PRZYRZĄD I TECHNOLOGIA DLA SZLIFOWANIA PRECYZYJNYCH OBCIĄGACZY JEDNOZIARNISTYCH

Transkrypt

1 PRZYRZĄD I TECHNOLOGIA DLA SZLIFOWANIA PRECYZYJNYCH OBCIĄGACZY JEDNOZIARNISTYCH Edmund WEISS 1, Rafał CZAJKA 1 Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki prac nad opracowaniem konstrukcji przyrządu i technologii szlifowania diamentowych obciągaczy jednoziarnistych stożkowych. Są one używane do precyzyjnego obciągania tarcz ściernych o złożonych profilach powierzchni roboczych. Założeniem było opracowanie urządzenia, które będzie można wykorzystać na istniejącej już maszynie do szlifowania obciągaczy diamentowych jednoziarnistych o kształcie ostrosłupa. W publikacji przedstawiono także technologie szlifowania obciągaczy o kształcie ostrosłupa oraz stożka. Słowa kluczowe: szlifowanie, obciągacze diamentowe, oprzyrządowanie, technologia Summary: In the paper result of the work about design and technology of the grinding device for the conical diamonds dressing tool is presented. They are used for the grinding wheels precision dressing by the complicated profile of the work surfaces. There was assume to built a device, who will be possible to fit on the existing machine, used to pyramid dressing tool grinding. The technology of the pyramid and conical grinding of the dressing tools are also presented in the paper. Key words: grinding, diamond dressing tool, device, technology 1. WPROWADZENIE W praktyce przemysłowej mamy na co dzień do czynienia z materiałami trudnoobrabialnymi, które niekiedy, bez zastosowania narzędzi z materiałów supertwardych, takich jak diament nie dało by się wykonać. Również przygotowanie do pracy powierzchni czynnej ściernicy o wiązaniu konwencjonalnym, byłoby bardzo trudne lub czasami wręcz niemożliwe bez wykorzystania narzędzi diamentowych. Jedną z grup tych narzędzi stanowią jednoziarniste obciągacze diamentowe, którym nadajemy kształt ostrosłupa lub stożka. To ostatnie narzędzie wykorzystywane jest do precyzyjnego obciągania ściernic wymagających profilowego ukształtowania powierzchni roboczej tarczy ściernej. 1. DIAMENT I JEGO ZNACZENIE W PRZEMYŚLE MASZYNOWYM 1.1. DIAMENT NATURALNY Diament jest jedną z odmian alotropowych węgla. Jest najtwardszym materiałem naturalnym. W skali Mohse a ma wartość 10. Jest on materiałem odpornym na ścieranie i odznacza się największą przewodnością cieplną (większą od miedzi). Jest jednym z półprzewodników, występuje w przyrodzie w naturalnym stanie monokrystalicznym. Bardzo ważną cechą tego materiału są jego anizotropowe właściwości mechaniczne, które są związane z orientacją sieci krystalograficznej. 1 Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu, Wydział Politechniczny, Katedra Mechaniki i Budowy Maszyn, ul. Poznańska , Kalisz

2 Wynika z tego, że zarówno formowanie ostrza monokryształu przez szlifowanie, jak i usytuowanie monokryształu w narzędziu skrawającym musi uwzględniać anizotropowe właściwości (głównie twardość) [6]. Kierunki największej i najmniejszej odporności na ścieranie diamentu pokazuje rys. 1. Strzałki o linii ciągłej wskazują łatwe (miękkie) kierunki szlifowania. Strzałki o linii przerywanej wskazują trudne (twarde) kierunki szlifowania w sieciach: a) sześcianu b) dwunastościanu rombowego c) ośmiościanu Rys. 1. Kierunki największej i najmniejszej odporności na ścieranie diamentu [4] Stąd wynikają pewne zasady zarówno dla wykonawstwa jak i użytkowania narzędzi diamentowych monokrystalicznych. A zatem w procesach obróbki diamentu należy orientować kryształ względem pracującej powierzchni tarczy szlifierskiej w kierunkach miękkich, natomiast w czasie eksploatacji narzędzi diamentowych monokrystalicznych powinno się wykorzystywać kierunki twarde poślizgów. Narzędzie powinno wtedy wykazywać minimalne zużycie [4] DIAMENT SYNTETYCZNY W związku z deficytem diamentowego naturalnego, niezbędnego do produkcji narzędzi diamentowych, wieloletnie badania doprowadziły do opracowania metod wytwarzania diamentów syntetycznych [4]. Diament otrzymywany z grafitu, w warunkach wysokich ciśnień, jest w dalszym ciągu podstawą uzyskania diamentu syntetycznego. Obok metody otrzymywania diamentu na drodze syntezy w warunkach obciążeń statycznych, istnieje metoda otrzymywania kryształów diamentu w warunkach obciążeń dynamicznych (metoda wybuchowa). Syntezie tej odpowiada obszar ciśnień powyżej 20 GPa. Drogą syntezy wysokociśnieniowej można wytwarzać nawet duże kryształy o wielkości do 5 karatów, co w pełni zaspokaja potrzeby w zakresie narzędzi do obciągania ściernic konwencjonalnych [2]

