Шихта для изготовления шлифовального абразивного материала

24 3/14 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(72) Авторы Близнец Михаил Михайлович Капшай Мария Николаевна Бойко Андрей Андреевич Мельниченко Игорь Михайлович Кордеенок Генадий Казимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(57) 1. Шихта для изготовления шлифовального абразивного материала, включающая абразивный порошок из сверхтвердых материалов, водный раствор хлористого магния плотностью 1,25-1,27 г/см 3 и каустический магнезит, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия и продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас. ч. абразивный порошок из сверхтвердых материалов 100 3 39,0-43,2 водный раствор хлористого магния плотностью 1,25-1,27 г/см каустический магнезит 41,2-45,9 трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия 1,5-5,0 продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла 3-12. 2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что содержит продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла, выбранным из оксида кальция,оксида меди, закиси железа и окиси цинка.(56)1595820 1, 1990.1590361 1, 1990.1213057 , 1986. Изобретение относится к производству материалов из микрошлифпорошков сверхтвердых материалов на магнезиальной связке, которые могут быть использованы для изготовления шлифовального и полировального инструмента, применяющегося при суперфинишной обработке деталей из трудно обрабатываемых материалов, например таких, как стекло, пластмасса, керамика, нержавеющая и маловольфрамовая сталь и т.д. 6231 1 Известна шихта для изготовления абразивного инструмента, содержащая абразивный порошок (100 мас. ч.), каустический магнезит (73,7136,8 мас. ч.) и природный бишофит(2,484,2 мас. ч.) 1. При этом шихта предполагает использование природного бишофита, а основными компонентами которого являются шестиводный хлористый магний (9091 мас. ),сернокислый кальций (0,10,7 мас. ), хлористый натрий (0,1-0,4 мас. ), хлористый калий(0,15,5 мас. ) и одноводный сернокислый магний (0,12,5 мас. ). Известная шихта для изготовления абразивного инструмента в качестве компонента керамической связки содержит природный бишофит, являющийся дефицитным веществом для Республики Беларусь, что затрудняет организацию промышленного производства из нее абразивных инструментов. Присутствие в природном бишофите сернокислого кальция, хлористого натрия, хлористого калия и сернокислого магния приводит к ослаблению кристаллической структуры образующегося оксихлорида магния, что способствует снижению адгезии магнезиальной связки к абразивному зерну и уменьшению прочности абразивного инструмента, т.е. его эксплутационных свойств. Известна также шихта для изготовления абразивного инструмента, включающая черный карбид кремния (100 мас. ч.), магнезит (54,266 мас. ч.), молотый перлит (13,817 мас. ч.) и водный раствор хлористого магния (4350,4 мас. ч.) 2. Известная шихта для изготовления абразивного инструмента в качестве наполнителя содержит молотый перлит, представляющий собой вулканическое водосодержащее стекло кислого состава. Наличие в шихте молотого перлита приводит к образованию магнезиальной связки, обладающей малой водостойкостью. Вследствие этого, имеет место повышенный износ абразивного инструмента при шлифовании изделий из трудно обрабатываемых материалов в присутствии смазочно-охлаждающих жидкостей на основе воды. Другими словами, получаемый из известной шихты инструмент не имеет достаточных эксплутационных свойств. Молотый перлит является дефицитным веществом в Республике Беларусь. Это затрудняет организацию производства абразивных изделий из известной шихты. Наиболее близкой к заявляемой является шихта для изготовления абразивного инструмента, включающая циркон (12,518,8 мас. ч.), водный раствор хлористого магния плотностью 1,25-1,27 г/см 3 (3336,5 мас. ч.), каустический магнезит (35,438,5 мас. ч.),маршалит (3,16,3 мас. ч.), порошок железа (9,417,7 мас. ч.), электрокорунд или карбид кремния (100 мас. ч.) 3. Известная шихта для изготовления шлифовального инструмента в качестве наполнителя содержит смесь циркона и маршалита. Основной недостаток известной шихты - низкие эксплуатационные свойства получаемого из нее инструмента. Это обусловлено тем,что магнезиальная связка, используемая в известной шихте, обладает низкой теплостойкостью, что приводит к снижению скорости шлифования изделий из трудно обрабатываемых материалов на операциях суперфиниширования и уменьшает производительность труда на этой операции. Низкая стойкость к теплосменам используемой магнезиальной связки приводит к преждевременному выходу из строя шлифовального