СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОРГАНИЧЕСКИХ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ СВЯЗКАХ
METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS ON ORGANIC THERMOSETTING BUNDLES

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов на основе органических термореактивных связок. Настоящее изобретение может быть применено для СВЧ-термообработки любых композиционных материалов и полуфабрикатов со связующим на основе органических термореактивных связок (ОТС) с наполнителями из совершенных и несовершенных диэлектриков, в том числе с любыми модифицирующими добавками из мелкодисперсных, включая наноразмерные, материалов разной природы. В частности, настоящее изобретение относится к технологии изготовления абразивных инструментов на органической термореактивной связке, предназначенных для абразивной обработки заготовок из различных металлов и сплавов. Данное изобретение распространяется на все типоразмеры абразивных инструментов, изготовленных из любых абразивных материалов.
Известен способ изготовления абразивных инструментов на бакелитовой связке, включающий дозирование и перемешивание компонентов формовочной смеси (абразивных зерен, фенолоформальдегидной смолы и наполнителей), формование абразивного инструмента, извлечение его из пресс-формы, сушку на воздухе, термическую обработку в печах с распространением тепла конвективным способом, последующую механическую обработку и контроль качества (см. Бакуль В.Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. - М.: Машиностроение, 1975. - С. 132-133). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления абразивных инструментов на бакелитовой связке, относится то, что указанная технология предусматривает достаточно длительный и весьма энергоемкий процесс полимеризации связующего шлифовальных кругов в печах, в которых теплоносителем является воздух. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ изготовления абразивного инструмента на бакелитовой связке (патент РФ №2294825 опубл. 10.03.2007), при котором смесь абразивных зерен, связки и наполнителя формуют в пресс-форме без нагрева. После этого полуфабрикат абразивного инструмента извлекают из пресс-формы, сушат на воздухе, подвергают термообработке, включающей стадии предварительного прогрева и отвердения группы полуфабрикатов абразивных инструментов в микроволновом поле СВЧ-камеры с частотой 2450 МГц при изготовлении абразивного инструмента толщиной до 100 мм и с частотой 890-915 МГц при изготовлении абразивного инструмента толщиной свыше 100 мм до достижения температуры полной полимеризации бакелитовой связки с последующей выдержкой при этой температуре, механической обработкой абразивного инструмента и контролем его качества. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании указанного способа, относится то, что он не позволяет производить термообработку полуфабрикатов изделий из композиционных материалов, состоящих из частей с различными радиопоглощающими свойствами.
Технический результат - уменьшение длительности технологического цикла термообработки и удельных энергозатрат, расширение области применения СВЧ - оборудования для термообработки полуфабрикатов изделий из композиционных материалов на органических термореактивных связках, а также повышение качества абразивного инструмента.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления изделий из композиционных материалов на органических термореактивных связках, состоящих из частей с различными радиопоглощающими свойствами, включающем дозирование и перемешивание компонентов формовочной смеси, формование полуфабрикатов изделий из композиционных материалов в пресс-форме с последующим извлечением их и сушкой на воздухе, полный цикл термообработки, включающий стадии предварительного прогрева и отвердения группы полуфабрикатов изделий в микроволновом поле СВЧ-камеры до достижения температуры полной полимеризации органической термореактивной связки с выдержкой при этой температуре, а также механическую обработку изделия и контроль его качества, особенность заключается в том, что в часть формовочной смеси, предназначенной для приготовления полуфабриката и имеющей меньшие радиопоглощающие свойства, перед перемешиванием вводят радиопоглощающий наполнитель, в количестве необходимом для относительного выравнивания радиопоглощающих свойств по всему объему полуфабриката изделия из композиционного материала на органической термореактивной связке.
Заявляемый способ изготовления изделий из композиционных материалов на органических термореактивных связках осуществляется следующим образом. На первом этапе дозируют компоненты формовочных смесей различных частей полуфабриката, в том числе радиопоглощающие наполнители, затем их перемешивают и формуют комбинированные полуфабрикаты изделий в пресс-форме с их последующим извлечением и сушкой на воздухе. Далее осуществляют полный цикл термообработки, включающий стадии предварительного прогрева и отвердения группы полуфабрикатов абразивных инструментов в микроволновом поле СВЧ-камеры до достижения температуры полной полимеризации органической термореактивной связки с последующей выдержкой при этой температуре. На заключительной стадии выполняют механическую обработку изделия и контроль его качества. Добавление радиопоглощающего наполнителя в часть формовочной смеси полуфабриката, имеющей меньшие радиопоглощающие свойства, перед ее перемешиванием, обеспечивает возможность СВЧ-термообработки изделий, представляющих собой комбинацию из частей с различным составом. Выравнивание радиопоглощающих свойств по всему объему полуфабриката изделия и обеспечение равномерности нагрева, позволяет уменьшить длительность технологического цикла термообработки и удельные энергозатраты при изготовлении абразивного инструмента на органической термореактивной связке за счет создания оптимальных условий протекания процесса полимеризации связующего путем связывания части влаги, содержащейся в формовочной смеси, и более равномерного нагрева полуфабрикатов по объему в процессе их термообработки в СВЧ-поле вследствие увеличения теплопроводности материала полуфабрикатов. Как следствие, улучшаются условия для отвода выделяющихся в процессе СВЧ-термообработки низкомолекулярных летучих веществ. Уменьшение количества низкомолекулярных летучих веществ, выделяющихся в процессе термообработки, и улучшение условий для их отвода при полимеризации связующего оказывают благоприятное влияние на качество абразивного инструмента.
Об эффективности предлагаемого способа изготовления изделий из композиционных материалов на ОТС можно судить по результатам сравнения двух вариантов изготовления АИ, состоящих из двух частей: рабочей и нерабочей (центральной). В ходе реализации первого варианта была изготовлена партия полуфабрикатов комбинированных шлифовальных кругов, в состав центральной части которых в качестве абразивного материала входили карбид кремния черный и электрокорунд белый, а в состав рабочей части - электрокорунд циркониевый и электрокорунд белый. В качестве связующего применяли СФП-0119А. Полуфабрикаты в партии отличались составом, в частности, массовым соотношением абразивных материалов в рабочей и нерабочей частях полуфабрикатов, при этом во всех полуфабрикатах рабочая и нерабочая части существенно отличались радиопоглощающими свойствами. Была произведена СВЧ-термообработка полуфабрикатов по заранее отработанным режимам в условиях эффективной радиопрозрачной теплоизоляции. Исследование термообработанных полуфабрикатов показало, что при полной бакелизации рабочей части полуфабрикатов, центральная часть не была полностью бакелизирована ни у одного полуфабриката партии.
Для реализации второго варианта изготовления АИ был произведен расчет необходимого количества радиопоглощающего наполнителя для относительного выравнивания радиопоглощающих свойств комбинированного полуфабриката, после чего были изготовлены полуфабрикаты с модифицированной рецептурой рабочей части. В качестве радиопоглощающего наполнителя использовали мелкодисперсный графит в количестве 0,5…1,5% (по массе), в зависимости от исходной рецептуры полуфабриката. Далее была произведена СВЧ-термообработка полуфабрикатов в условиях эффективной радиопрозрачной теплоизоляции. Неравномерность СВЧ-нагрева не превышала ±12%. Исследование термообработанных полуфабрикатов показало, что и рабочая и нерабочая части всех комбинированных полуфабрикатов прошли полную бакелизацию. Следов перебакелизации выявлено не было.