СОСТАВ ДЛЯ ПРОПИТКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
COMPOSITION TO IMPREGNATE ABRASIVE TOOL

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации абразивных инструментов.
Известны составы для пропитки абразивного инструмента, содержащие растворенные органические соединения (Авт. св. СССР №1283069, кл. В24D 3/34, 1987, Бюл. №2; Авт. св. СССР №1710324, кл. В24D 3/34, 1992, Бюл. №5; Авт. св. СССР №865646, кл. В24D 3/34, 1977, Бюл. №35).
Однако известные составы для пропитки абразивного инструмента имеют следующие недостатки: ограниченная область применения; повышение стойкости абразивного инструмента и качество обработанной поверхности незначительны.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является состав для пропитки абразивного инструмента по Авт. св. СССР №1710324, кл. В24D 3/34, 1992, Бюл. №5.
Импрегнатор, применяемый в данном составе, - водный раствор карбамида и тиокарбамида. Данный импрегнатор имеет ряд значительных недостатков, таких как ограниченная область применения, только при операциях шлифования без использования смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) вследствие высокой степени растворимости карбамида и тиокарбамида в воде и других органических растворителях; повышение стойкости абразивного инструмента и шероховатости обрабатываемой поверхности не существенно.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении стойкости абразивного инструмента, улучшении качества обрабатываемой поверхности и возможности применения абразивного инструмента, пропитанного данным составом, при шлифовании с СОЖ.
Это достигается тем, что в составе для пропитки абразивного инструмента, содержащим растворитель и органическое вещество, при этом в качестве органического вещества при импрегнировании используют 4,4-оксибис(бензолсульфонилгидразид), а в качестве растворителя диметилсульфоксид, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: 4,4-оксибис(бензолсульфонилгидразид) 10-15, диметилсульфоксид - остальное.
Применяемый 4,4-оксибис(бензолсульфонилгидразид) (OBSH) нетоксичен, не растворим в воде и в большинстве органических растворителей, что не исключает возможность применения его в качестве импрегнатора абразивного инструмента при шлифовании не только всухую, но и с СОЖ (Гришин Б.С. Материалы резиновой промышленности (информационно-аналитическая база данных): монография. Ч.2. / Б.С.Гришин; Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т. - Казань: КГТУ, 2010. - С.356).
При контакте зерна с обрабатываемой поверхностью в зоне контакта развиваются высокие температуры. В результате воздействия этих температур (140-160°С) OBSH распадается с энергичным выделением газовой фазы. В зоне контакта в большом количестве создается активная газовая среда (азот и пары воды), которая интенсивно взаимодействуют со свежеобразованными ювенильными поверхностями с образованием нитридов металла, тем самым экранируя адгезионное взаимодействие между абразивным зерном и металлом. Образовавшиеся в результате реакции в зоне контакта нитриды металла облегчают процесс диспергирования, снижая нагрузку на зерно и, таким образом, увеличивая стойкость абразивного инструмента. Воздействие на процесс резания соединений нитрида железа основывается так же на эффекте высокотемпературной смазки. До температуры плавления (около 500°С) нитриды железа обладают высокой хрупкостью и твердостью относительно подложки. Далее по мере увеличения температуры в зоне резания нитриды железа оплавляются, создавая в контакте абразивного зерна с обрабатываемым металлом микрослой смазки, тем самым снижая адгезионное взаимодействие и оптимизируя фрикционные процессы.
В предлагаемом составе в результате разложения OBSH создается обильный поток газа, который проникает в зону контакта в условиях высоких давлений и температур. Помимо физической адсорбции и хемосорбции, железо в γ-модификации активно поглощает азот внутрь объемной фазы, следствием этого является его поверхностная неоднородность, образуются микроучастки металла с растворенной газовой составляющей. Все эти процессы влияют на динамику резания, что приводит к уменьшению силы диспергирования металла и снижению нагрузки на зерно.
