Масса для изготовления алмазного абразивного инструмента

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Близнец Михаил Михайлович Мельниченко Игорь Михайлович Дробышевская Наталья Евгеньевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Масса для изготовления алмазного абразивного инструмента, включающая алмазный порошок, шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала, временное связующее, бой строительного стекла и борную кислоту, отличающаяся тем, что дополнительно содержит гранит, полифосфат натрия, окись тербия и поливинилбутираль при следующем соотношении компонентов, мас.ч. алмазный порошок 32-50 шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала 15-20 временное связующее 0,5-1,5 бой строительного стекла 12-20 борная кислота 4-7 гранит 8-12 полифосфат натрия 1,5-3,0 окись тербия 0,8-1,2 поливинилбутираль 1-5. Изобретение относится к производству алмазного абразивного инструмента из алмазных шлифпорошков на керамической связке, применяемого для чистового шлифования стеклоизделий, например изделий оптики, а также для доводочных и суперфинишных операций при изготовлении высокоточных металлоизделий. Известна масса для изготовления алмазного абразивного инструмента, содержащая микропорошок синтетического алмаза 14/10 (4,8 г), электрокорунд ЭБМ 10 (4,4 г) и стеклокерамическую связку (4 г) 1. При этом стеклокерамическая связка включает оксид щелочного металла (10-30 мас. ), оксид бора (20-60 мас. ) и оксид молибдена 7668 1 2006.02.28 Известная масса для изготовления алмазного инструмента в качестве компонента стеклосвязки содержит оксид молибдена, являющийся дефицитным веществом в Республике Беларусь, что затрудняет организацию промышленного производства из нее алмазных абразивных изделий. После сушки и обжига, вследствие высокой усадки массы, в изделиях возникает большое количество трещин, приводящих к возрастанию процента брака. Вследствие низкой пористости изделия из известной массы обладают низкой режущей способностью, обусловленной засаливанием поверхности инструмента частицами обрабатываемого материала. Известна также масса для изготовления алмазного абразивного инструмента, включающая алмазный микропорошок марки 28/20 (20,5-48 мас. ), временное связующее полиформальдегид (4,5-24 мас. ) и стеклокерамическую связку (до 100 мас. ) 2. При этом в качестве керамической связки использованы стеклокерамические связки на основе боросиликатного стекла следующих марок керамическая связка -1, мас.35-55 стекло фриттованное 30-64 окись алюминия 1-15 нитрид бора керамическая связка -3, мас.30-42 стекло фриттованное 25-42 цирконий 4-25 цинк 2-20 тальк керамическая связка -7, мас.30-50 стекло фриттованное 30-65 окись хрома 520 полирит. Кроме того, известная масса содержит 0,2-0,8 мас.аэросила. Известная масса для изготовления алмазного инструмента в качестве добавок в стеклокерамическую связку содержит такие дефицитные компоненты в Республике Беларусь как нитрид бора, цирконий, цинк, тальк, окись хрома и полирит, что затрудняет организацию промышленного производства из нее абразивных изделий. При изготовлении абразивных изделий из известной массы их обжиг осуществляют в четыре стадии с выдержкой при всех температурах в течение 8,5 часов, что требует значительных энергозатрат и приводит к удорожанию абразивного инструмента. Наиболее близкой к заявляемой является масса для изготовления алмазного абразивного инструмента, содержащая алмазный порошок, шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала, бой строительного стекла, борную кислоту, временное связующее 3. Масса имеет следующий количественный состав алмазный порошок (8-17 мас. ч.),шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала (35-42 мас.ч.), временное связующее (0,5-1,5 мас.ч.), бой строительного стекла (14-20 мас.ч.), лабрадорит (5-12 мас.ч.), борную кислоту (4-7 мас.ч.), электролит кислотного травления (1-5 мас.ч.) и шамот (7-14 мас.ч.) измельченную кожу хромовую (0,5-3,5 мас.ч.) и увлажнитель (1-3 мас.ч.), который имеет следующий состав азотнокислый алюминий (0,5-4 мас.ч.), тетраэтилортосиликат (0,1-5 мас.ч.),оксихлорид алюминия (1-3 мас.ч.), вода (до 100 мас.