СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОСТРУКТУРНОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
METHOD TO PRODUCE HIGH-STRUCTURE ABRASIVE TOOL

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления абразивного инструмента. В производстве абразивного инструмента и, в том числе, шлифовальных кругов важной операцией их изготовления является порядок загрузки компонентов абразивной массы и последующего их смешивания. От принятой последовательности и режима смешивания компонентов формовочной массы зависят технические характеристики абразивного инструмента.
В практике промышленного изготовления абразивного инструмента нормальных структур с N№ 5…7, у которых содержание абразивного зерна составляет 48…52% объема инструмента, смесительная машина загружается одновременно всеми компонентами абразивной массы с последующим их перемешиванием. На заключительном этапе при необходимости дополнительно добавляются клеящие и увлажняющие добавки.
Указанный порядок загрузки и смешивания компонентов абразивной массы оправдан как по техническим соображениям, так и по соображениям экономичности изготовления инструмента из-за малого времени на приготовление абразивной массы. Технические соображения обусловлены тем, что состав абразивного инструмента на керамических связках со структурами 5…7 состоит всего из двух основных компонентов - абразивного зерна и керамической связки с добавлением клеящих и увлажняющих добавок для технологичности изготовления.
При смешивании двухкомпонентной абразивной массы, в которой керамической связки в два и более раз меньше, чем абразивного зерна, получить качественную массу достаточно просто.
Для изготовления абразивного инструмента на керамических связках с более высокими номерами структуры - от 10-12 и выше рекомендуются более сложные многокомпонентные составы абразивных масс.
Из уровня техники наиболее близким техническим решением по технической сути и достигаемому результату является способ для изготовления высокоструктурного инструмента, которой описан в патенте РФ №2152298, В2483/18, 2000 г., включающий подготовку посредством смешивания формовочной массы, содержащей абразивное зерно с размерами в пределах 60-420 мкм, наполнитель, представляющий собой предварительно подготовленную смесь из полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 80 до 560 мкм и частиц молотых фруктовых косточек размером в диапазоне 160-800 мкм, предварительно подготовленную смесь из мелкодисперсных порошков керамической связки и декстрина, а также жидкий лигносульфонат, дальнейшее смешивание полученной массы, ее загрузку в прессформу и формование с последующим обжигом.
3
3
3
3
При изготовлении абразивного инструмента известным способом необходимо обеспечить однородное смешивание четырех основных компонентов: зерна, например, из электрокорунда белого с плотностью 3,95 г/см, керамической связки (2,5 г/см), частиц выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек (1,5 г/см) и алюмосиликатных полых сферических частиц (0,4 г/см) с разноплотностью исходных компонентов до 10 раз. При этом содержание более тяжелых абразивных зерен, которое для инструмента со структурами 10-12 и выше составляет менее 42% объема, в абразивной массе может быть существенно меньше, чем объемное содержание более легких компонентов - керамической связки, алюмосиликатных полых сферических частиц и частиц молотых фруктовых косточек. В этом случае обеспечить однородность смешивания многокомпонентной абразивной массы путем одновременной загрузки всех ее исходных компонентов не удается даже при большом времени перемешивания. Соответственно не удается обеспечить наилучшие эксплуатационные свойства для заданного состава абразивной массы.
Техническим задачей заявленного изобретения является повышение технических характеристик абразивного инструмента.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение однородности формовочной массы.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления высокоструктурного абразивного инструмента, включающем подготовку посредством смешивания формовочной массы, содержащей абразивное зерно с размерами в пределах 60-420 мкм, наполнитель, представляющий собой предварительно подготовленную смесь из полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 80 до 560 мкм и частиц молотых фруктовых косточек размером в диапазоне 160-800 мкм, предварительно подготовленную смесь из мелкодисперсных порошков керамической связки и декстрина, а также жидкий лигносульфонат, дальнейшее смешивание полученной массы, ее загрузку в прессформу и формование с последующим обжигом, согласно изобретению подготовка формовочной массы производится в следующем порядке и по режиму смешивания:
1. Абразивное зерно - 1-2 мин.
2. Предварительно подготовленная смесь в виде полых
сферических частиц из алюмосиликата и частиц молотых
фруктовых косточек - 3-6 мин.
3. Лигносульфонат - 5-8 мин.
