СОСТАВ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
DIAMOND TOOL COMPOSITION

Данное предложение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов, таких как оптическое стекло, техническая керамика, кварц, кремний, кристаллические материалы, синтетические и природные камни и другие неметаллические материалы.
Известен состав алмазного инструмента [1], состоящий из диенового синтетического каучука, антифрикционной добавки, органического пероксида, минерального наполнителя и алмазного порошка.
Такой инструмент обеспечивает получение шлифованных поверхностей с предельно низкими значениями шероховатости при высокой износостойкости и стабильности формы алмазного инструмента. Однако такие инструменты эффективно работают только при финишной обработке определенных марок оптических стекол, таких как силикатные стекла, а также некоторых видов природных и искусственных камней.
Наличие в таких составах только минерального наполнителя не дает возможности варьировать свойствами инструментов. Этот фактор, тем самым, ограничивает эффективность использования инструментов при финишной обработке материалов, обладающих различными свойствами и применение их на операциях грубого шлифования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является алмазный инструмент [2], в состав которого входит диеновый синтетический каучук, органический пероксид, используемый в качестве вулканизирующего агента, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
диеновый синтетический каучук
100
органический пероксид
0,5-5,0
минеральный наполнитель
5,0-55,0
технический углерод
55,0-5,0
алмазный порошок
5,0-80,0
Такой алмазный инструмент при условии его термовулканизации обеспечивает эффективную обработку различных материалов как на финишных, так и на предварительных стадиях.
Недостатком такого инструмента является его низкая износостойкость и формостойкость, особенно на стадиях предварительного шлифования.
Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в том, чтобы обеспечить при использовании предложенного алмазного инструмента повышение его износостойкости и формостойкости при низких значениях величины шероховатости и глубины нарушенного слоя на различных стадиях механической обработки неметаллических материалов.
Это достигается тем, что в состав алмазного инструмента, содержащего диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок, дополнительно вводят органический наполнитель.
Целесообразно, чтобы компоненты алмазного инструмента были взяты в следующем соотношении, мас.ч.:
диеновый синтетический каучук
100
органический пероксид
0,5-8,0
минеральный наполнитель
5-60
технический углерод
5-50
органический наполнитель
20-100
алмазный порошок
1-150
При исследовании отличительных признаков описываемого состава алмазного инструмента не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся состава заявленной композиции.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "Новизна".
Сравнение заявленного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [1, 2] показывает:
- что заявленное решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем;
- что в нем не выявлены признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "Изобретательский уровень".
Готовят композицию путем смешивания компонентов на вальцах, вулканизацией заготовок инструмента в пресс-форме под давлением и термообработкой в свободном состоянии при температуре 270÷300°C.
Введение органического наполнителя в состав алмазного инструмента обеспечивает достижение комплекса физико-механических и структурных свойств, необходимых для работоспособности инструмента при обработке различных неметаллических материалов. Причем, в зависимости от совместимости органического наполнителя и синтетического каучука можно целенаправленно изменять свойства композита и, тем самым, влиять на работоспособность алмазного инструмента по отношению к тому или иному материалу. Кроме того, органический наполнитель способствует улучшению трибохимического эффекта в зоне контактного взаимодействия, что положительно сказывается на процессе диспергирования обрабатываемого материала.
Поэтому инструмент, имеющий в составе органический наполнитель, характеризуется высокими значениями режущей способности и стабильности резания, износостойкости и формостойкости, низкими значениями шероховатости и глубины нарушенного слоя обрабатываемой поверхности на различных стадиях механической обработки.
Количество вводимых компонентов и их соотношение в составе алмазного инструмента определяется способностью к переработке композиции и влиянием количества каждого компонента на работоспособность при обработке того или иного материала. Содержание органического наполнителя определяется общим количеством всех наполнителей в составе инструмента, но при его содержании свыше 100 мас.ч. переработка композиции затрудняется.
