СОСТАВ ДЛЯ ПРОПИТКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
ABRASIVE TOOL IMPREGNATION COMPOSITION

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации абразивных инструментов.
Известны составы для пропитки абразивного инструмента, содержащие растворенные органические соединения с последующей стадией сушки без дополнительной термообработки (Авт. св. СССР №1283069, кл. B24D 3/34, 1987, Бюл. №2; Авт. св. СССР №1710324, кл. B24D 3/34, 1992, Бюл. №5; Авт. св. СССР №865646, кл. B24D 3/34, 1977, Бюл. №35).
Однако известные составы для пропитки абразивного инструмента имеют следующие недостатки: ограниченная область применения; повышение стойкости абразивного инструмента и качество обработанной поверхности незначительны.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является состав для пропитки абразивного инструмента по Авт. св. СССР №1710324, кл. B24D 3/34, 1992, Бюл. №5.
Импрегнатор, применяемый в данном составе, водный раствор карбамида и тиокарбамида. Данный импрегнатор имеет ряд значительных недостатков, таких как: ограниченная область применения, только при операциях шлифования без использования смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) вследствие высокой степени растворимости карбамида и тиокарбамида в воде и других органических растворителях; количество химически активных веществ непосредственно в зоне контакта абразивного зерна и металла незначительно; повышение стойкости абразивного инструмента и шероховатости обрабатываемой поверхности несущественно.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении стойкости абразивного инструмента, улучшении качества обрабатываемой поверхности и в возможности применения абразивного инструмента, пропитанного данным составом, при шлифовании с СОЖ.
Это достигается тем, что в составе для пропитки абразивного инструмента, содержащем растворитель и органическое вещество, при этом в качестве органического вещества при импрегнировании используют газообразователь - азодикарбонамид, а в качестве растворителя - диметилформамид при следующем соотношении ингредиентов, масс.%: азодикарбонамид 5-7, диметилформамид остальное.
Азодикарбонамид нетоксичен, практически не растворим в воде и большинстве органических растворителей, что не исключает возможность применения его в качестве импрегнатора абразивного инструмента при шлифовании не только всухую, но и с СОЖ.
При контакте зерна с обрабатываемой поверхностью в зоне контакта развиваются высокие температуры. В результате воздействия этих температур (190-210°С) азодикарбонамид распадается с энергичным выделением газовой фазы. В зоне контакта в большом количестве создается активная газовая среда из различных элементов (азот, углекислый газ, оксид углерода, аммиак), которые интенсивно взаимодействуют со свежеобразованными ювенильными поверхностями с образованием карбонилов и нитридов металла, тем самым экранируя адгезионное взаимодействие между абразивным зерном и металлом. При этом карбонилы обладают хорошей смазывающей способностью в области низких температур (200-250°С), тогда как нитриды являются эффективными высокотемпературными смазками.
В предлагаемом составе в результате разложения азодикарбонамида создается обильный поток газов, которые проникают в зону контакта в условиях высоких давлений и температур. Помимо физической адсорбции и хемосорбции, металл поглощает газы внутрь объемной фазы, следствием этого является его приповерхностная неоднородность, образуются микроучастки металла с растворенной газовой составляющей. Все эти процессы влияют на динамику резания, что приводит к уменьшению силы диспергирования металла и снижению нагрузки на зерно, тем самым увеличивая стойкость абразивного инструмента.
Комбинация воздействий продуктов разложения азодикарбонамида в зоне контакта увеличивает стойкость абразивного инструмента. Шероховатость обработанной поверхности благодаря повышенной стойкости абразивного инструмента, положительной динамике резания и наличию высокотемпературных смазочных пленок уменьшается.
