СПОСОБ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
METHOD OF ABRASIVE TOOL IMPREGANTION

Изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.
Известны способы импрегнирования абразивного инструмента составами, содержащими органическое соединение и воду, с предварительной стадией обработки поверхности и пор инструмента растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) и последующей длительной стадией сушки (Авт. св. СССР №1248779, Кл. B24D 3/34, 1986, Бюл. №29; Авт. св. СССР №1604590, Кл. B24D 3/34, 1990, Бюл. №41).
Признаки совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором в течение определенного времени, последующая стадия сушки.
Причины, препятствующие поставленной задаче, - операция пропитки раствором ПАВ в ацетоне не экологична из-за испарения растворителя; состав для импрегнирования содержит остаточный высокотоксичный мономер - стирол, а стадия сушки занимает много времени; снижение сроков хранения импрегнированных абразивных инструментов, так как органические компоненты, входящие в водный раствор для импрегнирования инструмента, способствуют развитию в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку инструмента.
Известен способ импрегнирования абразивного инструмента (Авт. св. СССР №1726222, Кл. B24D 3/34, 1992, Бюл. №14), при котором применяемый импрегнатор акрилатного типа представляет собой линейный сополимер этилакрилата, метилметакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде.
Причины совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором, последующая сушка инструмента.
Причины, препятствующие поставленной задаче, - сложность состава импрегнатора; операция пропитки инструмента раствором ПАВ и последующая его сушка от воды требует большого времени; высокая стоимость сополимера этилакрилата, метилметакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакрилата в водной среде, причем указанные ПАВ пригодны только для корундового абразивного инструмента, что сужает области применения способа; снижение сроков хранения инструмента из-за появления в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку.
-1
За прототип принят известный способ импрегнирования абразивного инструмента (патент РФ №2284895, МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2006), при котором пропитку абразивного инструмента осуществляют органическим соединением, в качестве которого используют сополимер этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде, а пропитку абразивного инструмента ведут при комнатной температуре в течение 10-15 мин с предварительным вакуумированием, после чего абразивный инструмент помещают на 10-15 мин в емкость с водой при температуре 90-95°C для фиксации пропитывающего состава в его поровом пространстве и осуществляют конвективную сушку инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с при температуре 80-95°C в течение 10-12 ч.
-1
Признаки совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором при комнатной температуре в течение 10-15 мин и конвективная сушка его при вращении инструмента со скоростью 0,3-0,5 с.
Признаки, препятствующие поставленной задаче, - сложный и дорогостоящий состав водного раствора из органических компонентов; необходимость предварительного вакуумирования; высокие температуры пропитки и сушки импрегнированного инструмента; длительная стадия сушки; снижение сроков хранения инструмента из-за появления в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение состава и снижение стоимости компонентов, входящих в водный состав для импрегнирования абразивных инструментов, уменьшение времени и температуры сушки, увеличение сроков хранения абразивных инструментов.
Технический результат достигается тем, что абразивный инструмент помещают в водный раствор, содержащий 20-25 г дийодида хрома на литр воды для фиксации дийодида хрома в его поровом пространстве при периодическом встряхивании емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, а конвективную сушку инструмента осуществляют в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.
-1
Для достижения технического результата в предлагаемом способе импрегнирования абразивного инструмента, включающем пропитку последнего водным раствором при комнатной температуре в течение 10-15 минут и конвективную сушку его при вращении инструмента со скоростью 0,3-0,5 с, абразивный инструмент помещают в водный раствор, содержащий 20-25 г дийодида хрома на литр воды для фиксации дийодида хрома в его поровом пространстве при периодическом встряхивании емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, а конвективную сушку инструмента осуществляют в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.
-1
Способ импрегнирования абразивного инструмента заключается в приготовлении в специальной емкости (например, баке) водного раствора, содержащего 20-25 г дийодида хрома на литр воды, окунания в него при комнатной температуре в течение 10-15 минут абразивного инструмента, периодического встряхивания емкости с водным раствором дийодида хрома и импрегнируемым абразивным инструментом для выхода пузырьков воздуха и последующей конвективной сушки импрегнированного инструмента с использованием вентилятора при вращении импрегнируемого инструмента с угловой скоростью 0,3-0,5 с в течение 1,5-2 часов, которую осуществляют путем подачи от вентилятора воздуха, нагретого до температуры 40-50°C.
В процессе импрегнирования растворенный в воде диодид хрома легко проникает в поровое пространство абразивного инструмента за счет периодического встряхивания емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, обволакивает свободные поверхности абразивных зерен и, обладая высокой адгезионной способностью, прочно и надолго удерживается на них. С одной стороны, дийодид хрома, обладая высокими антисептическими свойствами, не позволяет бактериям появляться в поровом пространстве, увеличивая, тем самым, срок хранения абразивного инструмента. С другой стороны, в процессе шлифования при температуре в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали при температуре 550-650°C дийодид хрома разлагается с выделением йода, обладающего высокой химической активностью, который образует на обработанных поверхностях детали йодиды металла, обладающие низким коэффициентом трения и снижающие температуру шлифования в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали [см. Бутенко В.И., Гусакова Л.В. «Повышение эффективности шлифования поверхностей деталей машин». - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2012. - 176 с.]. Таким образом импрегнирование абразивных инструментов на керамической связке водным раствором дийодида хрома позволяет увеличить срок хранения импрегнированных абразивных инструментов при одновременном повышении их стойкости и существенном снижении количества прижогов на обработанной поверхности детали. Кроме этого, стоимость расхода дийодида хрома на литр воды в 10-13 раз ниже стоимости органических компонентов, входящих в водный раствор для импрегнирования абразивных инструментов по прототипу (см. патент РФ №2284895, МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2006), а время сушки импрегнированного инструмента уменьшается в 6-8 раз при снижении в 2 раза температуры нагрева воздуха, подаваемого вентилятором, что на 70-80% снижает расходы на электроэнергию, связанные с импрегнированием абразивных инструментов.
