МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
MASS FOR PRODUCTION OF ABRASIVE WHEEL

Изобретение относится к области производства абразивного инструмента, а именно высокопористого абразивного инструмента из электрокорунда на керамической связке, предназначенного для глубинного шлифования.
Технологические свойства абразивной массы определяются ее смешиваемостью, сыпучестью, формуемостью, склонностью к образованию комков, прочностью и кромкостойкостью заформованной сырой заготовки. Кроме этого, абразивная масса должна обеспечивать минимальную усадку изделия в процессе обжига и стабильность характеристик в объеме каждого абразивного инструмента и в партии инструментов. Особое значение придается таким показателям, как твердость и неуравновешенность масс (дисбаланс), в связи с тем, что одной из областей применения высокопористого абразивного инструмента является глубинное шлифование поверхностей лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов, где дефекты обработанных поверхностей недопустимы.
Известна масса для изготовления пористого абразивного инструмента, содержащая керамическую связку, абразивные зерна, электрокорундовые сферические частицы, выгорающий наполнитель в количестве 0,1-0,5 от объемного содержания абразивного зерна, при этом электрокорундовые частицы введены в массу в количестве 0,25-2,0 от объемного содержания выгорающего наполнителя (см. МПК B24D 3/14, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1685695, опубл. 23.10.1991 г.).
Недостатком известной массы является высокая стоимость электрокорундовых полых сферических частиц, что существенно влияет на конечную стоимость готового абразивного инструмента из этой массы.
Кроме того, склонность этих частиц к сегрегации с остальными компонентами массы, их «всплывание» при смешивании из-за меньшей насыпной массы частиц по отношению к насыпной массе абразивного зерна не позволяют достигнуть равномерного распределения этих частиц по всему объему абразивной массы и получить из нее высококачественный абразивный инструмент.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку, наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 5 до 500 мкм и в количестве 2-200 об.% абразива, или дополнительно наполнитель в виде жаростойких полых сферических частиц из электрокорунда в количестве 5-100% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя, или дополнительно наполнитель в виде полых сферических частиц из легкоплавкого стекла в количестве 5-100% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя, или дополнительно выгорающий наполнитель в количестве 5-250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя, или смеси вышеуказанных дополнительных наполнителей, взятых в суммарном содержании 5-250% по отношению к объемному содержанию алюмосиликатного наполнителя (см. МПК B24D 3/18, B24D 3/34, описание изобретения к патенту РФ №2152298, опубл. 10.07.2000 г.) - ближайший аналог.
Однако недостатком вышеописанной абразивной массы и изготовляемого из нее абразивного инструмента является высокая неравномерность распределения компонентов массы по объему, что существенно влияет на эксплуатационные характеристики инструмента, особенно на дисбаланс и твердость.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологических свойств массы и качества готового абразивного инструмента.
3
Сущность технического решения заключается в том, что масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразивное зерно, керамическую связку, временное связующее, наполнитель в виде полых алюмосиликатных сферических частиц, выгорающий наполнитель и увлажнитель, дополнительно содержит сферокорунд диаметром 250-1000 мкм с губчатой внутренней структурой в виде сфер с внутренней пористостью и насыпной плотностью 1,4-1,7 г/см.
Сферокорунд с губчатой внутренней структурой, вводимый в абразивную массу в качестве наполнителя, позволяет улучшить смешиваемость абразивной массы, обеспечить дисбаланс круга на допустимом уровне в процессе его износа при эксплуатации, а также более равномерную твердость круга по всему объему. Это достигается за счет более равномерного распределения пор, абразивного зерна и наполнителей в готовом абразивном инструменте.
В сочетании с алюмосиликатными полыми сферическими частицами сферокорунд с губчатой структурой улучшает сыпучесть абразивной массы, позволяющей обеспечить более качественную укладку абразивной массы в пресс-форму, ее прессуемость и уменьшение усадки полученного абразивного инструмента в процессе его обжига.
Сферокорунд с губчатой структурой является побочным продуктом производства электрокорунда, поэтому намного дешевле шлифовального зерна, что наряду с уменьшением в рецептуре количества дорогостоящего абразивного зерна позволяет в целом существенно снизить стоимость получаемого абразивного инструмента.
3
3
3
Указанные предельные значения насыпной плотности 1,4-1,7 г/смобеспечивают наилучшую стабильность свойств абразивного инструмента по всему объему. При насыпной плотности ниже 1,4 г/см сферокорунд проявляет склонность к сегрегации и при смешивании в смесителе стремится «всплыть» вместе с закрепленными к нему клеящим веществом алюмосиликатными полыми сферическими частицами. При насыпной плотности выше 1,7 г/см сферокорунд теряет свою губчатую структуру и перестает участвовать в процессе шлифования в готовом абразивном инструменте.
Указанные значения диаметра обусловлены тем, что при значении диаметра меньше 250 мкм изменяется соотношение открытых и закрытых пор в сторону открытых, что снижает технологические характеристики абразивного инструмента при заданном размере абразивного зерна. Превышение значения диаметра в 1000 мкм также приводит к ухудшению технологических характеристик инструмента за счет изменения соотношения открытых и закрытых пор в сторону закрытых.
Таким образом, указанные предельные значения насыпной плотности и размеров сферокорунда с губчатой структурой являются оптимальными для достижения технического результата.