3 2. PRZYGOTOWANIE CZYNNEJ POWIERZCHNI ŚCIERNIC KONWENCJONALNYCH DO PRACY 2.1. OBCIĄGANIE Przy wysokich wymaganiach stawianym ściernicom i częściom przez nie obrabianym nieodzowne jest staranne ich przygotowanie do pracy poprzez nadanie im odpowiedniego kształtu i wymiarów. Wytworzenie wymaganej makrogeometrii czynnej powierzchni ściernicy nazywa się profilowaniem, zaś wytworzenie odpowiedniej topografii tej powierzchni ostrzeniem. Łącznie oba te zabiegi nazywa się obciąganiem (rys.2). [5]. Rys. 2. Zabiegi uzdatniania czynnej powierzchni ściernic [5] Proces obciągania służy osiągnięciu następujących celów, związanych ze stanem czynnej powierzchni roboczej ściernicy: wytworzeniu określonego czynnego profilu powierzchni roboczej, ostrzeniu, tj. przywracaniu zdolności skrawnej, zmniejszonej w wyniku zużycia, korekty błędów geometrycznych powstałych w trakcie uprzedniego procesu szlifowania, usuwaniu odpadów procesu szlifowania zalepiających pory, celowemu wpływaniu na właściwości skrawne i chropowatość szlifowanych powierzchni (obciąganie "drobne" lub "grube"). Operację obciągania ściernicy wykonuje się na ogół maszynowo, przy zastosowaniu rozmaitych metod oraz narzędzi i urządzeń obciągających o zróżnicowanej budowie [5] RODZAJE OBCIĄGACZY obciągacze bezdiamentowe, obciągacze diamentowe, - obciągacze jednoziarniste nieszlifowane (M 1000) - obciągacze wieloziarniste nieszlifowane (M 2000) - obciągacze szlifowane (M 3000). [5]

4 Dzisiaj szerokie zastosowanie mają obciągacze stożkowe (rys. 4), które zaliczamy do grupy obciągaczy diamentowych jednoziarnistych szlifowanych. Rys. 4. Obciągacz diamentowy jednoziarnisty stożkowy [3] 2.3.DIAMENTOWE OBCIĄGACZE JEDNOZIARNISTE SZLIFOWANE Diamentowe obciągacze jednoziarniste służą do obciągania precyzyjnych profili ściernic. Zgodnie z PN-M-59103:1986P można wśród diamentowych jednoziarnistych obciągaczy szlifowanych wyróżnić obciągacze ostrosłupowe, pryzmatyczne, stożkowe i profilowe. Obciągacze szlifowane stożkowe służą do kształtowania precyzyjnych profili ściernic, w tym również ściernic do gwintów. Wówczas wymagana jest współosiowość wierzchołka diamentu względem oprawki, tak aby obciągany profil nie został przesunięty i odpowiadał kształtowi, zadanemu przez kopiał lub sterowanie numeryczne (rys. 5). a) b) Rys. 5. Obciąganie ściernicy: a) obciągaczem szlifowanym stożkowym z diamentem w osi oprawki, b) obciągaczem szlifowanym ostrosłupowym z przesuniętym diamentem z osi oprawki 3. WYBRANE PROCESY SZLIFOWANIA OBCIĄGACZY DIAMENTOWYCH Istnieje kilka odmian procesów szlifowania obciągaczy diamentowych. W zależności od rodzaju szlifowanego obciągacza różnią się one zastosowanymi do tego procesu maszynami, parametrami, czasem szlifowania, przygotowaniem obciągacza do szlifowania. Różnice mogą wynikać też z tego czy jest to obciągacz

5 znormalizowany, czy też specjalny, o indywidualnie określonym kształcie przez klienta SZLIFOWANIE OBCIĄGACZY DIAMENTOWYCH W KSZTAŁCIE OSTROSŁUPA Diament w kształcie ostrosłupa Rys. 6. Obciągacz diamentowy jednoziarnisty szlifowany ostrosłupowy Regeneracja zużytego obciągacza, który jest wlutowany za pomocą lutu srebrnego, zaczyna się od wydobycia diamentu z oprawki. Za pomocą piłki do metalu zostaje on obcinany dookoła, a resztki lutu zostają usunięte ręcznie. Po oczyszczeniu diamentu z resztek lutu zostaje on odwrócony kolejnym wierzchołkiem i umieszczony w specjalnej oprawce, w celu ponownego zalania lutem srebrnym (rys. 7). Lut który jest używany do tej operacji, jest najczęściej lutem typu LS 25, mającym stosunkowo niską temperaturę topliwości, wynoszącą 650 C. Miejsce zalania lutem Rys. 7. Ustawiony diament w oprawce do zalewania lutem srebrnym LS 25 Diament ustawia się najlepiej uformowanym dla przyszłego szlifowania wierzchołkiem, tak, aby jak najmniej z niego zeszlifować. Następnie przygotowujemy lut srebrny do zalania diamentu. W specjalnych tyglach porcelanowych jest układany lut srebrny wraz z boraxem, specjalnym proszkiem,

