Результат интеллектуальной деятельности: ШЛИФОВАЛЬНО-АБРАЗИВНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к абразивным, шлифовальным или к абразивно-шлифовальным материалам/инструментам, широко применяемым в механообработке заготовок или деталей в основном на предприятиях машиностроения, одновременно охватывая область производства самих абразивно-шлифовальных изделий.

Широко известны шлифовальные шкурки, диски, бобины, ленты, листы, губки, круги или шлифовально-абразивные либо шлифовально-полировальные ленты, круги, полосы и прочие на текстильной, металлической, сизалевой, бумажной или иной основе, с помощью которых производят соответствующую обработку поверхностей деталей/заготовок. Известно также использование так называемых самозатачивающихся твердых абразивных зерен в качестве режущих элементов, например, наждачных шкурок. Термин - не совсем верен в том смысле, что, хоть после скола части зерна и образуются острые грани или кромки, но они расположены по отношению к начальному профилю зерна по его ширине принципиально в ином пространственном положении (случайным образом, не перекрывая изначально всю существовавшую ширину реза обрабатываемого материала). Это - по существу общий недостаток для всех известных шлифовально-абразивных лент, кругов, полос, брусков и иных подобных устройств. Кроме того, при частичных износах или сколах абразивных зерен из электрокорунда, карбида кремния, оксида циркония или иных материалов заметно ухудшается качество обработки поверхностей из-за появления зерен с меньшей высотой, чем были изначально, вызывая тем самым появление дополнительных ударных нагрузок на прочие абразивные зерна, увеличивая вибрации устройства и пр. Следовательно, надежность и качество работы такими устройствами быстро снижаются, а их стойкость при обработке падает.

Известны, например, следующие аналоги разработки по данной теме. Шлифовальная лента - патент на полезную модель №48490 (RU), класс B24D, опубл. 27 октября 2005. В шлифовальной ленте на гибкой основе, состоящей из нескольких гибких параллельных полос и несущей абразивные бруски, закрепленные поперек основы параллельно друг другу с промежутками, каждый абразивный брусок выполнен в виде пакета из металлических пластин, образующих своими торцами рабочую поверхность, на которую электроискровым методом нанесены твердосплавные частицы. Компания Heskins, например, использует в производстве ленты глинозем; острые частицы этого минерала создают чрезвычайно абразивную поверхность.

Известна шлифовальная лента, содержащая текстильную основу с ворсом в виде петель разной высоты, причем петли меньшей высоты выполнены из мононитей, а на петли большей высоты нанесено абразивное покрытие (RU №2030285, B24D 11/00, 1995). Шлифовальная лента на гибкой основе (SU №516517, B24D 11/00, 1976), несущая абразивные бруски, закрепленные поперек основы параллельно друг другу и отнесенные друг от друга на некоторое расстояние. Основа ленты состоит из нескольких гибких параллельных полос. Шлифовально-полировальный круг - патент SU 929424 (опубл. 28.05.82) имеет полировальные элементы лепесткового типа, скрепленные эпоксидной композицией (потенциально возможны крепления на керамической, вулканитовой или бакелитовой связке); при этом выступы одних лепестков входят в пазы других, что увеличивает трудоемкость изготовления и сборки, не повышая надежность ровного реза/шлифования обрабатываемой поверхности. Прерывистый шлифовальный круг - патент №2098262, класс B24D 9/00, опубл. 10.12.1997. Круг состоит из корпуса в виде барабана с равномерно расположенными на его периферии вдоль образующей разделительными канавками, абразивной ленты, размещенной по периферии барабана, и имеет механизм фиксации и натяжения ленты с ползунами и пальцами. Абразивное полотно (патент RU №2102222, B24D 11/02) содержит нетканую основу, связующее и абразив.

Абразивный диск (патент RU 2062217, B24D 5/12) на основе листового упрочняющего материала, на котором посредством связующего с обеих сторон закреплено абразивное зерно. Способ изготовления абразивного инструмента (патент RU №2055722, B24D 5/12) - отрезные круги, когда на поверхность листового упрочняющего материала с двух сторон помещают абразив со связующим и производят термическую обработку, отличается тем, что листовой упрочняющий материал предварительно вырубают в виде диска, а связующее берут в жидком виде, пропитывая им диск и нанося абразив.

