СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОРГАНИЧЕСКИХ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ СВЯЗКАХ
METHOD OF THERMAL TREATMENT OF ABRASIVE TOOL STUFF ON ORGANIC THERMOSET BINDERS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии изготовления абразивных инструментов (АИ) на органических термореактивных связках (ОТС), предназначенных для обработки заготовок из различных металлов и сплавов. Данное изобретение распространяется на все типоразмеры АИ на ОТС, изготовленных из любых абразивных материалов.
Известен способ изготовления АИ на ОТС, включающий дозирование и перемешивание компонентов формовочной смеси (абразивных зерен, фенолоформальдегидной смолы и наполнителей), формование АИ, извлечение его из пресс-формы, сушку на воздухе, термическую обработку в печах с конвективным принципом нагрева, 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 АИ на ОТС, относится то, что указанная технология предусматривает достаточно длительный и энергоемкий процесс полимеризации связующего АИ в печах, в которых теплоносителем является воздух.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ изготовления АИ на ОТС (патент на изобретение №2349688, МКП С30В 33/02 / С.М. Михайлин, Л.В. Худобин, Н.И. Веткасов, А.И. Капустин, С.В. Жданов, Н.А Трефилов. Опубл. 20.03.09. Бюл. №8), включающий стадию предварительного нагрева группы полуфабрикатов АИ в микроволновом поле сверхвысокочастотной СВЧ-камеры частотой 2450 МГц для АИ толщиной до 100 мм и частотой 890…915 МГц для АИ толщиной свыше 100 мм до достижения температуры полной полимеризации ОТС и стадию последующей выдержки полуфабрикатов при этой температуре и равномерном принудительном удалении из свободного объема термостата в процессе термообработки в СВЧ-камере выделяющихся из полуфабрикатов летучих веществ (горячей парога-зовой смеси) потоком воздуха, создаваемым системой вытяжной вентиляции, которой оборудована СВЧ-камера, через щели, выполненные в передней и задней стенках термостата, исключающем возможность достижения парами летучих веществ состояния насыщения при сохранении максимального эффекта теплоизоляции рабочей зоны термостата и обеспечении разброса температуры полуфабрикатов внутри термостата не более ±10% от ее среднего уровня.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании указанного способа, относится то, что в процессе термообработки полуфабрикатов АИ отсутствует система управления циклом термообработки, что приводит к ухудшению качества абразивного инструмента (коробление, вспучивание и др.).
Технический результат - повышение качества АИ на ОТС.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления АИ на ОТС, включающем стадию предварительного нагрева группы полуфабрикатов АИ в микроволновом поле СВЧ-камеры частотой 2450 МГц для АИ толщиной до 100 мм и частотой 890…915 МГц для АИ толщиной свыше 100 мм до достижения температуры полной полимеризации ОТС и стадию последующей выдержки при этой температуре при равномерном принудительном удалении из свободного объема термостата в процессе термообработки в СВЧ-камере выделяющихся из полуфабрикатов летучих веществ потоком воздуха, создаваемым системой вытяжной вентиляции, которой оборудована СВЧ-камера, через щели, выполненные в передней и задней стенках термостата, исключающем возможность достижения парами летучих веществ состояния насыщения при сохранении максимального эффекта теплоизоляции рабочей зоны термостата и обеспечении разброса температуры полуфабрикатов внутри термостата не более ±10% от ее среднего уровня, особенность заключается в том, что осуществляют управление температурой нагрева полуфабрикатов в СВЧ-камере с помощью газоанализатора, установленного на выходе потока воздуха из упомянутой камеры, в зависимости от состава и концентрации летучих веществ в нем.
Газоанализатор, установленный на выходе потока летучих веществ из термостата, непрерывно контролирует состав и концентрацию веществ и подает соответствующие сигналы на блок задания режимов (БЗР) работы магнетронов, которые определяют режим нагрева полуфабрикатов, обеспечивая управление циклом термообработки, что приводит к улучшению качества АИ.
Заявляемое изобретение представляет собой способ термообработки АИ на ОТС. При реализации предлагаемого способа термообработки АИ на ОТС выполняют нагрев группы полуфабрикатов АИ в микроволновом поле СВЧ-камеры частотой 2450 МГц для АИ толщиной до 100 мм и частотой 890…915 МГц для АИ толщиной свыше 100 мм до достижения температуры полной полимеризации ОТС. Выдерживают полуфабрикаты при этой температуре. При этом в течении всего цикла термообработки осуществляют удаление из свободного объема термостата в процессе термообработки в СВЧ-камере выделяющихся из полуфабрикатов летучих веществ потоком воздуха, создаваемым системой вытяжной вентиляции, которой оборудована СВЧ-камера, через щели, выполненные в передней и задней стенках термостата, исключающем возможность достижения парами летучих веществ состояния насыщения при сохранении максимального эффекта теплоизоляции рабочей зоны термостата и обеспечении разброса температуры полуфабрикатов внутри термостата не более ±10% от ее среднего уровня. Для обеспечения высокого качества АИ в процессе СВЧ-термообработки осуществляют управление температурой нагрева полуфабрикатов в СВЧ-камере с помощью газоанализатора, установленного на выходе потока воздуха из упомянутой камеры, в зависимости от состава и концентрации летучих веществ в нем.