ч.). В качестве добавок известная масса содержит лабрадорит и тетраэтилортосиликат, которые являются дефицитными веществами в Республике Беларусь, что затрудняет организацию широкого внедрения известной массы в производстве алмазного инструмента. Абразивные изделия, изготовленные из известной массы, обладают низкой прочностью на изгиб, что приводит к поломке инструмента при малом сроке службы. В процессе обжига и сушки в заготовках возникают высокие усадочные напряжения, что способствует короблению изделий и возникновению в них трещин, приводящих к разрушению изделий в процессе хранения и эксплуатации. Как показывают исследования, одной из причин брака при этом является высокая комкуемость массы, особенно при ее длительном хранении. При обработке стеклоизделий вследствие взаимодействия керамической связки со стеклом наблюдается высокий износ абразивных изделий, а также недостаточная из режущая способность. Кроме того, вследствие низкой пористости абразивные изделия из известной массы имеют высокий удельный вес и обладают низкой режущей способностью, обусловленной засаливанием поверхности инструмента частицами обрабатываемого стекла. 2 7668 1 2006.02.28 Предлагаемая масса обеспечивает решение такой задачи, как получение алмазного абразивного инструмента из алмазных шлифпорошков на керамической связке, сформированной из доступного и недорогого сырья по технологии полусухого формования и последующего высокотемпературного обжига заготовок. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных свойств алмазного абразивного инструмента за счет повышения прочности на изгиб и твердости материала, увеличения режущей способности и снижения износа инструмента при шлифовании изделий из оптического стекла, а также в улучшении качества шлифованной поверхности стекла. Указанный технический результат достигается тем, что масса для изготовления алмазного абразивного инструмента, включающая алмазный порошок, шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала, временное связующее, бой строительного стекла и борную кислоту, дополнительно содержит гранит, полифосфат натрия, окись тербия и поливинилбутираль, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. алмазный порошок 32-50 шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала 15-20 временное связующее 0,5-1,5 бой строительного стекла 12-20 борная кислота 4-7 гранит 8-12 полифосфат натрия 1,5-3,0 окись тербия 0,8-1,2 поливинилбутираль 1-5. В качестве абразивного зерна использовали алмазный порошок (ГОСТ 9206-80) и шлифпорошки из синтетических сверхтвердых материалов кубический нитрид бора (ОСТ 2 79-2-82), карбид бора (ГОСТ 5744-85), карбид кремния (ГОСТ 26327-84), электрокорунд (ОСТ 2 71-5-84), хромотитанистый электрокорунд (ТУ 2-036-883-81), циркониевый электрокорунд (ТУ 2-036-237-84). Введение алмазного порошка и шлифпорошков из синтетических сверхтвердых материалов выше оптимальной концентрации снижает прочность алмазного абразивного инструмента, а ниже оптимальной концентрации уменьшает его режущую способность. В качестве связки для абразивного зерна выбрана керамическая связка на основе боя строительного стекла (ГОСТ 111-90), гранита (ГОСТ 8268-74), борной кислоты (ГОСТ 18704-78) и полифосфата натрия (ГОСТ 20291-80). При этом в качестве боя стекла был использован бой листового строительного следующего состава, мас.состав- 68 2 14 2 1242 23 состав- 72,6 2 13,7 2 8,53,71,5 (2323). В экспериментах использовали гранит, представляющий интрузивную горную породу,состоящую из кварца, щелочного полевого шпата (ортоклаза, микроклина, анортоклаза),кислого плашоклаза (альбита, олигоклаза), биотита, мусковита, иногда роговой обманки или пироксена. По химическому составу гранит содержит, мас.(66-76) 2 (11,2-16,1) 23 (0,5-5,25) 23 (0,6-8,1) 2 (0,4-5,9)4,5(2,7-5,6) 2 (0,9-6,6) 2 0,58 12. Введение боя строительного стекла, борной кислоты, полифосфата натрия и гранита выше оптимальной концентрации снижает прочность керамической связки, а ниже оптимальной концентрации - ухудшает режущую способность алмазного абразивного инструмента. Повышение режущей способности алмазного абразивного инструмента и повышение прочности свежесформованных заготовок достигали введением в массу окиси тербия(ТУ 6-09-3023-79) порошка поливинилбутираля (ГОСТ 9439-73) и временного связующего. При этом в качестве временного связующего были использованы 10 -ный водный раствор натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы (ТУ 6-48-781-83), 