Абразивный инструмент для обработки хрупких неметаллических материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 4 В 2405/00//В 2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО Т ВИДЕТ 5-0 23. 2 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области изготовления абразивного инструмента и позволяет повысить точность обработки и увеличить выход годных изделий путем выполнения инструмента из сопряженных слоев на металлическом 1 и полимерном 2 свяА ЯО 1305013 зующих. В слой на металлическом связующем включены отверстия 6 на полимерном связующем, рассредоточенные по рабочей части инструмента по спирали со смещением участков относительно друг друга в сторону обрабатываемой поверхности ограниченным размером д участка, увеличенного в 5 - 70 раз по сравнению с алмазо- металлическими агрегатами 3. Отверстия 6 выполнены за одно целое со слоями 2 на полимерном связующем и рассредоточены на рабочей части инструмента по логарифмической спирали в радиальном направлении или по спирали в осевом направлении. Скошенные кромки 4 смещены относительно кромок д слоя на металлическом связующем на 0,04 - 5,0 толщины этого слоя.2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 таол.(Изобретение относится к инструментам для шлифования, а именно к инструментам с неравномерной твердостью для обработки хрупких неметаллических материалов, например кремниевых пластин,Цель изобретения - повышение точности обработки и увеличение выхода годных изделий путем согласования износа слоя на металлическом связующем с износом слоя на полимерном связующем.На фиг. 1 изображен инструмент для дисковой обработки (абразивный круг) с участками круглой формы, рассредоточенными по логарифмической спирали в радиальном направлении; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - инструмент для торцовой обработки (алмазная кольцевая фреза) с участками круглой формы, рассредоточенными по спирали в осевом направлении; на фиг. 4 - разрез Б - Б фиг, 3; на фиг. 5 - схема работы абразивного круга; на фиг. 6 - схема работы алмазной кольцевой фрезы.Инструмент состоит из слоя 1 на металлическом связующем и сопряженными с ним двумя (фиг. 2) или одним (фиг, 4) слоями 2 на полимерном связующем, которые дополнительно содержат алмазометаллические агрегаты 3. При этом слои 2 выполнены со скосом кромок 4, которые смещены относительно кромок 5 слоя на металлическом связующем на 0,04 - 5,0 его толщины (1 т). 10 15 20 В слое 1 выполнены отверстия 6, заполненные материалом слоя на полимерном связуюшем. Диаметр отверстий равен 5 - 70 размерам алмазометаллических агрегатов 3, при этом отверстия 6 рассредоточены на рабочей части инструмента Н по спирали таким образом, что смещение а каждого последующего участка в сторону обрабатываемой поверхности не превышает его размера Й,Отверстия 6 могут быть рассредоточены по логарифмической спирали в радиальном направлении с расстоянием в между соседними витками, равным 2 - 4 размера д отверстия 6. Отверстия 6 могут быть также рассредоточены на рабочей части Н по спирали в осевом направлении с углом накло на в, витков к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента, находящимся в пределах 2 - 30 (фиг. 3).В процессе работы инструмент рабочими кромками вышлифовывает в изделии канавку, соответствующую профилю инструмента. При этом слой 1 на металлическом связуюшем несет основную нагрузку по разрушению обрабатываемого материала и измельчению продуктов резания, а слои 2 на полимерном связующем формируют боковые поверхности. При этом слой 1 должен обладать высокой кромкостойкостью, а слои 2 - высоким качеством обработки. 32Различная твердость и износостойкость слоев 1 и 2 приводит к образованию на рабочем профиле инструмента двух фаз, имеющих резкие градиенты свойств, в результате чего область, прилегающая к границе слоев 1 и 2, является концентратором напряжений, где появляются очаги разрушения (лунка). Наличие участков - отверстий 6 - в слое 1 изменяет характер износа рабочего профиля инструмента, т. е. в месте выхода отверстия 6 износ носит равномерный ха. рактер. Равномерность износа объясняется тем, что область, прилегаюшая к границе слоев 1 и 2, в месте выхода отверстия 6 имеет однородный состав на полимерном связующем. Таким образом, износ инструмента не оказывает сушественного влияния на точность параметров фаски, а равномерный износ на отдельных участках рабочего профиля обеспечивает размерную стойкость при сохранении высокого качества обработки.