4. Предварительно подготовленная смесь из порошков
керамической связки и декстрина - 4-6 мин.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Предварительно производится дозирование всех компонентов для изготовления абразивной массы строго по определенным весовым соотношениям, в зависимости от рассчитанной рецептуры высокоструктурного абразивного инструмента. Также предварительно готовятся смесь в виде полых сферических частиц из алюмосиликата и частиц молотых фруктовых косточек и смесь из порошков керамической связки и декстрина. Смеси приготавливаются смешиванием компонентов вручную в заправочной емкости при небольшом количестве - до 2 кг - или в смесительной машине.
Последующий регламент приготовления формовочной массы включает этапы смешивания:
- загружается в емкость смесительной машины абразивное зерно и перемешивается в течение 1-2 мин в зависимости от его объема;
- загружается предварительно подготовленная смесь в виде полых сферических частиц из алюмосиликата и частиц молотых фруктовых косточек и перемешивается вместе с абразивным зерном в течение 3-6 мин;
- добавляется в приготавливаемую формовочную массу лигносульфонат и перемешивается 5-8 мин;
- загружается предварительно подготовленная смесь из порошков керамической связки и декстрина и смешивается еще 4-6 мин.
Для оценки оптимальности предложенного способа приготовления высокоструктурного абразивного инструмента на основе регламента смешивания формовочной массы были изготовлены специальные образцы для измерения объемной деформации, твердости и разрывной прочности после их обжига.
Образцы изготавливались по 5 вариантам с различным временным интервалом смешивания абразивной массы одного рецептурного состава на основе электрокорунда белого марки 25А зернистостью F80 на керамической связке марки К5С со структурой №16 на рассчитанную степень твердости Н с объемным содержанием компонентов:
Абразивное зерно
30
Керамическая связка
7,2
Алюмосиликатные микросферы
8
Фруктовые косточки
12
Лигносульфонат
4
Декстрин
6
Для определения объемной деформации после обжига и твердости использовались плашки с диаметром 80 мм и высотой 20 мм. Объемная деформация образцов устанавливалась по разнице объемов образца до и после обжига, а ее средняя величина определялась по изменению объемов у образцов каждого варианта. Твердость определялась по глубине лунки пескоструйным методом в соответствии с ГОСТ Р 52587-2006 по результатам 6 измерений на каждом варианте испытаний.
Механическую прочность на разрыв на образцах - восьмерках - определяли на разрывной машине УМ-500 согласно методике, описанной в книге (Любомудров В.Е., Васильев Н.Н. Абразивные инструменты и их изготовление. -М.-Л.: Машгиз. 1953.-352. С.135).
Варианты с различными временными интервалами смешивания абразивных масс и результаты испытаний образцов представлены в табл.1.
Таблица 1
п/п
Режимы смешивания (мин)
Объемная
Твер-
Механи-
Абра-
Смесь
Лигно-
Смесь
Дефор-
дость
ческая
зивное
частиц
сульфонат
порошков
мация, %
по
прочность
зерно
Алюмосили-
керамической
глубине
на
6-420
ката и
связки и
лунки,
разрыв,
мкм
фруктовых
декстрина
мм
МПа
косточек
1
0,5
2,0
4,0
3,0
6,2
6,9
5,0
2
1,0
3,0
5,0
4,0
4,8
6,0
14,5
3
1,5
4,0
6,0
5,0
4,1
5,9
14,8
4
2,0
6,0
8,0
6,0
4,0
6,0
15,0
5
3,0
7,0
9,0
7,0
5,3
5,6
14,9
Сравнением полученных результатов установлено, что по предложенному регламенту смешивания образцы из абразивной массы, приготовленной с минимальным временем смешивания, не обеспечили заданную степень твердости Н (глубина лунки 5,8-6,7 мм). При этом их объемная деформация при обжиге была до 30% больше, а механическая прочность на разрыв до 3 раз была меньше, чем для образцов, изготовленных с заявленным временным интервалом смешивания абразивной массы.
Результаты испытаний образцов, изготовленных по 5 варианту смешивания абразивной массы, оказались чуть хуже, чем для образцов, изготовленных по вариантам с заявленным временным интервалом смешивания. Если принять во внимание, что время приготовления абразивной массы по 5 варианту составило от 20% до 2 раз больше, то его использование можно признать экономически и технически нецелесообразным.
Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет по сравнению с прототипом за счет обеспечения однородности формовочной массы улучшить технические характеристики абразивного инструмента.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, не известной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для изготовления шлифовальных кругов;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки, известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.