Более того, при смешивании смеси происходит взаимодействие полых сферических частиц алюмосиликата и сферокорунда с образованием структуры, исключающей разрушение тонких алюмосиликатных частиц в процессе прессования и обеспечивающей более равномерное распределение компонентов смеси и пор в готовом абразивном инструменте, что также улучшает его эксплуатационные характеристики.
Абразивную массу получают известным способом. В смесителе, например, типа СМ-200 смешивают абразивное зерно, керамическую связку, временное связующее, выгорающий наполнитель и в полученную смесь вводят наполнитель из смеси сферокорунда с губчатой структурой, полых сферических частиц алюмосиликата и клеящего вещества.
2
Абразивный инструмент формуют прессованием. Сначала абразивную массу засыпают в пресс-форму, разравнивают и прессуют с усилием, например, 70-200 кг/см. После прессования заготовку выдерживают в естественных условиях в зависимости от ее размера в течение 40-48 ч, затем высушивают при 40-50°С и обжигают при температуре 1240°С ± 10°С.
После обжига заготовку подвергают механической обработке для придания ей требуемой геометрии.
После механической обработки производят контрольные операции на соответствие отклонений от заданных в нормативной документации по геометрическим размерам, твердости, дисбалансу, внешнему виду, а также на механическую прочность прокручиванием с испытательной скоростью на испытательном стенде типа СИП-800.
В таблице 1 приведены примеры масс, составленных в соответствии с заявляемым техническим решением, а в таблице 2 - технические характеристики полученного абразивного инструмента.
Таблица 1
Состав абразивных масс
№ п/п
Состав абразивной массы
Пример 1
Пример 2
Пример 3
(объемные %, приведенные к объему круга)
1.
Абразивное зерно + сферокорунд с губчатой внутренней структурой:
- размером 400 мкм + сферокорунд размером 1000 мкм (насыпная плотность 1,68 г/см<sup>3</sup>)
46
- размером 250 мкм + сферокорунд размером 500 мкм (насыпная плотность 1,59 г/см<sup>3</sup>)
42
- размером 160 мкм + сферокорунд размером 250 мкм (насыпная плотность 1,45 г/см<sup>3</sup>)
38
2.
Увлажнитель
6,7
5,3
4,8
3.
Керамическая связка К-5
10,5
14,5
14
4.
Выгорающий наполнитель (косточка фруктовая КФ-40, размером 400 мкм)
9,5
12
14
5.
Временное связующее (декстрин)
5
5
5
6.
Алюмосиликатные полые тонкостенные сферические частицы размером 5-500 мкм
10
11,5
13
7.
Сферокорунд с губчатой внутренней структурой
- размером 1000 мкм (насыпная плотность 1,68 г/см<sup>3</sup>)
7
- размером 500 мкм (насыпная плотность 1,59 г/см<sup>3</sup>)
8
- размером 250 мкм (насыпная плотность 1,45 г/см<sup>3</sup>)
6
8.
Естественные поры
остальное
остальное
остальное
Таблица 2
Характеристики опытного абразивного инструмента
№ п/п
Характеристика
Пример 1
Пример 2
Пример 3
1.
Форма круга
Прямой профиль
Прямой профиль
Прямой профиль
2.
Наружный диаметр, мм
300
300
300
3.
Высота, мм
40
40
40
4.
Диаметр посадочного отверстия, мм
76
76
76
5.
Марка абразивного зерна
25А
25А
25А
6.
Размер абразивного зерна, мкм
400
250
160
7.
Структура
8
10
12
8.
Связка керамическая
К5
К5
К5
9.
Твердость
I (М2)
I (M2)
I (M2)
10.
Класс неуравновешенности масс
2
2
2
11.
Значение неуравновешенности масс, допустимое по ГОСТ 3060-86
20
16
16
12.
Значение неуравновешенности масс, фактическое
18
16
14
Для экспериментальной проверки заявляемого изобретения из трех составов опытной абразивной массы, указанных в таблице 1, были изготовлены по одному абразивному кругу с характеристиками, указанными в таблице 2.
Стабильность неуравновешенности масс (дисбаланс) проверялась следующим образом.
Изготовленные из опытных абразивных масс абразивные круги после механической обработки, контроля размеров и испытания на механическую прочность проверялись на дисбаланс на балансировочном стенде по методике измерения неуравновешенных масс в соответствии с ГОСТ 3060-86 «Круги шлифовальные». Допустимые неуравновешенные массы и результаты измерения отражены в таблице 2.
Затем для имитации износа в процессе непрерывной правки алмазным роликом во время глубинного шлифования абразивные круги обтачивались по диаметру на специальном станке РТ-102 до меньших диаметров: с диаметра 300 мм до диаметра 275 мм, затем до диаметра 250 мм и так далее до диаметров 225 мм и 200 мм. После каждого обтачивания круги снова проверялись на стенде. В каждом случае неуравновешенность масс соответствовала нормативным значениям.
Таким образом, заявляемая масса для изготовления абразивного инструмента по сравнению с известными аналогами позволяет исключить возникновение в процессе эксплуатации абразивных кругов неуравновешенности масс (дисбаланса) свыше допустимых значений по мере износа кругов по диаметру.