МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
MASS FOR MANUFACTURING ABRASIVE INSTRUMENT

Изобретение относится к области механической обработки материалов, а именно к шлифованию и тонкому шлифованию; может быть использовано в различных отраслях машиностроения.
Известна масса для изготовления абразивного инструмента (а.с. №1759615, 5 B24D 3/29, Бюл. №33, 1992), содержащая абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин и органический модификатор, отличающаяся тем, что с целью повышения стойкости инструмента масса дополнительно содержит фенольное основание Маниха: смесь Агидолов 51, 52, 53 или Агидол АФ-2 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Абразив
54,9…69,3
Полиэтиленполиамин
2,5…4,2
Органический модификатор
1,4…3,3
Фенольное основание: смесь Агидолов 51, 52, 53
или Агидол АФ-2
1,4…4,9
Эпоксидная смола
Остальное
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются наличие в массе абразива, эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются сложность технологии изготовления массы из-за наличия ингредиентов с разными физико-механическими свойствами, неудобство их получения и хранения, необходимость использования сравнительно большого количества абразивного материала, а также достаточно высокая зависимость шероховатости от размера абразивного материала и конфигурации обрабатываемой поверхности детали, что негативно влияет на ее качество.
ч
A
A
Известна масса для изготовления абразивного шлифовального инструмента (патент РФ №2155668, B24D 3/28, Бюл. №25, 2000), включающая абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин и органический модификатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит наполнитель, в качестве которого использован высокопрочный ферритный чугун дисперсностью Д=(1,2-1,5)d, где d - дисперсность абразива, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Абразив
20-45
Полиэтиленполиамин
2,5-5,0
Органический модификатор
1,5-3,0
Высокопрочный ферритный чугун
17-40
Эпоксидная смола
Остальное
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемой массы для изготовления абразивного инструмента, являются наличие абразива, эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина и высокопрочного ферритного чугуна.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что состав описанной массы для изготовления абразивного инструмента способствует увеличению количества зон прижога на обработанной поверхности детали вследствие металлического контакта высокопрочного ферритного чугуна с обрабатываемым материалом и быстрому засаливанию шлифовального круга, вызывающему частую его правку.
За прототип принята известная масса для изготовления абразивного инструмента (патент РФ №2392109, B24D 3/28, Бюл. №17, 2010), включающая абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин, органический модификатор и высокопрочный ферритный чугун, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кристаллический йод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Абразив
35-50
Полиэтиленполиамин
3,5-5,0
Органический модификатор
2,5-3,5
Высокопрочный ферритный чугун
20-25
Кристаллический йод
0,5-1,0
Эпоксидная смола
Остальное
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой массы для изготовления абразивного инструмента, являются наличие абразива, эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина и высокопрочного ферритного чугуна.
Причиной, препятствующей поставленной задаче, является низкая температурная стойкость абразивного инструмента из-за возгоняющегося при температурах 250-300°C кристаллического йода и наличие в массе дорогостоящего органического модификатора.
Задачей изобретения является повышение температурной стойкости абразивного инструмента и снижение его стоимости.
Технический результат достигается тем, что масса для изготовления абразивного инструмента дополнительно содержит древесную золу и дийодид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Абразив
40-50
Полиэтиленполиамин
3,5-5,0
Высокопрочный ферритный чугун
15-20
Древесная зола
5-8
Дийодид хрома
3-5
Эпоксидная смола
Остальное
Для достижения технического результата масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин и высокопрочный ферритный чугун, содержит древесную золу и дийодид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Абразив
40-50
Полиэтиленполиамин
3,5-5,0
Высокопрочный ферритный чугун
15-20
Древесная зола
5-8
Дийодид хрома
3-5
Эпоксидная смола
Остальное
ч
A
A
Массу для изготовления абразивного инструмента получают следующим образом. В эпоксидную смолу добавляется абразив, полученную смесь тщательно перемешивают в течение 5-6 мин, после чего в нее последовательно при непрерывном помешивании добавляется высокопрочный ферритный чугун Д=(1,2-1,5)d, где d - дисперсность абразива, древесная зола и дийодид хрома в виде микропорошка дисперсностью 10-20 мкм. Полученная смесь перемешивается в течение 3-5 мин. Затем в нее добавляется отвердитель - полиэтиленполиамин и масса вновь тщательно перемешивается в течение 6-8 мин. Подготовленная таким образом масса для изготовления абразивного инструмента заливается в форму и устанавливается в сушильном шкафу. Затвердевание массы происходит в течение 12-16 ч при температуре 60-80°C.
