Способ изготовления высокоструктурного абразивного инструмента с разнородной зернистостью
HIGH-STRUCTURAL ABRASIVE TOOL WITH HETEROGENEOUS ABRASIVE GRIT MANUFACTURING METHOD

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовления абразивного инструмента.
В производстве абразивного инструмента, и в том числе шлифовальных кругов, важной операцией их изготовления является регламент подготовки абразивной массы: порядок загрузки ее компонентов и время их последующего смешивания. От принятой последовательности и режима смешивания формовочной массы инструмента зависят его технические характеристики. Регламент подготовки абразивной массы обусловлен его составом. Для высокоструктурного абразивного инструмента состав формовочной массы отличается многокомпонентностью и существенной разноплотностью входящих в нее компонентов.
Из уровня техники наиболее близким техническим решением по технической сути и достигаемому результату является способ изготовления высокоструктурного абразивного инструмента, который описан в патенте РФ №2536575, B24D 3/14; B24D 18/00, 2013, включающем подготовку компонентов, их смешивания с получением формовочной массы, загрузку ее в прессформу и формование с последующим обжигом, в котором в качестве компонентов массы используют абразивное зерно с размерами в пределах 60-420 мкм, наполнитель в виде предварительно подготовленной смеси 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 мелкодисперсный порошков керамической связки и декстрина, а также жидкий лигносульфонат. Смешивание упомянутых компонентов формовочной массы осуществляют путем перемешивания абразивного зерна в течение 1-2 мин, добавления подготовленной смеси из полых сферических частиц алюмосиликата и частиц молотых фруктовых косточек и ее смешивания вместе с абразивным зерном в течение 3-6 мин, добавления лигносульфоната и смешивания в течение 5-8 мин, добавления подготовленной смеси из мелкодисперсных порошков керамической связки и декстрина и смешивания компонентов в течение 4-6 мин.
При приготовлении абразивной массы указанного состава необходимо учитывать не только большую разноплотность ее большого числа перемешиваемых компонентов (максимальная плотность у абразивного зерна из электрокорунда белого 3,95 г/см3, минимальная - у наполнителя из алюмосиликатных полых сферических частиц 0,4 г/см3). Этот фактор учитывает способ изготовления высокоструктурного абразивного инструмента по известному прототипу, но он не учитывает другой важный фактор, который влияет на однородность смешивания многокомпонентной абразивной массы-наличие в ее составе абразивных зерен разного веса. В случае использования в составе абразивной массы зерен больших размеров до 600-840 мкм с возможным диапазоном их вариации, например, 100-840 мкм, то в зависимости от соотношения размеров зерен, например, из электрокорунда белого, вводимых в состав абразивной массы в соответствии с установленным диапазоном для зерен с меньшей и большей зернистость, весовая разница между зернами может изменяться от 14 до 600 раз. При столь существенной весовой разнице зерен, а также других компонентов массы, включая заметную разницу в их размерах, при ее перемешивании во вращающейся смесительной машине происходит под действием инерционных и гравитационных сил сегрегация твердых компонентов массы по размерам и весу. Эффект сегрегации проявляется в дислоцировании частиц, имеющих одинаковую массу, в определенных объемах смесителя, то-есть в четко выраженном расслоении абразивной массы по плотности и соответственно в разнородности ее строения. Следствием неоднородного перемешивания массы становится неоднородное распределение твердости в объеме инструмента и его повышенная неуравновновешенность масс.
Указанный порядок загрузки и смешивания компонентов абразивной массы по прототипу оправдан как по техническим соображениям, так по соображениям экономичности изготовления инструмента из-за малого времени на приготовление абразивной массы при использовании абразивного зерна одного размера.
Недостатком прототипа способа изготовления абразивного инструмента является загрузка в смесительную машину абразивного зерна на начальном этапе смешивания абразивной массы с последующим его перемешиванием с другими компонентами массы в течение 13-24 мин, что в случае загрузки зерен с разнородной зернистостью из-за эффекта сегрегации не обеспечивается однородное смешивание формовочной массы.
Технической 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 с разнородной зернистостью, включающем подготовку посредством смешивания формовочной массы,содержащей абразивное зерно с размерами в пределах 100-250 мкм, наполнитель в виде алюмосиликатных полых сферических частиц размером в диапазоне от 5 до 560 мкм, воду, выгорающий наполнитель в виде частиц молотых фруктовых косточек, мелкодисперсный порошок керамической связки,50% запланированного количества мелкодисперсного порошка декстрина,50%-ный водный раствор лигносульфоната, а также предварительно подготовленную смесь из абразивного зерна с размерами в пределах 600-840 мкм и 50% запланированного количества мелкодисперсного порошка декстрина, дальнейшее смешивание полученной массы ее загрузку в пресс-форму и формование с последующим обжигом, согласно изобретению подготовка формовочной массы производится в следующем порядке и по режиму смешивания:
1. Абразивное зерно с размерами 1-250 мкм - 3-5 мин.