4
2
к
д
пр
вр
Для определения оптимального состава водного раствора и оптимальных режимов импрегнирования абразивных инструментов, включая количество дийодида хрома в водном растворе m, продолжительность t и температуру T конвективной сушки, были выполнены специальные исследования, включающие шлифование образцов из стали 35ХГСА диаметром 30 мм и длиной 320 мм на круглошлифовальном станке мод. 3М151 и последующую оценку кругов по интенсивности изнашивания J, времени хранения импрегнированных абразивных кругов L, а также параметров качества получаемого поверхностного слоя обработанного образца по таким показателям, как число прижогов N на площади 3×10 мм и относительной площади поверхности S, подвергнутой прижогам. Исследования проводились с использованием кругов ГШ 320×60×127 мм из электрокорунда 14А зернистости 25 на керамической связке средней твердости СМ1. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5%-ный водный раствор эмульсола Укринол-1. Были приняты следующие режимы шлифования образцов: скорость резания V=35 м/с, скорость вращения детали V=0,314 м/с, продольная подача S=0,02 м/с, подача врезания S=0,01 мм/дв.ход, число двойных ходов круга n=3.
В табл.1 приведены результаты выполненных исследований, полученные как средние значения по десяти последовательно выполненным экспериментам. Из анализа приведенных в табл.1 данных следует, что наилучшие результаты по интенсивности изнашивания J, срокам хранения импрегнированных шлифовальных кругов L, суммарным энергетическим и стоимостным затратам З, а также числу прижогов N и их относительной площади S на обработанной поверхности образцов достигаются при значениях m=20-25 г/литр, t=1,5-2 часа и T=40-50°C.
Таблица 1
Результаты исследования импрегнированных шлифовальных кругов при обработке стали 35ХГСА для установления оптимальных значений m и Т
№
m, г/л
T, град C
J, мг/час
L, годы
З, руб/круг
N, шт.
S, %
1.
15
20
3,3
2,0
12,8
18
35
2.
15
40
3,0
2,1
13,1
18
35
3.
15
50
2,8
2,2
13,2
17
30
4.
15
60
2,8
2,2
13,2
17
30
5.
20
20
2,9
2.2
13,0
16
25
6.
20
40
2,7
2,5
13,1
12
20
7.
20
50
2,5
2,8
13,3
10
15
8.
20
60
2,5
2,8
13,5
9
15
9.
25
20
2,5
2,8
13,4
12
20
9.
25
40
2,2
3,2
13,5
8
12
10.
25
60
2,2
3,3
13,6
8
13
11.
30
20
2,5
2,8
13,5
9
16
12.
30
40
2,2
3,2
13,8
8
12
13.
30
50
2,2
3,2
14,0
8
11
14.
30
60
2,2
3,2
14,2
7
12
Проведены сравнительные испытания шлифовальных кругов ПП 320×60×12714А25К1СМ1 35 м/с ГОСТ 2424-83, подвергнутых различным способам импрегнирования: по прототипу в соответствии с патентом РФ №2284895, МПК B24D 3/34 (БИПМ 328 (ч.I), 2006 г. и по предлагаемому способу импрегнирования абразивных инструментов. Шлифованию на указанных режимах резания подвергались образцы из сталей 35ХГСА, 20ХН2МА и сплава ХН62МВКЮ. Оценка эффективности способов импрегнирования шлифовальных кругов осуществлялась по интенсивности изнашивания J, сроку хранения кругов после импрегнирования L, числу прижогов на обработанной поверхности N и их относительной площади S. Результаты выполненных испытаний приведены в табл.2, из анализа которых следует, что при примерно одинаковых показателях по интенсивности изнашивания кругов J, числу прижогов на обработанной поверхности N и их относительной площади S предлагаемый способ импрегнирования абразивных инструментов позволяет: в 7-10 раз увеличить срок их хранения L, при этом средняя суммарная стоимость компонентов для импрегнировании абразивных инструментов снижается в 10-13 раз: с 32,5-48,0 руб/л по прототипу (патент РФ №2284895 МПК B24D 3734, БИПМ №28 (ч.I), 2006 г.) до 3,2-3,6 руб/л по предлагаемому способу при снижении в 2 раза температуры воздуха, подаваемого при сушке инструментов, и уменьшить в 6-8 раз время сушки, что на 70-80% снижает расходы электроэнергии, связанные с импрегнированием абразивных инструментов.
Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний импрегнированных шлифовальных кругов по прототипу (патент РФ №2284895 МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2008 г.) и предлагаемому способу
Способ импрегнирования кругов
Обрабатываемый
по прототипу
предлагаемый способ
материал
J, мг/час
L, годы
N, шт.
S, %
J, мг/час
L, годы
N, шт.
S,%
Сталь 35ХГСА
2,5
0,5
9
11
2,6
4,0
10
12
Сталь 20ХН2МА
2,4
0,4
10
12
2,4
4,0
10
11
Сплав ХН62МВКЮ
3,5
0,5
12
20
3,4
3,5
12
18