Использование в массе для изготовления абразивного инструмента дийодида хрома обусловлено тем, что он разлагается при температурах свыше 500°C, выделяя при этом свободный йод, который, обладая адсорбционной и химической активностью по отношению к металлам, способен образовывать на обрабатываемых поверхностях деталей комплексные соединения - йодиды, имеющие низкий коэффициент трения (см. Латышев В.Н., Наумов А.Г, Раднюк B.C. Применение йода как компонента СОТС при резании металлов // Металлообработка, 2008, №3(45). - С. 9-14). В результате локальная температура в зоне контакта абразивного зерна с обрабатываемым материалом снижается, не происходит плавление шлифуемого материала, что приводит к уменьшению засаливания шлифовального круга и количества зон прижога на обработанной поверхности.
Однако вследствие нестабильности локальных температур в зоне обработки, изменяющихся в диапазоне от 500-900°C, процесс разложения дийодида хрома и образование йодидов на обрабатываемой поверхности детали протекает нестабильно с формированием структурно не одинаковых комплексных соединений, что сказывается на равномерности распределения йодидов как по поверхности, так и по толщине образующегося слоя. Вследствие этого в состав массы для изготовления абразивного инструмента вводится древесная зола дисперсностью 3-5 мкм, позволяющая стабилизировать процесс разложения дийодида хрома и образование йодидов, повысить температурную стойкость эпоксидной смолы, а также модифицировать структуру йодидов по размерам и распределению. Вводимая в массу для изготовления абразивного инструмента в качестве модификатора и стабилизатора древесная зола значительно дешевле органического модификатора, используемого в аналогах и прототипе.
кр
д
пр
вр
a
Для определения оптимального соотношения компонентов в предлагаемой массе для изготовления абразивного инструмента проведены испытания шлифовальных кругов разного состава при обработке поверхностей валиков из стали 12Х2Н4А диаметром 24 мм, длиной 320 мм на круглошлифовальном станке мод. 3М151 с использованием в качестве смазочно-охлаждающей жидкости 5-процентного водного раствора эмульсола «Укринол-1». Были приняты следующие режимы шлифования: скорость вращения круга V=35 м/с; скорость вращения обрабатываемого валика V=0,5 м/с; продольная подача круга S=0,02 м/с; подача врезания S=0,01 мм/дв.х. В качестве абразива использовался электрокорунд белый 25A зернистости 25. Изготавливаемые шлифовальные круги имели размеры 400×40×127 мм. Оценка эффективности состава массы для изготовления абразивного инструмента осуществлялась по следующим показателям качества обработанной поверхности (рассчитывались средние значения показателей): параметру шероховатости R, относительной площади прижогов на обработанной поверхности детали ΔS, толщине поверхностного слоя с измененными физико-механическими свойствами ΔН. Результаты исследований по определению оптимального соотношения компонентов в предлагаемой массе для изготовления абразивного инструмента при постоянном количестве в ней полиэтиленполиамина 4% приведены в таблице 1.
a
Проведены сравнительные испытания шлифовальных кругов, изготовленных из абразивной массы по прототипу (патент РФ №2392109, B24D 3/28, Бюл. №17, 2010) и из предлагаемой абразивной массы (абразив - 45%, полиэтиленполиамин - 4%, высокопрочный ферритный чугун - 15%, древесная смола - 6%, дийодид хрома - 4%, эпоксидная смола - 26%). Обрабатывались валики диаметром 24 мм и длиной 320 мм из сталей 12Х2Н4А, 20ХН2МА, 30ХГСА и сплавов ХН62МВКЮ, ХН77ТЮР на круглошлифовальном станке мод. 3М151 с использованием в качестве смазочно-охлаждающей жидкости 5-процентного водного раствора эмульсола «Укринол-1». Режимы шлифования устанавливались согласно рекомендациям, приведенным в «Справочнике технолога-машиностроителя» (Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, А.Г. Суслова. В 2-х томах. - М.: Машиностроение, 2001). Использовались шлифовальные круги из электрокорунда белого 25A зернистости 25, которые имели размеры 400×40×127 мм. Оценка эффективности предлагаемой массы для изготовления абразивного инструмента осуществлялась по показателям качества обработанной поверхности: R, ΔS и ΔН. Результаты сравнительных испытаний шлифовальных кругов приведены в таблице 2.
Расчеты показывают, что включаемый по прототипу (см. патент РФ №2392109, B24D 3/28, Бюл. №17, 2010) органический модификатор по стоимости составляет 15-20% от стоимости изготовленного шлифовального круга в зависимости от его размеров и характеристик используемого абразива. Расходы на древесную золу, используемую в предлагаемой массе для изготовления абразивного инструмента, составляют 2-3% от стоимости изготовленного шлифовального круга.
a
Таким образом, использование предлагаемой массы для изготовления абразивных инструментов позволяет повысить температурную стойкость шлифовальных кругов, обеспечив тем самым более высокие показатели качества обработанной поверхности детали по параметрам R, ΔS и ΔН, и существенно снизить стоимость их изготовления.