2. Наполнитель в виде алюмосиликатных полых сферических частиц - 3-5 мин.
З.Вода- 2-3 мин.
4.Выгорающий наполнитель в виде частиц молотых фруктовых косточек - 3-5 мин.
5. Мелкодисперсный порошок керамической связки - 4-6 мин.
6. 50% запланированного количества мелкодиспесного порошка декстрина -2-4 мин.
7. 50-ный водный раствор лигносульфоната - 2-4 мин.
8. Предварительно подготовленная смесь из абразивного зерна с размерами в пределах 600-840 мкм и 50% запланированного количества мелкодисперсного порошка декстрина - 3-5 мин.
Предварительно производится дозирование всех компонентов для изготовления абразивной массы по определенным весовым соотношениям в зависимости от рецептурного состава высокоструктурного абразивного инструмента в соответствии с его заданной характеристикой. Также предварительно готовится смесь из абразивного зерна большого размера с порошком декстрина. Смесь может быть подготовлена вручную в смесительной емкости при небольшом количестве до 2-х кг или в смесительной машине.
Последующий регламент приготовления абразивной массы включает следующие этапы смешивания:
- загружается в емкость смесительной машины базовое абразивное зерно с размерами из диапазона 100-250 мкм и перемешивается в течение 1-2 мин. в зависимости от его количества;
- загружается наполнитель в виде алюмосиликатных полых сферических частиц и перемешивается 3-5 мин.;
- добавляется в приготовленную массу вода и смешивается 2-3 мин.;
- вводится выгорающий наполнитель в виде частиц молотых фруктовых косточек и перемешивается 3-5 мин.;
- загружается мелкодисперсный порошок керамической связки и смешивается в течение 4-6 мин.;
- загружается половина мелкодисперсного порошка декстрина и перемешивается 2-4 мин.;
- добавляется 50%-ный водный раствор лигносульфоната и смешивается 2-4 мин.;
- вводится предварительно подготовленная смесь из абразивного зерна с размером из диапазона 600-840 мкм с половиной запланированного количества мелкодисперсного порошка декстрина и перемешивается еще 3-5 мин.;
Однородность абразивной массы по заявленному техническому решению обеспечивается за счет того, что в практически готовую массу с гомогенным распределением абразивного зерна с базовым размером, предусмотренным характеристикой высокоструктурного инструмента, на завершающем этапе смешивания в увлажненную массу добавляются в небольшом количестве более тяжелые абразивные зерна больших размеров, покрытые слоем порошкового декстрина, что позволяет им за короткое время перемешивания-15% общего времени смешивания равномерно распределиться в объеме приготовляемой массы, снижая вероятность возможной ее сегрегации.
Для сравнительной оценки предложенного способа приготовления высокоструктурного абразивного инструмента на основе регламента смешивания формовочной массы относительно известного прототипа были изготовлены опытные круги прямого профиля с размерами 150×20×32 для измерения твердости и неуравновешенности масс (дисбаланса). Опытные круги изготавливались по 7 вариантам рецептурного состава на основе электрокорунда белого марки 25А на керамической связке К5 с составами, которые указаны в табл. 1.
Твердость определялась по глубине лунки пескоструйный методом в соответствии с ГОСТ Р52587-2006, а ее стабильность как параметр однородности абразивной массы определялась как среднеквадратичное отклонение значений глубины лунки по результатам 6 измерений на каждом варианте испытаний. Статический дисбаланс шлифовальных кругов, изготовленных по 7 вариантам их рецептурного состава по заявленному техническому решению и известному прототипу, определялся в соответствии с ГОСТ 3060-86.
Полученные результаты сравнительного анализа приведены в табл. 2.
По результатам испытаний, представленных в табл. 2, можно сделать заключение, что по всем принятым параметрам однородности абразивной массы, приготовленной по двум вариантам смешивания, заявленное техническое решение обеспечило лучшие показатели, чем по варианту известного прототипа.
Таким образом, заявленная совокупность признаков, указанных в формуле изобретения, позволяет по сравнению с прототипом обеспечить минимальные значения среднеквадратичного отклонения твердости в объеме и дисбаланса высокоструктурного абразивного инструмента с разнородной зернистостью, что свидетельствует о более высоком уровне однородности формовочной массы, приготовленной по заявленному техническому решению.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособность показал, что указанные в независимом пункте формулы изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения синергетического (сверхсуммарного) 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 предназначено 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 соответствует требуемым условиям патентоспособности "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость" по действующему законодательству.