Необходимо отметить, что органический наполнитель должен обладать повышенной теплостойкостью и термостабильностью.
В дальнейшем рассмотрим конкретные примеры реализации изобретения.
Пример 1.
Алмазный инструмент готовят следующим образом: на резиносмесительных вальцах производят смешение бутадиен-нитрильного каучука - 100 мас.ч. (таблица 1), дикумилпероксида - 2 мас.ч., диоксида кремния - 30 мас.ч., технического углерода - 20 мас.ч., органического наполнителя - порошка целлюлозы - 10 мас.ч. и алмазного порошка с размером частиц 45÷53 мкм - 75 мас.ч.
Полученную смесь загружают в пресс-форму, формуют на гидравлическом прессе и выдерживают под давлением 5±0,2 МПа при температуре 160±3°C в течение 15 минут. Полученные эластичные заготовки помещают в сушильный шкаф и подвергают термообработке в свободном состоянии при температуре 280±3°C в течение 4-х часов.
2
Инструменты испытывали по методу свободного притира на шлифовальном станке. В ходе испытаний обрабатывали заготовки из боросиликатного стекла, кварца, керамики и гранита. Диаметр заготовки 75 мм, частота вращения шпинделя - 700 об/мин, удельное давление на инструмент 1,0 кг/см, время цикла обработки 60 с.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.
В примере 0 представлены результаты испытаний инструмента с составом без органического наполнителя. Такой состав подобен заявленному в прототипе (2).
Примеры 2-15.
В таблице 1 представлены составы композиций для приготовления алмазных инструментов, отличающихся содержанием органических наполнителей различной природы (целлюлозы, фенилона и тефлона, которые использовали в виде порошков), соотношением количества минерального наполнителя и технического углерода, содержанием вулканизирующего агента и алмазного порошка.
Способ получения, термообработки и испытаний алмазных инструментов аналогичны описанным в примере 1.
В таблице 2 показаны показатели работоспособности инструментов: L - производительность шлифования в микрометрах в минуту, h - относительный износ инструмента в процентах, Ra - шероховатость обработанной поверхности в микрометрах.
В примерах 3, 8, 9 и 13 показаны параметры работоспособности инструментов с указанными органическими наполнителями оптимальных составов.
Из таблицы 2 видно, что такие инструменты работают более эффективно по сравнению с составом, используемым в прототипе (Пример 0).
Низкое содержание органических наполнителей (примеры: 1, 6 и 11) не приводят к повышению эффективности работы инструментов. А очень высокое содержание указанных наполнителей (примеры: 5, 10 и 15) приводит к повышенному износу инструмента и низкому качеству обработанной поверхности.
Малое количество минеральных наполнителей и технического углерода (пример 12), также как и низкое содержание дикумилпероксида (пример 14) и алмазного порошка (пример 4) приводит к низкой производительности инструментов и повышенному их износу. Очень высокое содержание указанных компонентов, также приводит к малой износостойкости инструмента и очень грубой шероховатости обработанных поверхностей.
Таким образом, заявленный алмазный инструмент может эффективно использоваться при механической обработке различных материалов. Из таблицы 2 видно, что путем составления оптимальных композиций, можно получить алмазные инструменты, эффективно работающие при механической обработке неметаллических материалов с различными физико-химическими и структурными свойствами.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "Промышленная применимость".
Источники информации
1. Патент РФ №2038944, кл. B24D 3/22, 1992 г.
2. Патент РФ №2121425, кл. B24D 3/22, 1996 г. (прототип).