Пример реализации способа.
Выполняли термообработку полуфабрикатов шлифовальных кругов на бакелитовой связке (органическая термореактивная связка) 1 - 300*40*76 24А25НСМ1 7Б3 35 м/с на опытно-промышленной установке УМБ1Э, оснащенной 8 магнетронами мощностью 900 Вт каждый. Термообработку вели при частоте микроволнового излучения 2450 мГц. Общая масса садки (масса загруженных в СВЧ-камеру полуфабрикатов кругов) составила 160 кг.
С целью обеспечения равномерного прогрева всех полуфабрикатов, находящихся в СВЧ-камере, и создания условий для эффективной эвакуации при этом летучих веществ термообработку вели по схеме «набор температуры - пауза - набор» и т.д., а скоростью набора температуры по ходу операции термообработки управляли, согласовывая ее со скоростью полимеризации связки и составом и концентрацией выделяющихся летучих продуктов, контролируемых с помощью газоанализатора, установленного на выходе потока воздуха из СВЧ-камеры.
Для обеспечения выпуска продукции требуемого качества с максимальной производительностью, реализовали многоступенчатые циклы термообработки в СВЧ-камере, чередуя этапы быстрой накачки энергии с паузами, длящимися несколько минут. Эти паузы необходимы для пассивного обезгаживания, а также для выравнивания температуры по всему объему каждого полуфабриката, между полуфабрикатами в каждой стопке и во всей садке. В качестве примера в таблице приведена программа многоступенчатого цикла термообработки полуфабрикатов стандартных и композиционных шлифовальных кругов 1-300*40*76 24А25НСМ1 7Б3 35 м/с.
Как видно из таблицы, на первом этапе нагрева полуфабрикатов в СВЧ-камере энергия вводится небольшими дозами. Паузы длительностью 3…5 минут на участках программы до 60°С позволяют плавно прогреть полуфабрикаты и активизировать выделение летучих веществ (фенола и формальдегида), чтобы стабилизировать на последующих этапах процесс полимеризации связки и избежать недопустимых деформаций полуфабрикатов. Все это занимает 28… 31 мин (см. таблицу).
Начиная с 60°С, процесс выделения летучих веществ интенсифицируется, что фиксирует газоанализатор, без возникновения давления, способного разрушить размягчающиеся полуфабрикаты. Для выделения возрастающих объемов летучих веществ требуется больше времени, поэтому паузы удлиняют до 20 минут. Наибольшая скорость выделения возрастающих объемов летучих веществ наблюдается в интервале температур от 80 до 90°С, начинается испарение воды. Полуфабрикаты в этот период времени размягчаются в наибольшей степени и возрастает риск их разрушения, что требует увеличения времени пауз (см. таблицу). При дальнейшем повышении температуры до 120°С полуфабрикаты твердеют, а время пауз сокращают.
При повышении температуры от 120 до 220…245°С происходит и завершается процесс полимеризации связки, сопровождающийся выделением аммиака. Так как в это время полуфабрикаты находятся в твердом агрегатном состоянии, это выделение не оказывает влияния на их геометрическую форму, что позволяет вести процесс термообработки в СВЧ-камере на максимально возможной для данной камеры скорости набора температуры без пауз.
Таблица
Программа СВЧ-бакелизации полуфабрикатов стандартных и композиционных шлифовальных кругов 1-300×40×76
№ участка прогр.
Температура, °С
Пауза, мин
Накачка СВЧ-энергии, мин
Время от начала программы, мин
1
30
3
3
2
36
3
2
3
42
3
2
4
48
5
2
5
54
5
2
30
6
60
12
0
7
63
5
1
8
66
5
0
53
9
70
16
1
10
73
5
1
11
76
5
1
82
12
80
20
1
13
83
5
0
14
86
5
0
113
15
90
20
1
16
93
5
1
17
96
5
2
147
18
100
20
1
19
103
4
0
20
106
4
0
176
21
110
14
1
22
113
4
1
23
116
4
0
200
24
120
12
102
25
220
5
-
-
26
230
5
0
324
27
245
-
-
-
Итого, мин
-
324
Максимальная скорость нагрева, °С/мин
1,1…1,3
Максимальная масса, садки, кг
160
Температура полуфабрикатов после выгрузки, °С
187…209
Производительность, кг/ч
29,6