5 -ный водный раствор 3 7668 1 2006.02.28 поливинилового спирта (ГОСТ 10779-78) и 10 -ный водный раствор меланинформальдегидной смолы (ТУ 6-10-758-74). Введение окиси тербия, поливинилбутираля и временного связующего выше оптимальной концентрации снижает прочность свежесформованных заготовок, а ниже оптимальной концентрации уменьшает выход годных изделий и снижает режущую способность материала. В отличие от известных технических решений гранит, борная кислота и полифосфат натрия в сочетании с боем строительного стекла использованы нами для изготовления легкоплавкой керамической связки для алмазного абразивного инструмента. Повышения режущей способности алмазного абразивного инструмента достигали дополнительным введением в керамическую связку окиси тербия, порошка поливинилбутираля и временного связующего. Технология получения массы для изготовления алмазного абразивного инструмента состоит в следующем. Вначале смешивают дисперсные абразивные порошки, бой строительного стекла, борную кислоту, окись тербия, полифосфат натрия, поливинилбутираль и гранит. После этого вводят временное связующее и смесь тщательно гомогенизируют. Перемешанную смесь помещают в пресс-форму и формируют заготовки при нагрузке прессования 5300 кГс. Отпрессованные образцы извлекают из пресс-формы и помещают в термошкаф, в котором сушат заготовки при температуре 80 С в течение 2 ч. После этого высушенные изделия помещают в электропечь, где их обжигают при температуре 780 С в течение 2 ч. По описанной технологии были сформированы заготовки для абразивных брусков размером 2510150 мм, применяемых при шлифовании сталей и стекол. Режущую способность алмазного материала определяли по расходу алмазов в мг на 1 г сошлифованного стекла К 8 на станке модели 2 ШП-200 М при частоте вращения шпинделя 200 об/мин. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовали водный раствор,содержащий 4 мас.эмульсола и 1,5 мас.нитрита натрия. Износ алмазного инструмента определяли по уменьшению его высоты при шлифовании одной детали из оптического стекла К 8 размером 150805 мм. Прочность алмазного абразивного материала на изгиб и его твердость определяли на образцах в форме брусков 50105 мм. Комкуемость массы определяли по количеству окатышей, образующихся в массе после шестимесячного хранения в таре. Глубину разрушенной зоны на стеклянной поверхности и высоту микровыступов шероховатости измеряли с помощью профилографа-профилометра Калибр ВЭИ. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом повысить в 1,93-2,56 раза режущую способность материала при шлифовании оптических деталей из стекла К 8 и снизить в 1,32-1,64 раза износ алмазного инструмента,увеличить его твердость в 2-2,4 раза и прочность на изгиб в 1,3-1,4 раза, снизить в 2,3-2,9 раза глубину разрушенного слоя стекла на первом проходе и уменьшить в 1,4-1,89 раза параметры микрогеометрии шлифованной поверхности стекла. Источники информации 1. А.с. СССР 1555117, МПК 7 В 243/14, 1990. 2. А.с. СССР 1593935, МПК 7 В 243/14, 1990. 3. Заявка РБ 950 763, МПК 7 В 243/14, 1997 (прототип). 7668 1 2006.02.28 Составы и основные свойства известной 3, разработанных и исследуемых масс для изготовления алмазного абразивного инструмента Масса, мас. ч. Составы и свойства. Составы 1. Алмазный порошок марки 28/20 марки 14/10 2. Шлифпорошок из синтетического сверхтвердого материала 2.1. Белый электрокорунд марки 24 АМ 20 2.2. Хромотитанистый электрокорунд 91 АМ 20 2.3. Циркониевый электрокорунд 38 АЗМ 30 2.4. Нитрид бора марки ЛМ 14/10 2.5.Карбид бора М 20 2.6. Карбид кремния зеленый марки 63 СМ 20 3. Бой строительного стекла 3.1. Состав 3.2. Состав 4. Временное связующее 4.1. 10 -ный водный раствор натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы 4.2. 5 -ный водный раствор поливинилового спирта 4.3. 10 -ный водный раствор меламинформальдегидной смолы 5. Борная кислота 6. Окись тербия 7. Полифосфат натрия 8. Поливинилбутираль 9. Гранит 10. Лабрадорит 11. Электролит кислого травления состав 12. Шамот 13. Измельченная кожа хромовая 14. Увлажнитель состав 3. Прочность на изгиб, МПа Глубина разрушенного слоя на первом проходе, мкм 1. Величина среднеарифметического профиля шлифованной поверхности стекла , мкм мкм 2. Износ алмазного инструмента, 10-2 деталь Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.