Таблица 1
Примеры составов инструментов
Наименованиекомпонентов
Номера примеров (количество компонентов, мас.ч.)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Бутадиеннитрильныйкаучук
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Дикумилпероксид
2
2
2
3
4
2
2
6
5
2
2
2
2
1
0,3
2
Диоксид кремния
30
30
30
20
30
30
30
50
30
30
30
30
2
20
30
30
Технический углерод
20
20
20
20
10
10
10
10
10
5
10
20
2
20
10
10
Целлюлоза
-
10
25
50
75
110
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Фенилон
-
-
-
-
-
-
10
25
50
75
110
-
-
-
-
-
Тефлон
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
25
50
75
110
Алмазный порошок 45-53 мкм
20
75
160
20
0,5
20
80
50
20
10
20
40
50
20
10
20
Таблица 2
Показатели работоспособности инструментов различных составов.
п/п примеров
Силикатное стекло
Кварц
Керамика
Гранит
L
h
Ra
L
h
Ra
L
h
Ra
L
h
Ra
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0
160-200
0,3-0,5
0.25-0,50
45-60
0,3-0,4
0,17-0,30
23-30
0,4-0,7
0,13-0,20
170-220
0,5-0,7
0,30-0,55
1
160-200
0,3-0,4
0,23-0,45
45-50
0,3-0,4
0,17-0,30
25-32
0,4-0,7
0,14-0,20
170-220
0,5-0,6
0,32-0,50
2
100-120
0,2-0,3
0,19-0,40
30-35
0,4-0,5
0,12-0,20
10-16
0,3-0,5
0,11-0,16
120-140
0,3-0,5
0,20-0,43
3
180-220
0,2-0,4
0,18-0,30
80-100
0,2-0,3
0,11-0,17
30-36
0,3-0,4
0,12-0,17
190-230
0,3-0,4
0,17-0,32
4
38-50
0,8-1,5
0,28-0,60
12-15
2,2-3,2
0,15-0,25
8-11
0,6-0,9
0,15-0,25
30-42
0,9-1,6
0,15-0,23
5
120-140
1,2-3,0
0,4-0,8
35-40
0,8-1,3
0,15-0,25
27-35
0,5-0,8
0,25-0,32
130-160
0,7-1,1
0,28-0,50
6
160-200
0,2-0,4
0,25-0,5
40-55
0,3-0,4
0,15-0,25
22-28
0,4-0,6
0,13-0,18
170-220
0,5-0,6
0,33-0,50
7
180-210
8-10
0,6-0,9
90-110
1,5-2,5
0,60-0,80
38-52
0,8-1,2
0,50-0,70
200-240
1,8-2,8
0,80-1,25
8
190-220
0,4-0,5
0,3-0,5
95-130
0,3-0,4
0,15-0,25
55-68
0,2-0,3
0,11-0,18
200-250
0,3-0,4
0,17-0,30
9
200-230
0,4-0,6
0,35-0,55
110-140
0,3-0,4
0,20-0,28
50-65
0,2-0,3
0,13-0,20
190-240
0,3-0,4
0,15-0,25
10
220-240
1,0-3,0
0,5-0,8
120-150
0,5-0,7
0,50-0,75
60-75
0,6-1,0
0,50-0,80
220-260
0,8-1,2
0,55-0,85
11
160-200
0,3-0,5
0,22-0,40
45-60
0,3-0,4
0,17-0,30
28-36
0,4-0,6
0,11-0,20
170-220
0,5-0,7
0,28-0,50
12
60-80
0,3-0,4
0,15-0,30
15-25
0,4-0,5
0,07-0,18
14-26
0,6-0,8
0,15-0,25
40-58
0,9-1,5
0,48-0,80
13
140-180
0,2-0,3
0,18-0,28
55-70
0,2-0,3
0,13-0,22
52-66
0,2-0,4
0,14-0,18
220-270
0,3-0,4
0,12-0,18
14
70-90
1,2-3,2
0,25-0,50
10-15
2,0-3,5
0,30-0,45
18-25
1,2-1,8
0,40-0,90
35-52
0,9-1,4
0,38-0,70
15
20-40
1,5-3,5
0,12-0,18
18-35
0,6-0,8
0,5-0,65
30-45
0,7-1,1
0,37-0,48
220-270
0,7-0,9
0,33-0,67