СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТЕКЛА И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
LUBRICANT COOLANT FOR MECHANICAL PROCESSING OF GLASS AND OTHER MATERIALS

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов, а именно к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях промышленности при шлифовании стекла, керамики, сапфира, кварца, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и других материалов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является состав смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки стекла и диэлектриков (патент РФ № 2062293, МКИ С10М 173/02, 1994 - основное изобретение).
Состав данной СОЖ, мас.%:
полиэтиленполиамин
0,05-0,5
фосфорная кислота
0,025-0,25
никель сернокислый
0,0025-0,025
этиленгликоль
0,025-0,25
вода
остальное
Данная СОЖ эффективно работает с различными типами связанного алмазного инструмента на операциях грубого и тонкого шлифования.
Однако данный состав СОЖ имеет следующие недостатки и ограничения:
- невозможность использования данного состава СОЖ при обработке сталей и некоторых других металлов из-за резкой коррозии деталей под воздействием СОЖ;
- невозможность длительного использования и хранения СОЖ из-за быстрого образования грибков;
- не обеспечивает необходимой стойкости режущего инструмента.
Целью настоящего изобретения является улучшение комплекса показателей процесса обработки - повышение производительности процесса, повышение качества обработанной поверхности, повышение износостойкости инструмента при алмазно-абразивной обработке стекла и других материалов.
Поставленная цель достигается тем, что СОЖ, содержащая воду, полиэтиленполиамин, фосфорную кислоту, никель сернокислый и этиленгликоль, дополнительно содержит кальцинированную соду (карбонат натрия) и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиэтиленполиамин
0,05-0,5
фосфорная кислота
0,025-0,25
никель сернокислый
0,0025-0,025
этиленгликоль
0,025-0,25
кальцинированная сода (карбонат натрия)
0,1-1,0
триэтаноламин
0,05-0,5
вода
остальное
3
Установлено, что при добавлении в состав СОЖ кальцинированной соды (карбоната натрия) в количестве 0,1-1,0 мас.% при обработке стекла, сапфира, кварца и других материалов обеспечивается увеличение съемов материала на 50-75% практически без увеличения шероховатости обрабатываемой поверхности. Карбонат натрия (NaHCO) служит для нейтрализации кислых компонентов, а также улучшает моющую способность СОЖ.
Дополнительно в состав СОЖ введен триэтаноламин в количестве от 0,05 до 0,5% в качестве ингибитора коррозии. Эта добавка позволяет не только исключить коррозию обрабатываемых различных металлических деталей, но и предотвращает коррозию металлических деталей шлифовальных станков.
Кальцинированная сода и триэтаноламин выполняют функции ингибиторов коррозии и регуляторов рН среды. Установлено, что при достижении рН значений 9,7-9,8 практически не наблюдается развитие бактерий, образование и рост грибков при длительном использовании и хранении смазочно-охлаждающей жидкости.
Различные составы СОЖ сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Составы СОЖ
Компонент
Состав, мас.%
1*
2
3
4
5
Полиэтиленполиамин
0,05
0,05
0,05
0,05
0,5
Фосфорная кислота
0,025
0,025
0,025
0,025
0,25
Никель сернокислый
0,0025
0,0025
0,0025
0,0025
0,025
Этиленгликоль
0,025
0,025
0,025
0,025
0,25
Кальцинированная сода
-
0,1
0,3
0,4
1,0
Триэтаноламин
-
0,05
0,1
0,15
0,5
Вода
до 100
до 100
до 100
до 100
до 100
Примечание: 1* - прототип (основное изобретение)
Результаты испытаний различных составов СОЖ при шлифовании стекла ВК7 сведены в таблицу 2. Приведены результаты испытаний СОЖ при тонком шлифовании с использованием связанного пористого алмазного инструмента на органической связке марки РТ20Р1.
Испытания различных составов СОЖ проводили в сравнении с составом 1*, являющимся прототипом. Испытания проводились с использованием шлифовально-полировального станка типа 3ШП-350. Режимы обработки были следующие:
- скорость вращения шпинделя - 80 об/мин;
2
- удельное давление инструмента на деталь - 0,35 кг/см;
- количество подаваемой СОЖ - не менее 3 литров в минуту;
- время шлифования в одном цикле - 2 минуты.
Каждый состав СОЖ (табл.1) испытывался при шлифовании не менее 10 штук заготовок. Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты испытаний представляют собой среднее арифметическое значение из всех полученных результатов.
Таблица 2
Сравнительные показатели процесса шлифования стекла ВК7 алмазным инструментом РТ20Р1 для различных составов СОЖ
Показатель
Состав
1*
2
3
4
5
Удельный съем материала, мкм/мин
3,4
4,2
8,9
7,5
5,4
Шероховатость поверхности, Ra, мкм
2,54
2,65
2,75
2,95
2,83
Относительный износ инструмента, %
1,1
0,8
0,2
0,4
0,7
Сравнительные результаты шлифования различных материалов с применением СОЖ (1* - основное изобретение) и оптимального заявляемого состава СОЖ приведены в таблице 3.
Таблица 3
Сравнительные показатели процесса шлифования различных материалов алмазным инструментом РТ20Р1 для различных составов СОЖ
Показатель
Обрабатываемый материал / состав СОЖ
стекло
сапфир
кварц
лангатат
1*
3
1*
3
1*
3
1*
3
Удельный съем материала, мкм/мин
3,4
8,9
0,5
1,3
2,5
3,8
2,8
4,9
Шероховатость поверхности, Ra, мкм
2,54
2,75
0,11
0,08
1,22
1,32
0,360
0,290
Относительный износ инструмента, %
1,1
0,2
2,1
0,6
1,6
0,4
1,4
0,5
Как следует из таблицы 2, соотношение исходных компонентов в составе СОЖ существенно влияет на параметры процесса шлифования. В таблице не приведены результаты испытаний составов СОЖ, содержание компонентов которых выходит за указанные в формуле изобретения пределы. Соответствующие параметры процессов шлифования с данными запредельными составами СОЖ были существенно хуже, чем результаты в таблицах 2 и 3.
На основании результатов испытаний, представленных в таблицах 2 и 3, можно сделать вывод, что новый состав СОЖ имеет перед составом СОЖ прототипа следующие преимущества:
- обеспечивает повышение производительности процесса шлифования на 50-75%;
- обеспечивает возможность высокоэффективного шлифования различных материалов, например всех типов стекол, сапфира, кремния и других полупроводниковых материалов, керамики, сталей и пьезокварца;
- обеспечивает повышение качества обработки за счет уменьшения глубины нарушенного слоя;
- является экологически чистым и безвредным для обслуживающего персонала продуктом;
- не вызывает коррозии обрабатываемых деталей и деталей и узлов шлифовального оборудования;
- обладает антисептическими свойствами, препятствует образованию грибков и биологическому разложению СОЖ.
Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый состав СОЖ обеспечивает значительное повышение производительности, повышение качества обработки и резко снижает износ инструмента.