Расположение отверстий 6 на рабочей части Н по спирали в радиальном или осевом направлении (в зависимости от назначения инструмента) обеспечивает по мере износа инструмента постепенный их выход на рабочий профиль, в частности, на границу слоев 1 и 2, а так как смешение а не превышает размера д отверстия на границе слоев 1 и 2, всегда находится хотя бы одно отверстие 6, что обеспечивает стабильность геометрических параметров получаемого профиля фаски на всем протяжении эксплуатации инструмента.Наличие на режущей кромке инструмента двух сопряженных профилей с различными углами позволяет одновременно формировать на боковой поверхности кристалла прямую и наклонную грани. При этом слой 1 на металлическом связуюшем формирует вертикальную нерабочую грань 7 у основания кристалла, а слой 2 на полимерном связуюшем формирует и осуществляет чистовую обработку наклонной рабочей грани 8 (поверхность р-п-перехода) кристалла 9, определяющей его рабочие параметры. Таким образом, инструмент одновременно формирует две сопряженные грани кристалла: вертикальную (нерабочую) и наклонную (рабочую). В результате образуется кристалл 9 в виде усеченной пирамиды (фиг. 5) или усеченного конуса.(фиг, 6).В то же время, наличие отверстий 6 на режущей кромке инструмента улучшает качество обрабатываемой слоем 1 поверхности, что исключает появление трещин, а кромка инструмента представляет собой разновидность прерывистой поверхности с заполненными промежутками, что также предотвращает появление трещин и увеличивает стойкость кромки.Кроме того, отверстия 6 способствуют лучшему сцеплению слоев на полимерном3050 3и металлическом связующих между собой, в то время как в известных инструментах сцепление слоев осуществляется в основном за счет микропор и частичного взаимного внедрения.Размер отверстий д, равный 5 - 70 размерам алмазометаллических агрегатов, выбран из расчета обеспечения однородности состава участков на полимерном связующем и слоев на полимерном связующем. При размере отверстий менее 5 размеров алмазометаллических агрегатов их объем настолько мал, что алмазометаллические агрегаты при прессовании инструмента не попадают в отверстие, а скапливаются вблизи него, что отрицательно сказывается на выполнении функции сохранения геометрии рабочего профиля, так как неравномерность в распределении алмазометаллических агрегатов вблизи отверстий сопровождается нарушением равномерности теплоотвода и изменением характера износа в данном месте. При размере отверстий более 70 размеров алмазометаллических агрегатов наблюдается снижение конструктивной прочности инструмента, при этом может происходить выкрашивание полимерного связующего.Если величина Ь составляет менее 0,04 толщин слоя 1 на металлическом связующем, то упругой деформации слоя 1 на режущей кромке недостаточно для качественного формирования реза, в результате чего могут возникнуть трещины и сколы по граням кристалла. При величине Ь более 5,0 толщин слоя на металлическом связующем начинает проявляться нестабильность процесса резания. Даже при достаточно малых усилиях резания (подачах), в условиях сквозной резки, в случае когда инструмент внедряется в подложку, процесс резания сопровождается вибрациями, отрицательно сказывающимися на точности формирования профиля реза и способными привести к слому инструмента.Расстояние между соседними витками логарифмической спирали, составляющее 2 - 4 размера участка на полимерном связующем, в случае дискового инструмента и угол наклона витков спирали к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента, составляющий 2 - 30, в случае торцового инструмента, выбраны из расчета повышения стабильности работы и обеспечения гарантированного выхода отверстий 6 на полимерном связующем на режущую кромку инструмента по мере его износа. При расстоянии между витками менее 2 размеров участков в первом случае и угле наклона меньшем 2 во втором случае участки на полимерном связующем могут перекрывать друг друга, образуя обширные полости, в результате чего снижается конструктивная прочность рабочей части инстру 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 13амента Н, нарушается стабильность работы, происходит слом режущей кромки. При расстоянии между витками более 4 размеров участков и угле наклона витков более 30 уменьшается число участков на полимерном связующем, одновременно находящихся на режущей кромке на границе слоев 1 и 2, что снижает и точность формирования профиля реза и качество обработки. Кроме того, в случае когда размер д отверстия участка минимален в допустимых пределах, смещение а в сторону обрабатываемой поверхности может превысить размер д, в результате чего на границе слоев 1 и 2 на режущей кромке в определенные моменты не находится ни одного участка на полимерном связующем.