6 który przyspiesza proces krzepnięcia lutu po wyjęciu z pieca. Ilość lutu dostosowana jest do wielkości lutowanego diamentu i użytej oprawki. Lut jest rozpuszczany w piecu komorowym, który jest rozgrzewany do temperatury 1200 C. Rozgrzewanie pieca trwa około 4 godzin. Natomiast samo rozpuszczenie lutu po umieszczeniu go w piecu trwa około 5 minut. Gdy lut jest płynny, następuje zalanie oprawki z diamentem. Po zalaniu jest odstawiany na około godzinę, aby mógł zastygnąć. Następnie, wyjęty z oprawki, zalany diament, zostaje przetoczony na powierzchni lutu, na wymiar otworu w oprawce obciągacza, z przewidywanym zaciskiem rzędu 0,02-0,05 mm. Tak przygotowany diament zostaje wciśnięty w oprawkę obciągacza. Oprawki obciągaczy diamentowych, w które są mocowane diamenty są znormalizowane. Następnie przetacza się powierzchnię stożkową oprawki wraz z lutem, podchodząc nożem jak najbliżej diamentu, lecz tak, aby go nie dotknąć i nie uszkodzić. W ten sposób zostają usunięte wszelkie wypływki lutu i jest wykonane płynne przejście między lutem a oprawką. Stożek ten jest wykonywany również dlatego, aby później nie szlifować oprawki i lutu, a tylko sam diament, oraz by nie wydłużać czasu szlifowania obciągacza i nie zalepiać powierzchni roboczej tarczy żeliwnej. Tak przygotowany obciągacz jest następnie mocowany w specjalnym uchwycie używanym na szlifierce do szlifowania obciągaczy. Szlifowanie diamentu rozpoczynamy od obróbki jednego boku diamentu, tak aby krawędź zeszlifowanej ścianki przeszła poza oś obciągacza. Następnie jest szlifowany bok przeciwległy, aby uzyskać ostrą krawędź (rys. 8). Ostra krawędź Rys. 8. Wyszlifowane dwa boki diamentu w celu uzyskania ostrej krawędzi Następnie szlifuje się dwa pozostałych boki diamentu, w celu uzyskania ostrego wierzchołka. Proces szlifowania obciągaczy diamentowych jest przeprowadzany na specjalnej szlifierce do diamentów. Dla znalezienia najlepszej pozycji dla szlifowania diamentu, mamy możliwość obracania obciągacza w uchwycie oraz przesuwać

7 promieniowo na tarczy, co ma też wpływ na efektywność szlifowania (rys. 9). Podczas szlifowania diament jest dociśnięty do tarczy żeliwnej. Gdy tarcza szlifująca diament obciągacza ulegnie nadmiernemu zużyciu, zostaje poddana regeneracji. Regeneracja polega na przeszlifowaniu części roboczej tarczy i nakiełka, aby jedno względem drugiego nie biło, gdyż uniemożliwiło by to dalsze jej użytkowanie. Oś obrotu uchwytu obciągacza Rys. 9. Szlifowanie obciągacza jednoziarnistego ostrosłupowego Diament jest szlifowany poprzez docisk do tarczy żeliwnej z nasypem diamentowym za pomocą ciężarków, co zapewnia równomierne obciążenie (rys. 10). Nasyp - zbrojenie tarczy żeliwnej wykonuje się poprzez posypanie proszkiem diamentowym, zwilżenie olejem maszynowym, a następnie wtarcie mieszaniny za pomocą żeliwnego docieraka. Dzięki temu zabiegowi proszek diamentowy wnika w porowatą strukturę tarczy żeliwnej wraz z olejem, co powoduje, że tarcza uzyskuje możliwości szlifowania diamentu w obciągaczu. Ciężarki dociskowe Rys. 10. Zapewnienie stałego obciążenia podczas szlifowanie obciągacza poprzez docisk ciężarkami