инструмента при малом числе циклов обработки изделий из трудно обрабатываемых материалов. Низкая адгезия магнезиальной связки к абразивному зерну способствует также повышенному износу абразивного инструмента при суперфинишной обработке изделий из трудно обрабатываемых материалов. Следует также отметить, что циркон и маршалит являются дефицитными веществами в Республике Беларусь, что затрудняет организацию промышленного производства абразивного инструмента. При формировании абразивных инструментов в образцах возникают значительные по величине внутренние усадочные напряжения, которые приводят к короблению и разрушению изделий в процессе хранения и эксплуатации. Задачей настоящего изобретения является создание состава шихты, обеспечивающей получение шлифовального суперфинишного инструмента с высокими эксплутационными свойствами за счет повышения прочности на изгиб материала, снижения остаточных на 2 6231 1 пряжений в абразивных изделиях, увеличения стойкости абразивного шлифовального материала к термоударам и к износу при шлифовании стали 45. Поставленная задача решается тем, что в известную шихту для изготовления шлифовального материала, включающую абразивный порошок из сверхтвердых материалов,водный раствор хлористого магния плотностью 1,25-1,27 г/см 3 и каустический магнезит,согласно изобретению, вводят дополнительно трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия и продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас. ч. абразивный порошок из сверхтвердых материалов 100 водный раствор хлористого магния плотностью 1,25-1,27 г/см 3 39,043,2 каустический магнезит 41,245,9 трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия 1,55,0 продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла, причем при получении вышеуказанного продукта оксид двухвалентного металла выбирают из ряда оксид кальция, оксид меди, закись железа или оксид цинка 312. В качестве абразивного порошка использован зеленый карбид кремния марки 6 ЗС(ГОСТ 26327-84), белый электрокорунд марки 24 А (ОСТ 2 МТ 71-5-84), кубический нитрид бора (ОСТ 2 МТ 79-2-82), карбид бора (ГОСТ 5744-85), хромотитанистый электрокорунд марки 94 А (ТУ 2-036-849-80) и полирит марки ПФ-0 (ТУ 48-95-1161-83), которые в процессе твердения частично взаимодействуют с минеральным вяжущим шихты. Для исключения из процесса получения шлифовального абразивного материала операции обжига при высокой температуре в качестве керамической связки было использовано минеральное вяжущее, которое получали путем введения каустического магнезита(ГОСТ 4526-75) в раствор хлористого магния (ГОСТ 7759-73) в питьевой воде (ГОСТ 2874-82). Введение водного раствора хлористого магния и каустического магнезита ниже оптимальной концентрации уменьшает прочность шлифовального материала, а выше оптимальной концентрации приводит к снижению режущей способности абразивного инструмента при шлифовании. Для повышения прочности минерального вяжущего и улучшения режущих свойств шлифовального материала в минеральное вяжущее вводили дополнительно трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия (ТУ 6-09-3717-76) и продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты (МПТУ 6-09-5257-61) с оксидом двухвалентного металла,выбранного из группы, включающей оксид кальция (МПТУ 6-09-3380-67), оксид меди(ТУ 6-09-344-78), закись железа (МПТУ 6-09-977-63) и оксид цинка (ГОСТ 10262-62). При этом наблюдается снижение величины внутренних остаточных напряжений в абразивном инструменте и повышение стойкости изделий к термоударам. Введение кристаллогидрата фосфорнокислого алюминия и продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с выбранными оксидами двухвалентных металлов ниже оптимальной концентрации уменьшает прочность шлифовального материала, а выше оптимальной концентрации уменьшает стойкость к термоударам и увеличивает внутренние остаточные напряжения в изделиях. В настоящее время минеральное вяжущее на основе хлористого магния и каустического магнезита используется в основном для получения быстротвердеющих бетонов и клеев (Сычев М.М. Неорганические клеи. - Л. Химия, 1974. - С. 87-102). Выбранные оксиды металлов используются преимущественно в качестве заполнителей и пигментов при изготовлении водоэмульсионных и масляных красок на основе полимерных связующих(Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов / Под ред. М.