В инструменте слой 1 на металлическом связующем выполняют методом порошковой металлургии, слои 2 на полимерном связующем - напрессовкой абразивной массы на торцовые поверхности слоя 1. Формообразование отверстий может осуществлять.- ся различными способами, например штамповкой одновременно с получением слоя 1 и последующим заполнением абразивной массой при напрессовке слоев 2.Абразивный инструмент изготовлен и испытан при разделении кремниевых пластин на прямоугольные (абразивный круг) и круглые кристалль 1 (алмазная кольцевая фреза) с фаской.Слой 1 на металлическом связующем и алмазометаллические агрегаты изготавливают на основе меди, олова, никеля и алмаза марки АСМ 14/10 концентрацией 100 О/о. Слои 2 на полимерном связующем изготавливали на основе фенолформальдегидной смолы, алмазов АСМ 14/10 концентрацией 100 О/о и алмазометаллических агрегатов.Абразивный круг указанной характеристики диаметром 56 мм, толщиной слоя на металлическом связующем 0,1 мм, углом скоса кромок слоев на полимерном связующем 90 алмазометаллическими агрегатами размером 0,1 мм, смещением кромок слоев 0,08 мм и участками на полимерном связующем диаметром 3 мм при расстоянии между ними в 30, а между витками спирали 8 мм испытан на установке при следующем режиме: частота вращения круга 3 104 мин , скорость подачи 3 мм/с, глубина резания 0,55 мм, объем подачи СОЖ 1,5 л/мин.Для сравнения проводят испытания известных кругов диаметром 56 мм со слоем на металлическом связующем на основе меди, олова, никеля, алмазов АСМ 14/1 О 100 О/о и боковых слоев на основе фенолформальдегидной смолы, алмазов АСМ 14/10 - 100/о и алмазометаллических агрегатов со скосом кромок в 90.Сравнительные данные (результаты испытаний) приведены в табл. 1.1305013 Таблица 1 Иаксимальнгщй Круг Выхол годных% Формула изобретения размер лунки(отклонение отпрямой,образующей наклонную грань кристалла) после5 м пути резания, мкм бТаким образом, точность обработки предлагаемым инструментом при получении фаски на кристалле повышается не менее чем в 5 раз по сравнению с известным, а выход годных - 1,2 раза.5Предлагаемый 81 Известный 68 15-50 Таблица 2 Иаксимальный размер лунки Алмазная Выход годкольцевая ных (по фреза электро- (отклонениепараметрам), от прямой, об% разующей наклонную гранькристалла) после 5 м пути резания,мкм Предлагаемая 15-20 Изнест 38 75-100 Предлагаемая алмазная кольцевая фреза указанной характеристики диаметром 12 мм, толшиной слоя на металлическом связующем 0,5 мм, углом скоса кромки слоя на полимерном связующем 45, алмазо- металлическими агрегатами размером О,1 мм смешением кромок слоев 0,1 мм и участками на полимерном связующем размерами 1,5 мм при расстоянии между ними 5 мм и углом наклона витков 5 испытана на макетном устройстве при следующем режиме: частота врашения инструмента 3 10мин , скорость подачи 2 мм/мин, глубина резания 0,55 мм, объем подачи СОЖ 1,2 л/мин.Для сравнения проводят испытания алмазной кольцевой фрезы известной конструкции с толщиной слоя на металлическом связующем на основе меди, олова, никеля 0,5 мм, углом скоса слоя на основе фенолформальдегидной смолы 45.Сравнительные данные приведены в табл. 2. 1. Абразивный инструмент для обработки хрупких нем еталлических материалов, включающий слои на металлическом связуюшем и полимерном связующем, содержашем алмазометаллические агрегаты, при этом указанные слои сопряжены друг с другом с образованием режушей части со скошенной кромкой, образованной на слое с полимерным связуюШим, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки и увеличения выхода годных изделий, в слое на металлическом связующем выпол нены сквозные отверстия диаметром, равным 5 - 70 размерам алмазометаллических агрегатов, и заполнены материалом слоя на полимерном связующем, причем отверстия расположены по спирали со смещением соседних отверстий друг относительно друга на величину, меньшую их размера, а скошенные кромки занижены относительно кромки слоя на металлическом связуюшем на 0,04 - 5,0 его толщины.2. Инструмент по п. 1, отличающийсятем, что отверстия заполненные материалом на полимерном связующем, расположены по логарифмической спирали в радиальном направлении с расстоянием между соседними витками, равным 2 - 4 разме рам отверстий. 3, Инструмент по п. 1, отличающийсятем, что отверстия, заполненные материалом на полимерном связующем, располо жены по спирали в осевом направлении суглом наклона витков в пределах 2 - 30 к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента.о .о о, о о оо о о о,о о оо о,оо о о о.о 7 8 Фиг,б Составитель Н. БалашоваРедактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор А. ЗимокосовЗаказ 1342/13 Тираж 716 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о о о оо о, о о о о