МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
MASS FOR PRODUCTION OF ABRASIVE WHEEL

Изобретение относится к производству абразивных инструментов на керамических связках с высокими номерами структуры.
Из уровня техники известна масса для изготовления высокопористого абразивного инструмента, содержащая жаростойкий наполнитель в виде полых сферических частиц из электрокорунда, причем величина сферических частиц равна 0,45-0,65 величины абразивных зерен при содержании последних 30-37 об.% (Авторское свидетельство №1073082, B24D 3/14, 1984 г.).
Основным недостатком абразивных инструментов, изготовленных из указанного состава, является то, что повышенная пористость достигается за счет увеличения содержания жаростойкого сферического наполнителя, что, в свою очередь, уменьшает твердость абразивного инструмента. Это приводит к повышенному износу инструмента при форсированных режимах обработки.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является масса для изготовления абразивного инструмента абразив, включающая керамическую связку и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата в виде смеси частиц размером от 5 до 560 мкм в количестве 2-200 об.% абразива. Дополнительно масса может содержать выгорающий наполнитель в количестве 5-250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя и наполнитель в виде полых сферических частиц из легкоплавкого стекла в количестве 5-100% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя как по отдельности, так и в смеси двух наполнителей с суммарным содержанием от 5 до 250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя (см. Патент РФ №2152298, B24D 3/18, 2000 г.).
Недостатком массы является не высокая технологичность изготовления шлифовальных кругов на ее основе по таким характеристикам как прочность сырца на излом и объемная деформация (усадка) при сушке и высокотемпературном обжиге инструмента с объемным содержанием абразивного зерна 42-30% соответственно для номеров структур 10-18.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание такой композиции элементов массы, которая обеспечивает повышенную прочность сырца, необходимую для формования инструмента с высокими номерами структуры, и высокую устойчивость к объемной деформации в процессе его обжига, что в итоге повышает технологичность изготовления шлифовальных дисков.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата, согласно изобретению, дополнительно содержит порообразующий наполнитель из вспученного перлита в виде зерен с замкнутыми порами размером 0,1-5 мм и пористостью до 85-90%, при этом компоненты массы выбраны в следующем соотношении, об.%:
абразив
26-42
керамическая связка
5-15
наполнитель из алюмосиликата
2,1-14
вспученный перлит
2,1-15
клеящие и увлажняющие добавки
10-15
естественные поры
остальное
Целесообразно с состав массы включать выгорающий наполнитель в количестве 10-100% от объемного содержания вспученного перлита.
Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.
2
2
3
По своему химическому составу перлит близок к алюмосиликату: в составе обеих наполнителей преобладает двуокись кремния SiO - до 65-75%, в меньшей степени присутствует окись алюминия AlO - до 16-31%. Аналогичный состав по содержанию двуокиси кремния и окиси алюминия имеют применяемые в производстве абразивного инструмента керамические связки.
Химическое сродство перлита и алюмосиликата с керамической связкой способствует их прочному сцеплению при высокотемпературном обжиге инструмента.
При использовании в качестве наполнителей алюмосиликатных полых сферических частиц и вспученного перлита в виде частиц, близких по форме к сферической и внутренней полостью, создает в процессе приготовления абразивной массы структуру инструмента с закрытой пористостью. Дополнительное введение в массу вспученного перлита обеспечивает создание закрытых пор более крупных размеров, чем это позволяют размеры полых сферических частиц из алюмосиликата.
Примеры использования вспученного перлита в качестве наполнителя абразивной массы приведены ниже.