М. Гольдберга. - М. Химия, 1978. - С. 302-312). В отличие от известных технических решений магнезиальное вяжущее на основе хлористого магния и каустического магнезита использованные в заявляемой шихте в качестве низкотемпературной керамической связки при формировании абразивного шлифовально 3 6231 1 го инструмента. Повышения прочности абразивного инструмента и снижения внутренних остаточных напряжений в абразивных изделиях достигали путем дополнительного введения в шихту трехводного кристаллогидрата фосфорнокислого алюминия и продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла, выбранного из ряда оксид кальция, оксид меди, закись железа или оксид цинка. Введение в шихту фосфорнокислого алюминия и продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла способствует дальнейшему повышению прочности материала и увеличению его стойкости к термоударам. Технология получения шихты для изготовления абразивного шлифовального материала заключается в следующем. Вначале приготавливают минеральное вяжущее путем растворения хлористого магния в питьевой воде до удельного веса раствора 1,25-1,27 г/см 3 и последующего введения в полученный раствор каустического магнезита. В полученную магнезиальную суспензию вводят последовательно абразивный порошок из сверхтвердых материалов, трехводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия и продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла, выбранного из вышеуказанного ряда. После тщательной гомогенизации шихту используют для получения образцов, необходимых для проведения экспериментальных исследований. Для получения образцов шихту помещают в пресс-форму и подвергают холодному прессованию при внешнем давлении 10-15 МПа. Отпрессованные образцы выдерживали при комнатной температуре в течение 5-6 суток. По описанной технологии были сформированы заготовки для абразивных брусков размером 501110 мм 3 и для абразивных шлифовальников в виде цилиндров диаметром 16 мм и высотой 10 мм. Получали такие же образцы из известной шихты 3 согласно описанию. В процессе испытаний определяли прочность на изгиб образцов на разрывной машине Р-20. Для оценки стойкости абразивного шлифовального материала к теплосменам образцы для исследований подвергали 50 циклам нагрева от 20 до 300 С и последующего их охлаждения от 300 до 20 С. Величину остаточных напряжений в изделиях из абразивных масс оценивали консольным методом по ГОСТ 13036-76. Для этого на пластину из нержавеющей стали наносили покрытие из абразивной массы, которое твердело в течение 6 суток при комнатной температуре. После этого измеряли стрелу прогиба консоли и по соответствующим формулам рассчитывали величину остаточных напряжений в изделиях из шихты. Скорость износа шлифовального абразивного материала оценивали при обработке деталей из стали 45. Исследование изнашивания изделий из абразивной шихты осуществляли при нагрузке 0,8 МПа и скорости резания стали 45, равной 1,5 м/с, на разработанной для этих целей установке. Для получения сравнительных данных анологичным испытаниям подвергали образцы, получаемые из шихты известного состава. Данные испытаний сведены в таблицу. Анализ полученных данных показывает, что сочетание выбранных компонентов позволяет в сравнении с прототипом повысить прочность абразивного шлифовального материала в 2,47-3 раза, увеличить стойкость изделий к термоударам при 300 С (снижение прочности на изгиб) в 5-6 раз, уменьшить величину внутренних напряжений в абразивных изделиях в 3-5 раз и снизить в 2,1-4 раза износ абразивных шлифовальных изделий при обработке стали 45. 6231 1 Основные свойства абразивных материалов, полученных из шихт известного 3 и предлагаемого составов Шихта, мас. ч. Состав и свойства 1. Состав. 1. Абразивный порошок из сверхтвердых материалов 1.1. Карбид кремния марки 63 С 1.2. Белый электрокарунд марки 24 А 1.3. Кубический нитрид бора 1.4. Хромотитанистый электрокарунд 1.5. Полирит марки ПФ-0 2. Водный раствор хлористого магния плотностью, г/см 3 2.1. 1,24 2.2. 1,25 2.3. 1,27 3. Каустический магнезит 4. Техводный кристаллогидрат фосфорнокислого алюминия 5. Продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с оксидом двухвалентного металла 5.1. оксидом кальция 5.2. оксидом меди 5.3. закисью железа 5.4. оксидом цинка 6. Электрокорунд марки 6.1. 14 А 160 6.2. 14 А 125 7. Циркон марки КЦП 8. Порошок железа 9. Маршалит. Свойства. 1. Прочность на изгиб 2. Прочность на изгиб после 50 циклов термонагружений 300-20 С,МПа 3. Остаточные напряжения в абразивных шлифовальных изделиях,МПа 4. Скорость износа абразивных изделий при шлифовании стали 45 6231 1 Таким образом, заявляемая шихта по сравнению с известной позволяет получить инструмент с более высокими эксплутационными свойствами. Источники информации 1. А.с. СССР 1590361, МПК 6 В 24 Д 3/14, 1990. 2. А.с. СССР 1731618, МПК 6 В 24 Д 3/20, 1992. 3. А.с. СССР 1595820, МПК 6 С 04 В 35/10, 1990 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6