СПОСОБ ПРОПИТКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
METHOD OF ABRASIVE TOOL IMPREGNATION

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента, а именно к способам пропитки расплавом серы.
Известен способ пропитки шлифовального круга, при котором подачу расплава серы проводят через центральное отверстие круга, при этом его периферию охлаждают и процесс пропитки осуществляют до образования наружного отвержденного слоя импрегнатора (см. авт. свид. СССР №1225777, кл. B24D 3/34, 1986, Бюл. №15).
Этим способом повышают степень импрегнирования круга за счет устранения вытекания расплава серы через наружные слои круга путем их постоянного охлаждения воздухом или аэрозолем воды, а также, по мере образования отвержденного наружного слоя расплава, скорость вращения круга увеличивают и доводят до величины, обеспечивающей перемещение расплава к периферии за счет центробежных сил.
Однако при пропитке крупно- и высокопористого инструмента будет происходить защемление большого количества воздуха из-за образования отвержденного наружного слоя серы, что приведет к неравномерной пропитке инструмента.
Известен способ пропитки абразивного инструмента, при котором инструмент погружают в камеру с расплавом импрегнатора (серой), выдерживают в ней, а затем постепенно охлаждают в жидкой среде, которую подают в камеру с расплавом серы, одновременно вытесняя последнюю, причем жидкость перед подачей в камеру нагревают до температуры пропитки, затем обеспечивают ее циркуляцию с одновременным охлаждением до температуры отверждевания серы (см. авт. свид. СССР №1222521, кл. B24D 3/34, 1986, Бюл. №13). Этот способ принят за прототип.
Предложенным способом, как утверждают авторы, повышается качество пропитки и снижаются трудозатраты, а также интенсифицируется процесс пропитки.
Недостатком этого способа является повышенная энергоемкость процесса пропитки из-за двойного нагрева: первоначально серы до 150°С, а затем жидкости, вытесняющей расплав серы, до 145°С. Кроме того, ограниченная скорость подачи вытесняющей жидкости в камеру (до 15 мм/мин), чтобы не допустить вымывания расплава серы из пор инструмента, резко снижает производительность процесса.
Следует отметить и общий недостаток как аналога, так и прототипа, заключающийся в том, что в обоих случаях не предусмотрено использование в качестве импрегнатора полимерной (пластичной) серы, которая имеет ряд существенных преимуществ перед применяемыми аллотропами серы (ромбической или моноклинной). Полимерная сера имеет лучшую адгезию к связке и абразивным зернам, в процессе ее твердения в поровом пространстве инструмента практически не возникает внутренних напряжений из-за малой усадки. Обычно применяемая сера при переходе из расплава в твердое состояние сопровождается заметным уменьшением своего объема примерно на 14%, в то время как полимерная сера при отверждении уменьшает свой объем в пределах 0,5-1,8%.
Предлагаемым способом решается задача ликвидации указанных недостатков аналога и прототипа за счет устранения вытекания импрегнатора из пор инструмента после его полной пропитки, а также сокращения энергоемкости и повышения производительности процесса пропитки, путем дополнительного подогрева расплава серы с инструментам до 180-190°С (на 30-40°С) с целью резкого повышения вязкости расплава серы.
После выемки пропитанного инструмента из камеры путем быстрого его охлаждения получают в порах полимерную серу. Для устойчивости пластической серы при длительном сроке хранения инструмента в расплав серы вводится добавка стабилизатора 2-5% по массе.
Решение этой задачи позволяет достичь следующий технический результат - повысить качество пропитки, снизить энергоемкость и повысить производительность процесса.
3
Поставленная цель достигается тем, что в расплав серы дополнительно вводят добавку стабилизатора структуры серы в количестве 2÷5% по массе, а после пропитки инструмента поднимают температуру расплава импрегнатора в камере до 180-190°С с выдержкой 20-30 мин, затем пропитанный инструмент извлекают из камеры и быстро охлаждают со скоростью 30÷40°С/мин, например, проточной водой. В качестве добавки стабилизатора могут быть использованы деготь, сосновое масло, терпентин, фосфор, йод. Поднятие температуры расплава серы в камере до 180-190°С после полной пропитки инструмента позволяет резко повысить вязкость расплава серы с 7,09 МПа·с до 19,7·10 МПа·с (более чем в 2000 раз) (см. Свойства элементов: Справ. изд. / Под. ред. Дрица М.Е. - М.: Металлургия, 1985. - 340 с.). Такое резкое повышение вязкости расплава серы будет способствовать удержанию серы в поровом пространстве инструмента во время его выемки из камеры пропитки и в начальный момент его охлаждения. Быстрое охлаждение пропитанного инструмента со скоростью 30÷40°С/мин, например, проточной водой способствует из расплава серы с температурой 180-190°С получить полимерную (пластичную) серу в виде вязко-эластичной массы. Это объясняется тем, что расплав серы содержит три аллотропические модификации, количественное содержание которых зависит от температуры расплава и скорости охлаждения.
Способ осуществляется следующим образом.
В камере пропитки серу и добавку стабилизатора смешивают и разогревают до 145-150°С. Абразивный инструмент, например шлифовальный круг высокой структуры, подогретый до температуры расплава серы, помещают в пропиточную камеру и, постепенно погружая в импрегнатор, проводят его пропитку и выдержку для более полного и равномерного заполнения пор инструмента импрегнатором. Затем поднимают температуру расплава серы в камере до 180-190°С с выдержкой 20-30 мин. В этот момент резко повышается вязкость расплава серы, что будет препятствовать вытеканию импрегнатора из пор инструмента во время его выемки из камеры и в начальный момент охлаждения. После выдержки инструмента в пропиточной камере с температурой импрегнатора 180-190°С производят его выемку и быстрое охлаждение со скоростью 30-40°С/мин, например, проточной водой до образования полимерной серы в порах инструмента.
Пример.
Проводят пропитку шлифовальных кругов 10-12 структуры расплавом серы. В качестве добавки стабилизатора структуры серы берется деготь в количестве 3-4% по массе. Серу и добавку смешивают в пропиточной камере, разогревают до 145-150°С и полученную смесь непрерывно и интенсивно перемешивают.
Круги, подогретые до температуры расплава серы, подают в камеру, постепенно погружая их в подготовленный расплав импрегнатора до полной их пропитки.
После пропитки кругов поднимают температуру расплава импрегнатора в камере до 180-190°С с выдержкой 20-30 мин, в зависимости от характеристики кругов, при этом вязкость расплава серы повышается более чем в 2000 раз, предотвращая вытекание расплава из порового пространства кругов в момент их выемки из камеры.
Для образования в порах инструмента полимерной серы круги после их выемки из камеры быстро охлаждают со скоростью 30-40°С/мин, например, проточной водой.