Пример 1
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F60 со структурой N=10 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 25А F60
42
Керамическая связка К5С
9
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
2,1
Вспученный перлит (наполнитель)
2,1
Клеящие и увлажняющие добавки
12
Естественные поры
остальное
Пример 2
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из карбида кремния зеленого марки 64С зернистостью F80 со структурой N=12 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 64С F80
38
Керамическая связка КЗЗ
12,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
5
Вспученный перлит (наполнитель)
7
Клеящие и увлажняющие добавки
14
Естественные поры
остальное
Пример 3
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F80 со структурой N=16 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 25А F80
30
Керамическая связка К5С
10
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
6
Вспученный перлит (наполнитель)
15
Клеящие и увлажняющие добавки
13
Естественные поры
остальное
Пример 4
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F60 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 400 мкм (КФ40) и со структурой N=14 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 25 A F60
34
Керамическая связка К5С
7,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
5
Вспученный перлит (наполнитель)
12
Выгорающий наполнитель КФ40
12
Клеящие и увлажняющие добавки
13
Естественные поры
остальное
Пример 5
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F100 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 630 мкм (КФ63) и со структурой N=17 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 25A F100
28
Керамическая связка К5С
8
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
14
Вспученный перлит (наполнитель)
14
Выгорающий наполнитель КФ63
8
Клеящие и увлажняющие добавки
10
Естественные поры
остальное
Пример 6
Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F80 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 630 мкм (КФ63) и со структурой N=18 состоит из следующих компонентов, об.%:
Абразивное зерно 25А F80
26
Керамическая связка К5С
6,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)
13
Вспученный перлит (наполнитель)
10
Выгорающий наполнитель КФ63
10
Клеящие и увлажняющие добавки
11
Естественные поры
остальное
В абразивную массу для изготовления шлифовальных кругов с высокими номерами структуры дополнительно может вводиться в качестве наполнителя выгорающий при температуре обжига инструмента наполнитель, например, в виде молотых фруктовых косточек (примеры 4-6).
Выгорающий наполнитель в количестве 10-100% объемного содержания наполнителя в виде вспученного перлита при перемешивании абразивной массы в процессе ее приготовления способствует более равномерному распределению в объеме абразивных зерен и дисперсных частиц керамической связки. Выгорая в процессе обжига инструмента, он создает открытую пористость, объем которой пропорционален количеству вводимого порообразующего наполнителя. Поры на рабочей поверхности за счет улучшения охлаждения и складирования стружки повышают эффективность обработки.
Введение в состав абразивной массы выгорающего наполнителя может улучшить технологичность изготовления абразивного инструмента и повысить его эффективности, в частности, при обработке конструкционных материалов.
Все заявленные в формуле изобретения интервалы были получены экспериментальным путем. В материалах заявки представлены примеры экспериментальной проверки только по шести композициям.
Прочность сырца измерялась на приборе Ватта на предварительно отформованных брусках размером 250×35×10 мм (Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю.М.Ковальчук, В.А.Букин, Б.А. Глаговский и др. Под общей ред. Ю.М.Ковальчука. М.: Машиностроение, 1984. 288 с. С.157).
Для определения объемной деформации после обжига и твердости использовались плашки с диаметром 80 мм и высотой 20 мм. Объемная деформация образцов устанавливалась по разнице объемов образца до и после обжига. Твердость определялась по глубине лунки пескоструйным методом в соответствии с ГОСТ Р 52587-2006.
Механическую прочность на разрыв на образцах-восьмерках определяли на разрывной машине УМ-500 согласно методике, описанной в книге (Любомудров В.Е., Васильев Н.Н. Абразивные инструменты и их изготовление. - М - Л: Машгиз. 1953. - 352 с. С.135).
Все примеры и результаты указанных испытаний сведены в таблицу.
Таблица
Масса для изготовления абразивного инструмента
№
Заявленная масса
Масса по прототипу
Прочность сырца, КПа
Объемная деформация, %
Прочность сырца, КПа
Объемная деформация, %
1
64,1
1,8
39,3-43,7
5.2-12,8
2
59,2
1,1
3
58,9
3,6
4
50,4
3,2
5
47,8
4,3
6
47,9
4,4
Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле изобретения позволяет обеспечить повышенную прочность сырца, необходимую для формования инструмента с высокими номерами структуры, и устойчивость к объемной деформации в процессе его обжига.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического 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 соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.