrujúcimi vhodné postupy prípravy vláknových častíc sú patenty USA č.4,314,827; 4,632,364; 4,744802; 4,770,671; 4,881,951;

4,954,462; 4,964,883; 5,053,369; 5,076,815;

5,114,891;

európska prihláška 408,771 a prihláška PGT

5,139,978;

92/01646.

Tieto častice sa môžu vyrobiť niektorým z bežných spôsobov, ale najdostupnejšia cesta je cez pretlačovanie. Pri takomto postupe sa alfa prekurzor pretlaču.je ako gel a potom sa suší a vypaľuje do tvaru vlákna. Jedno vhodné zariadenie pre výrobu takýchto vláken je popísané v americkom patente 5,090,968. Je tiež možné vlákna pretlačovať a sušiť do okamihu, v ktorom je s nimi možné vhodne manipulovať, vložiť ich do nástroja tak, ako je vytvarovaný a vypáliť ich v danej polohe už v brúsnom nástroji.

Orientácia vláknových častíc v nástroji je zvlášť dôležitá pri stanovovaní druhov vlastností, ktoré bude mať nástroj. Pri jednom výhodnom zhmotnenom vyhotovení budú vláknové častice orientované tak, že sú vyrovnané kolmo k brúsnemu povrchu nástroja, alebo pod uhlom menším ako asi 60° k tomuto povrchu. Často je výhodnejšie mať tieto častice sklonené pod určitým uhlom k priamke kolmej k brúsnemu po§

vrchu pod podmienkou, že smer, v ktorom sa nástroj vzhľadom k obrobku pohybuje, je stály, ako by bol prípad, keby bol nástroj usporiadaný na okraji rezného kotúča. V tomto prípade tieto častice pôsobia ako brúsne prostriedky významne zväčšujúce rezný účinok kotúča a dovoľujúce použitie'bez superabrazívnej zložky, pričom sa obetuje trochu rezného výkonu. Je zvlášť výhodné zabezpečiť, aby vláknové častice boli orientované radiálne a boli umiestnené na okrajoch rezného kotúča. Toto môže byť vo vnútri základnej hmoty nástroja, alebo viazané do drážok vyrezaných v boku nástroja pre uloženie častíc a spojiva pre ich bezpečné usadenie v takýchto drážkach.

Iná orientácia, ktorá je zvlášť užitočná, najmä pri kotúčoch navrhnutých pre rezanie, ako sú napríklad rezné segmentové kotúče betónu, má osu symetrie vláken v podstate rovnobežnú s reznou plochou, ale umiestnenou pri jej okrajoch. Konvenčné rezné kotúče betónu majú sklon na okrajoch ubývať, takže sa šírka vytvoreného rezu bude sa zmenšovať, pretože ubúda z'kotúča. Vláknové častice ležiace rovnobežne s reznou plochou budú zabezpečovať aj vlastnosti pokiaľ ide o opotrebenie, brániť erózii segmentu na okrajoch a zachovávať reznú plochu štvorcovú. V takýchto polohách pôsobia vláknové častice pre zníženie opotrebenie skôr ako brúsivá v nich.

Nástroj môže mať akýkoľvek vhodný tvar. Obvyklý tvar je tvar kotúča s brúsnym materiálom umiestneným aspoň na obvode. K vôli nákladom na superbrúsivo a preto, že kotúče sú obvykle používané v situáciách, kedy je kotúč pod značným namáhaním, je obvyklé používať ako jadrovú časť kotúča tuhú kovovú dosku s brúsivom umiestneným na okraji, často v tvare segmentov pripojených k jadrovej časti. Spojivo, v ktorom je v takýchto prípadoch brúsivo držané, je obvykle kov. Pripevňovací prostriedok nie je rozhodujúci za predpokladu, že poskytuje pevné, trvalé pripevnenie k jadrovej časti. Vhodné prostriedky zahrňujú zváranie, pájanie na tvrdo a slinovanie .

Ešte jedna aplikácia, pri ktorej výraz nástroj odkazuje skôr na segment, ako na konštrukciu, do ktorej tento segment je, alebo.do ktorej môže byť zaradený, je píla, ako je rámo§ ο

vá píla. kde sú segmenty pripojené ku kovovému listu, aby vytvorili hrotnice zubov píly. Ešte ďalší príklad vhodného nástroja ba zahrňoval brúsne plochy BlanchardoveJ rezačky.

Proti vyššie uvedenému, môžu nástroje podľa vynálezu zahrňovať naviac konštrukcie, pri ktorých je brúsivo držané v pryskyricových alebo sklenených spojivách.

Pr í k1 aďy y yho tove n i a_vy ná.l e z u

Vynález bude teraz popísaný podrobnejšie s poukazom na pripojené výkresy, ktoré sú len za účelom vysvetlenia a nie sú určené k tomu, aby zahrňovali akékoľvek potrebné obmedzenia rozsahu podstaty vynálezu.