Шлифовальный круг - патент №2115536, классы: B24D 5/10, B24D 17/00 с датой подачи заявки от 15.02.1996, дата публикации 20.07.1998 - разработан для повышения надежности и стойкости шлифовальных кругов /прототип/. Формула этого изобретения: алмазный или эльборовый круг с выполненными на рабочей поверхности пазами, заполненными твердой смазкой, отличающийся тем, что ось каждого паза расположена под углом относительно образующей круга, в поперечном сечении каждый паз имеет форму ласточкина хвоста, а угол наклона боковых поверхностей паза к плоскости его основания составляет 80-85°.

Однако как в аналогах, так и в прототипе нет возможности при любом сколе режущей или шлифующей кромки зерен полностью заменить их неизношенными целыми и не участвующими в технологическом процессе обработки поверхностей деталей/заготовок следующими зернами. Аналогично данное положение относится и к единичному зерну, которое в известных вариантах не может быть заменено неизношенным, целым и не участвующим в работе следующим по существу новым зерном.

Задачей изобретения является повышение надежности работы шлифовально-абразивного устройства, что положительно отражается как на качестве обрабатываемой поверхности, так и на износостойкости самого устройства.

Технически поставленная цель достигается путем использования «принципа матрешки», при котором одно наружное зерно имеет вставленные в него несколько внутренних зерен равной высоты, которые стандартными способами (например, связующим из эпоксидной композиции) прочно крепятся к жесткой или гибкой основе. Это позволяет утверждать, что заявленный вариант соответствует критерию «новизна», отвечает изобретательскому уровню, решает поставленные задачи/цели и имеет большое практическое значение.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в макромасштабе представлен демонстрационный натурный вариант изготовленного шлифовально-абразивного устройства. В частности, у изображенных двух схожих по сути, но разных по твердости, вариантов имеются по три режущие кромки 1-3 зерен. При этом каждое зерно вставлено по типу матрешки одно в другое. В кольцевых пазах 4 видно связующее, прочно скрепляющее между собой в горизонтальной плоскости как сами зерна, так и прикрепляющее их к основе. Форма таких зерен, как показала практика, может быть любая, например прямоугольная, квадратная и др. Наружная поверхность каждого собираемого в единый блок такого зерна может иметь цилиндрическую форму или, например, конусную, сужающуюся в направлении к основе. Если крепящая такие зерна композиция имеет высоту несколько меньшую, чем высота зерен, то оставшееся до верха зерна пространство может быть заполнено, например, смазочно-охлаждающей технологической средой (СОТС), скажем, пластичной смазкой, для охлаждения устройства в процессе работы. При этом смазочный материал оказывается в замкнутой с боков нише, что не позволяет ему свободно разлетаться в стороны.

Изготовление и работа заявленного устройства. На станке-автомате изготавливаются предложенные режуще-шлифовальные зерна, которые роботом одно в другое укладываются по принципу собираемых матрешек и располагаются на жесткую или гибкую основу. Для прочного соединения таких зерен с основой, как и прочного соединения зерен между собой за счет наличия между ними кольцевых пазов, используется вводимая застывающая композиция. После заполнения основы такими зернами и отверждения крепящей композиции устройство готово к работе. При этом начинают резать или шлифовать только наружные зерна «матрешки». Остальные (внутренние) зерна первоначально не работают, резервируя тем самым постепенно выходящие из строя (скалывающиеся или износившиеся) наружные зерна. Тем самым заметно продлевается срок службы таких шлифовально-абразивных устройств, улучшается качество обработки поверхностей, так как внутренние зерна имеют одинаковую высоту с наружными зернами. Результаты расчетов: износостойкость разработанного варианта устройства возрастает в 3 раза по сравнению с любым известным в мире вариантом. Для проведения экспериментов на плоскошлифовальном станке использовались два варианта изготовления такой «матрешки» из зерен, имеющих режущую сталь разной твердости. Обрабатывались поверхности стальной детали. В том случае, если использовать одно зерно вместо трех, ресурс работоспособности устройства снижался практически ровно в три раза. С нашей точки зрения, предпочтительно иметь режущие кромки зерен в виде прямоугольника или квадрата, что несколько дешевле при их изготовлении, чем в виде концентрических окружностей, хотя при серийном изготовлении, очевидно, разницы в трудоемкости изготовления и сборки большой не будет. Форма вкладываемых друг в друга зерен может быть различной, например прямоугольной, квадратной, кольцевой или иной, при этом и наружная форма каждого зерна может соответствовать его внутренней форме либо отличаться, например, имея конусообразный вид, сужающийся в сторону основы.