Известно применение азодикарбонамида в качестве компонента смазки для абразивной обработки металлов (Авт. св. СССР №1532374, кл. С10М 133/28, 1989, Бюл. №48; Авт. св. СССР №1726499, кл. С10М 125/22, 1992, Бюл. №14). Однако действие его в составе сводится к отводу тепла из зоны резания, что несущественно при экзотермическом характере разложении азодикарбонамида. Кроме того, эффективность его применения ограничивается вследствие экранирующего воздействия на металл других компонентов смазки, что затрудняет образование нитридов металла - высокотемпературных смазок. Образование в зоне контакта высокотемпературных смазок играет определяющую роль в процессе шлифования, т.к. мгновенная температура в зоне резания может достигать значений более 1000°С. Импрегнирование в отличие от твердых смазок позволяет равномерно распределить активный компонент по всему объему инструмента, что обеспечивает наилучшую результативность его действия. Одновременно с этим достаточно полно и равномерно пропитанный абразивный инструмент будет иметь постоянные характеристики процесса шлифования, что скажется и на улучшении качества поверхности шлифуемого изделия.
Азодикарбонамид - малорастворимое вещество и по существу растворяется только в диметилформамиде и диметилсульфооксиде. Выбор диметилформамида в качестве растворителя обоснован наименьшим временем, затрачиваемым на сушку абразивного инструмента после пропитки.
Импрегнирование абразивного инструмента реализуется следующим образом.
Азодикарбонамид растворяют в диметилфордамиде в диапазоне 5-7% от массы растворителя при температуре растворителя 40-50°С.
Процесс импрегнирования производился методом свободного капиллярного поднятия с последующей сушкой при температуре окружающей среды без дополнительной термообработки в течение 20-30 часов в хорошо проветриваемом помещении или с процессом сушки в печи при температуре 80-100°С в течение 2-3 часов.
После сушки количество азодикарбонамида в круге характеристики 25AF60K7V (25А25СМ27К5) составляет 1,5-2% от массы круга при концентрации раствора 5-7 масс.%.
Испытания пропитанных кругов проведены на станке 3Г71. Режимы шлифования: скорость круга 28 м/с, скорость стола 3-6 м/мин, глубина шлифования 0,02 мм/дв. ход. Шлифуемый материал - быстрорежущая сталь Р6М5. Шлифование выполняли без охлаждения и с охлаждением содовым раствором (0,3% кальцинированной соды). В аналогичных условиях были проведены испытания кругов, пропитанных составом-прототипом.
Эффективность работы абразивного инструмента оценивают коэффициентом шлифования и шероховатостью обработанной поверхности. Экспериментальные данные представлены в таблице.
Лучшие результаты получены при концентрации азодикарбонамида в растворе 7 масс.%. При концентрации азодикарбонамида в растворе менее 5 масс.% эффект от применения незначителен. Повышение концентрации азодикарбонамида в растворе более 7 масс.% невозможно из-за максимальной степени его растворимости в диметилформамиде.
Данные таблицы подтверждают эффективность использования раствора азодикарбонамида в качестве импрегнатора абразивного инструмента. Использование импрегнирующего состава, содержащего азодикарбонамид, позволило повысить качество обработанной поверхности на 20-30% по сравнению с кругами, пропитанными импрегнирующим составом-прототипом. Также шлифование инструментом, пропитанным раствором азодикарбонамида, приводит к повышению коэффициента шлифования в 1,5 раза по сравнению с составом-прототипом, что, в свою очередь, приводит к увеличению производительности шлифования этим инструментом.
Импрегнатор
Содержание, масс.%
Скорость стола, м/мин
3
6
6 (с охлаждением)
Шероховатость Ra, мкм
Коэффициент шлифования
Шероховатость Ra, мкм
Коэффициент шлифования
Шероховатость Ra, мкм
Коэффициент шлифования
Карбамид
7
0,9
8
0,7
12
0,8
10
Тиокарбамид
5
Вода
88
Азодикарбонамид
5
0,75
10
0,6
14
0,5
15
Диметилформамид
95
Азодикарбонамид
7
0,7
12
0,5
17
0,4
18
Диметилформамид
93
Еще более значимые результаты показывает сравнение прототипа и предлагаемого импрегнатора с применением в процессе шлифования охлаждения водным раствором соды. Вследствие вымывания состава-прототипа потоком СОЖ его эффективность резко снижается. При этом качество обработанной поверхности с использованием в качестве импрегнатора раствора азодикарбонамида при прочих равных условиях повысилось в 2 раза, коэффициент шлифования - в 1,8 раз.