Obrázok 1 je čiastočný bočný pohľad na segmentový kotúč používaný na rezanie betónu. Jadrová čast 1 J^e z pevného kovu a segmenty 2 sú pripojené k okraju takže vytvárajú reznú časť kotúča. Drážky 3 sú vyrezané alebo vylisované do boku segmentov pod uhlom asi 45° k radiálnemu smeru a brúsne vlákna sú uložené v drážkach a spojené sp segmentom kovovým spojivom. Teleso segmentu obsahuje diamantové zrná s vhodnou veľkosťou zrna a viazané kovovým spojivom.

Obrázok 2 .je perspektívny pohľad na: časť kotúča podobného kotúču ukázaného na obrázku 1 s výnimkou toho, že brúsne vlákna sú uložené do telesa segmentu, kečf sa tvaruje. Toto sa môže urobiť vložením vláken jednotlivé, ale vhodnejšie sa môže vlákno vložiť do tesných serpentínových záhybov, keď sa segment tvaruje, takže brúsny povrch ukazuje jednu sadu záhybov, z ktorých je pri brúsení každý otočený dole, takže účinkom vystavuje dva konce vlákna. Obrázok 2 predstavuje segment v tomto postavení s koncami 5 vystavenými na reznej ploche.

Obrázok 3 je priečny rez segmentom podľa obrázku 2 pred tým, kým sa vrcholy záhybov 6 odbrúsia, aby sa ukázali dva konce vlákna.

Obrázok 4 je priečny rez segmentom navrhnutým pre pripojenie k segmentovému kotúču, ako na obrázkoch 1 až 3, kde je vláknové brúsivo 7 vložené do hadovitých prehybov paralelných s brúsnou plochou.

Obrázok 5 je pôdorys segmentu podľa obrázku 4 po dobe opotrebenia, aby uložené paralelne jom.

sa ukázali častice vláknového brúsiva 7 s bokmi segmentov a priliehajúce k okraObrázok 6 je priečny rez segmentom predstaveným na obrázkoch 4 a 5 vedený kolmo k priečnemu rezu podľa'obrázku

4. Tento rez je rez použitým kotúčom a ukazuje v nadsadenom tvare, že vláknové častice 7 zapríčiňujú, že opotrebováva do tvaru U a teda zachováva svoju skôr, ako by jeho profil získal zaoblenie.

Môžu byť navrhnuté aj ďalšie konfigurácie s možnými výhodami, ktoré by kombinovali brúsny výkon superbrúsiv a zvláštne konštrukčné výhody, ktoré plynú z použitia vláknových častíc. Toto zahrňuje napríklad tvarovanie vláknového brúsiva do previazaného prstenca trochu na spôsob gule navinutej zo struny s výhodou plnšieho profilu a potom vytlačovanie tvarovateľnej zmesi spojiva a superabrazíva pre vyplnenie štrbín v previazanom prstenci a potom vytvrdzovanie, vypaľovanie alebo iné spracovanie spojivového materiálu pre spevnenie do tvaru brúsneho nástroja, ako je kotúč.

Takejto štruktúre môžu byť dané zvláštne výhody tým, že sa dodržia rozmery štrbín, ktoré by mali takú veľkosť, aby zachytili zrná superabrazíva a teda ho k povrchu, ktorý sa má brúsiť alebo rezať, privádzali vo veľmi pevne prídržnej konštrukcii.

Claims (8)

1. PATENTOVÉNÁROKY

   1. Brúsny nástroj zahrňujúci spájací materiál, ktorý má v sebe rozptýlené brúsne zrná obsahujúce aspoň jednu superábrazívnu zložku a vláknové častice mikrokryštalického oxidu hlinitého s podstate s rovnakou orientáciou.
2. 2. Brúsny nástroj podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že vláknové častice sú orientované v podstate kolmo k reznej alebo brúsnej ploche nástroja.
3. 3. Brúsny nástroj podlá nároku 1, vyznačujúc i sa tým, že vláknové častice sú orientované paralelne s reznou plochou nástroja a priliehajú k jeho bočným okrajom.
4. 4. Brúsny nástroj podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým. že vláknové častice zahrňujú jemne delené častice prísady vybranej z brúsiv, mazadiel stabilných za vysokých teplôt a pomocných brúsnych prísad.
5. 5. Brúsny nástroj podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i sa t;ý m, že spájací materiál je kovové spojivo.
6. 6.Segmentový kotúč, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje segmenty tvorené brúsnymi nástrojmi podľa nároku 2.
7. 7.Segmentový kotúč, vyznačujúci satým, že zahrňuje segmenty tvorené brúsnymi nástrojmi podľa nároku 3.
8. 8.Segmentový kotúč, vyznačujúci satým, že zahrňuje segmenty tvorené brúsnymi nástrojmi podľa, .nároku 4.