СОСТАВ АБРАЗИВНОЙ МАССЫ
COMPOSITION OF ABRASIVE MASS

Изобретение относится к производству абразивных инструментов из электрокорунда белого на керамических связках.
Известна абразивная масса, содержащая абразивные зерна и керамическую связку, в состав которой в качестве наполнителя вводятся алюмосиликатные (или кремнеземные) полые сферические частицы в виде смеси частиц с размером в диапазоне от 5 до 560 мкм в количестве 2-200% объема абразива [1].
Введение невыгорающих алюмосиликатных полых сферических частиц является основой экологически безопасной технологии изготовления абразивного инструмента и, в частности, шлифовальных кругов с повышенной структурностью - с номерами структуры 8…10 и выше. Они улучшают технологичность производства высокоструктурных шлифовальных кругов, обеспечивая при этом их повышенные эксплуатационные свойства в сравнении с другими вариантами изготовления.
Недостатком кругов, изготовленных с алюмосиликатными полыми сферическими частицами на керамических связках, является снижение стабильности их твердости по объемной структуре инструмента.
2
3
В алюмосиликатных частицах содержится до 5,5-5,7%, а в составе керамической связки (например, марки К5ПГ) - до 0,7% по массе оксид железа FeО [2]. После высокотемпературного спекания абразивного инструмента на основе электрокорунда белого оксид железа выявляется на его поверхности в виде отдельных включений красного или бордового (бурого) цвета в белой массе инструмента. Наличие неоднородного распределения по объему инструмента указанных химических соединений приводит к дестабилизации его твердости, измеряемой пескоструйным методом по глубине лунки в соответствии с ГОСТ Р 52587-2006 «Инструмент абразивный. Обозначения и методы измерения твердости».
Дестабилизация твердости проявляется в увеличении дисперсии глубины лунки при повышении содержания оксида железа. Это создает определенные трудности для обеспечения заданной степени твердости, которая определяется регламентируемым ГОСТом Р 52587-2006 диапазоном рассеяния измеренной глубины лунки.
По этой причине при изготовлении высокоструктурных шлифовальных кругов с алюмосиликатным наполнителем может иметь место брак из-за несоответствия фактической твердости требуемой.
Таким образом для известного состава абразивной массы, содержащей абразивные зерна из электрокорунда белого, керамическую связку и наполнитель - алюмосиликатные полые сферические частицы в виде смеси частиц с размером в диапазоне от 5 до 560 мкм в количестве 2-200% объема абразива, задачей изобретения является обеспечение повышенной стабильности твердости абразивного инструмента из электрокорунда белого на керамических связках с высокими номерами структуры, которая обеспечивается введением алюмосиликатных полых сферических частиц.
Поставленная задача решается тем, что состав абразивной массы, содержащей абразивные зерна из электрокорунда белого, керамическую связку и наполнитель - алюмосиликатные полые сферические частицы в виде смеси частиц с размером в диапазоне от 5 до 560 мкм в количестве 2-200% объема абразива, согласно изобретению дополнительно содержит мелкодисперсный порошкообразный оксид железа в суммарном количестве (в % по массе) 5÷6% от массы алюмосиликатного наполнителя и 2,5÷3% от массы керамической связки при объемном содержании абразива 30-46%.
В данном случае важно обеспечить однородное распределение твердости по объему инструмента, так как высокоструктурные шлифовальные круги используются для обработки точных деталей с повышенными требованиями к качеству обработанных поверхностей.
Для достижения равномерной твердости по всему объему инструмента необходимо учитывать содержание в ней компонентов состава, которые влияют на стабильность твердости абразивного инструмента. Основным компонентом состава абразивной массы в этой связи является керамическая связка, а компонентом, который дестабилизирует твердость инструмента на основе электрокорунда белого, - алюмосиликатные полые сферические частицы. Весовое соотношение керамической связки и алюмосиликатных частиц в составе абразивного инструмента с повышенной структурностью составляет примерно 9:1.
Задача изобретения решается посредством введения в абразивную массу мелкодисперсного порошкообразного оксида железа в количестве, обусловленном содержанием в ней керамической связки и наполнителя в виде алюмосиликатных полых сферических частиц. По заявленному решению суммарное содержание оксида железа по массе составляет 2,5÷3% от массы керамической связки и 5÷6% от массы алюмосиликатного наполнителя.
Заявленным диапазоном назначения оксида железа предусмотрено возможное изменение его качества по химическому составу и дисперсности, а также учитываются колебания содержания оксида железа в составе алюмосиликатных полых сферических частиц в зависимости от условий их изготовления, которые могут достигать 50%. Целесообразно минимальные значения массы порошкообразного оксида железа в абразивной массе назначать при содержании оксида железа в алюмосиликатном наполнителе до 4% (например, для алюмосиликатных полых сферических частиц марок Filite 52/7S и Filite PG), а предельные значения вводимого оксида железа - при содержании оксида железа в наполнителе более 4%.
Установление необходимого содержания оксида железа в составе абразивной массы, например, в виде постоянной части ее веса не гарантирует обеспечение однородной твердости при изготовлении инструмента с различными характеристиками, отличающимися инвариантностью состава входящих в нее компонент.
В таблице 1 приведены примеры расчетных составов абразивных масс для изготовления шлифовальных кругов прямого профиля из электрокорунда белого марки 25А с керамической связкой К5 для обеспечения различных размеров и характеристик инструмента по зернистости, твердости и номеру структуры. Весовое содержание компонент состава дано на заготовку круга на объем, превышающий на 5% его объем по заданным размерам, для учета усадки инструмента при спекании и припуска на его последующую механическую обработку.
Введение оксида железа в указанных количествах оптимизирует его содержание и обеспечивает однородную по объему твердость абразивного инструмента независимо от содержания абразивного зерна, керамической связки и наполнителя в виде алюмосиликатных полых сферических частиц.
В таблице 2 приведена количественная оценка дисперсии глубины лунки как параметра стабильности твердости по результатам экспериментального изучения твердости на круглых плашках размером 80×20 мм из электрокорунда белого марки 25А различной зернистости с содержанием керамической связки марки К5ПГ, равным 5% объема образца. Результаты даны по двум вариантам изготовления: с алюмосиликатным наполнителем в виде полых сферических частиц и с алюмосиликатным наполнителем вместе с заявленным количеством порошкообразного оксида железа. В таблице представлен инструмент 8 структуры с объемным содержанием зерна 46%.
Таблица 1
№ п/п
Типоразмер и характеристика
Объем круга, см<sup>3</sup>
Содержание, г
Связки
алюмосиликатных микросфер
оксида железа
1
1250×25×7625А F60 J 8 V
1169
204
17,5
6,2÷7
2
1350×32×7625А F46 L 8 V
3079
770
46
224÷26
3
1175×10×5125А F80 К 9 V
231
52
5,5
1,6÷1,9
4
1125×8×3225A F60 H 9 V
96
15
2,5
0,5÷0,6
5
1500×40×20325A F120 G 9 V
6884
774
165
27,6÷31,1
6
1500×40×20325A F120 G 9 V
6884
1549
165
47÷56,3
7
1500×40×20325A F120 G 9 V
6884
1119
206
38,3÷45,9
Таблица 2
Состав абразивной массы
Дисперсия твердости, мм<sup>2</sup> для зернистостей
F120
F80
F60
F46
Алюмосиликатный наполнитель
0,036
0,048
0,058
0,062
Алюмосиликатный наполнитель + порошкообразный оксид железа
0,029
0,038
0,045
0,050
Опыт использования оксида железа в указанных количествах показал, что его применение улучшает технологичность изготовления абразивного инструмента с повышенной структурностью, так как выступает в качестве твердой смазки при смешивании и прессовании абразивной массы. Кроме того, введение оксида железа обеспечивает равномерное окрашивание абразивного инструмента, при котором его внешний вид полностью соответствует требованиям ГОСТ Р 52781-2007. Он также не изменяет его эксплуатационные свойства по режущей способности, неуравновешенности массы, разрывной прочности и другим параметрам.
1. RU, патент 2152298 С1, класс 7 B24D 3/18, 3/34.
2. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. - М.: Машиностроение, 2007. - 688 с. (с.127, 143).