Одним из продуктов реакции разложения OBSH является вещество, дифенилдисульфид, которое обладает высокими смазывающими свойствами вплоть до температуры разложения (>200°С) с образованием дифенилсульфида и свободной серы. Высвободившиеся сера вступает в взаимодействие с обрабатываемым металлом, образуя сульфиды металлов, которые, как известно, оказывают благоприятное воздействие на процесс шлифования. Сульфидные пленки дифенилсульфида, обволакивая стружку, способствуют снижению адгезионного взаимодействия с абразивными зернами, предотвращая тем самым засаливание круга.
Образовавшиеся в результате разложения OBSH пары воды, взаимодействуя с поверхностным кислородом, ослабевают его экранирующие влияние, тем самым создавая оптимальные условия для дальнейшего образования в зоне контакта нитридов и сульфидов металла.
Комбинация воздействий продуктов разложения OBSH в зоне контакта увеличивает стойкость абразивного инструмента. Шероховатость обработанной поверхности благодаря повышенной стойкости абразивного инструмента, положительной динамике резания и наличия высокотемпературных смазочных пленок уменьшается.
Импрегнирование абразивного инструмента реализуется следующим образом. OBSH растворяют в диметилсульфоксиде в диапазоне 10-15% от массы растворителя при температуре растворителя 20-50°С. Выбор диметилсульфоксида в качестве растворителя OBSH обосновано максимальной степенью растворимости в нем относительно других растворителей. Процесс импрегнирования производился методом свободного капиллярного поднятия с последующей сушкой в печи при температуре 70-100°С в течение 10-12 часов.
После сушки количество OBSH в круге характеристики 25AF60I7V (25А25М27К5) составляет 3-4% от массы круга при концентрации раствора 10-15 мас.%.
Испытания пропитанных кругов проведены на станке 3Г71. Режимы шлифования: скорость круга 28 м/с, скорость стола 12 м/мин, глубина шлифования 0,02 мм/дв. ход. Шлифуемый материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Шлифование выполняли без охлаждения и с охлаждением содовым раствором (0,3% кальцинированной соды). В аналогичных условиях были проведены испытания кругов, пропитанных известным составов.
Эффективность работы абразивного инструмента оценивают коэффициентом шлифования и шероховатостью обработанной поверхности. Экспериментальные данные представлены в таблице.
Лучшие результаты получены при концентрации OBSH в растворе 10-15 мас.%. При концентрации в растворе менее 10 мас.% эффект от применения незначителен. Повышение концентрации OBSH в растворе, более 15 мас.% отрицательно влияет на процесс шлифования, т.к. ухудшает условия размещения стружки в порах круга.
Данные таблицы подтверждают эффективность использования раствора OBSH в качестве импрегнатора абразивного инструмента. Использование импрегнирующего состава, содержащего OBSH, позволило повысить качество обработанной поверхности на 20-30% по сравнению с кругами, пропитанными известным составом. Также шлифование инструментом, пропитанным раствором OBSH, приводит к повышению коэффициента шлифования в 1,4 раза по сравнению с известным составом, что в свою очередь положительно влияет на повышение производительности шлифования этим инструментом, увеличивая время работы шлифовального круга между правками.
Импрегнатор
Содержание, мас.%
Скорость стола, м/мин
12
12 (с охлаждением)
Шероховатость Ra, мкм
Коэффициент шлифования
Шероховатость Ra, мкм
Коэффициент шлифования
Карбамид
7
3,8
2,5
4,2
2
Тиокарбамид
5
Вода
88
OBSH
5
3,2
3
2,8
2,5
Диметилсульфоксид
95
OBSH
10
2,8
3,4
2,5
3
Диметилсульфоксид
90
OBSH
15
2,9
3,5
2,6
3
Диметилсульфоксид
85
OBSH
20
3,3
3,3
3
2,9
Диметилсульфоксид
80
Еще более значимые результаты показывает сравнение прототипа и предлагаемого импрегнатора с применением в процессе шлифования охлаждения водным раствором соды. Вследствие вымывания известного состава потоком СОЖ его эффективность снижается. При этом качество обработанной поверхности с использованием в качестве импрегнатора раствора OBSH, при прочих равных условиях увеличилась на 40%, коэффициент шлифования в 1,5 раза.