8 3.2. KONSTRUKCJA PRZYRZĄDU I PROCES SZLIFOWANIA OBCIĄGACZY DIAMENTOWYCH JEDNOZIARNISTYCH STOŻKOWYCH Proces przygotowania obciągacza diamentowego do szlifowania na kształt stożka (rys. 11), jest taki sam jak w przypadku szlifowania obciągaczy w kształcie ostrosłupa. Natomiast sam proces szlifowania wymaga już użycia innego oprzyrządowania, zapewniającego m. in. obrót obciągacza podczas procesu obróbki. Rys. 11. Obciągacze diamentowe jednoziarniste stożkowe Na rysunkach 12 i 13 przedstawiono urządzenie do szlifowania obciągaczy diamentowych stożkowych. Silnik z reduktorem zębatym 4 połączony jest za pomocą wpustu z wałkiem 3. Na końcu tego wałka znajduje się gniazdo narzędziowe ze stożkiem Morse a nr 1. W gnieździe mocujemy oprawkę 2 z wlutowanym w nią diamentem 1. W przypadku obciągaczy z chwytem walcowym, stosujemy dodatkową oprawkę redukcyjną z tulejkami zaciskowymi. Silnik z przekładnią planetarną ma na wyjściu prędkość obrotową wynoszącą 22 obr/min. Rys. 12. Widok od przedniej strony urządzenia do szlifowania obciągaczy diamentowych: 1 szlifowany diament, 2 znormalizowana oprawka do diamentów, 3 wałek, 4 silnik, 5 głowica obrotowa, 6 śruba mocująca

9 Rys. 13. Widok od tylnej strony urządzenia do szlifowania obciągaczy diamentowych: 7 pokrętło przesuwu pionowego, 8 śruba przesuwu pionowego, 9 nakrętka przesuwu pionowego, 10 oprawa głowicy, 11 płyta pionowa stała, 12 pokrętło przesuwu poziomego, 13 śruba przesuwu poziomego, 14 nakrętka przesuwu poziomego, 15 płyta przesuwna, 16 podstawa Kąt wierzchołkowy szlifowanego diamentu ustawiamy poprzez obrót głowicy 5 i zabezpieczamy śrubą 6. Przyrząd jest wyposażony w skalę i umożliwia szlifowanie obciągaczy diamentowych o kątach wierzchołkowych Dosunięcie diamentu do tarczy szlifierskiej, a także usuwanie kolejnych warstw materiału z diamentu uzyskuje się poprzez obrót pokrętła 7, połączonego ze śrubą 8. Skok tej śruby wynosi 0,5 mm. Na pokrętle wykonana jest skala z 50 podziałkami, a więc działka elementarna pozwala na dosuw 0,01 mm. Śruba 8 obraca się w nakrętce 9, powodując przesuwanie się oprawy głowicy 10 wraz z obrabianym diamentem wzdłuż płyty pionowej stałej 11 w kierunku pionowym. Ustawienie obciągacza na określonym promieniu tarczy żeliwnej odbywa się poprzez obracanie pokrętłem 12 wraz ze śrubą 13. Śruba ta obracając się w nakrętce 14 powoduje przesuwanie się w kierunku poziomym płyty przesuwnej 15 po prowadnicach podstawy 16, a tym samym przesuwanie się obciągacza w kierunku promieniowym do tarczy szlifierskiej. Przyrząd ten mocowany jest na stole maszyny która została pokazana wcześniej i służyła do szlifowania obciągaczy ostrosłupowych

10 4. PODSUMOWANIE Opracowana konstrukcja przyrządu pozwala na szlifowanie obciągaczy diamentowych jednoziarnistych stożkowych. Oprzyrządowanie jest przeznaczone do zamocowania na istniejącej szlifierce, na której szlifowane są obciągacze diamentowe jednoziarniste ostrosłupowe, co jest zgodne z przyjętymi założeniami dla projektowanego urządzenia. Stosunkowo prosta konstrukcja jest sztywna i zwarta, tak aby podczas szlifowania obciągaczy nie dochodziło do drgań przyrządu, co mogłoby doprowadzić do wykruszenia diamentu wlutowanego w obciągaczu. LITERATURA [1] CZAJKA R., Zaprojektowanie oprzyrządowania i technologii szlifowania diamentowych obciągaczy jednoziarnistych, Praca dyplomowa wyk. pod kier. dr hab. inż. EDMUNDA WEISSA, Kalisz [2] Jaworska L., Diament otrzymywanie i zastosowanie w obróbce skrawaniem, WNT, Warszawa [3] Katalog narzędzi diamentowych firmy Dialeks, Nr 1/2003. [4] Kombinat przemysłu narzędziowego VIS Informator techniczno handlowy, Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego Wema, Warszawa [5] OCZOŚ K., PORZYCKI J., Szlifowanie, WNT, Warszawa [6] Praca zbiorowa pod redakcją HENRYKA ŻEBROWSKIEGO, Techniki wytwarzania. Obróbka wiórowa, ścierna, erozyjna, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław