Алмазный инструмент для финишной обработки и способ его изготовления

 

Изобретение относится к составам и способам изготовления алмазного инструмента для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, например, оптического стекла. Сущность изобретения: алмазный инструмент состоит из диенового синтетического каучука, антифрикционной добавки, минерального наполнителя, органического пероксида и алмазного микропорошка. Способ его получения предусматривает смешение компонентов на резиносмесительном оборудовании, вулканизацию резиновой смеси в пресс-форме под давлением и дополнительную термообработку в свободном состоянии при повышенной температуре. Получаемый таким образом инструмент обладает повышенной износостойкостью и формостойкостью при высокой его работоспособности и позволяет получить поверхности с низкими значениями шероховатости. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к составам и способам изготовления алмазного инструмента для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, например, оптического стекла.

Для тонкого алмазного шлифования широко используют алмазные инструменты на металлических и керамических связках, изготовленные методом порошковой металлургии [1] Они обладают высокой износостойкостью и стабильностью формы, однако не обеспечивают получение низкой шероховатости обрабатываемой поверхности (Ra 0,15-0,10 мкм).

Инструменты на полимерных связующих позволяют получать более низкую шероховатость поверхности (Ra 0,10-0,01 мкм). Однако, связки на основе эпоксидных и фенольных смол, полиуретанов обладают низкой теплостойкостью и, как следствие, инструменты на таких связках быстро теряют работоспособность (засаливаются), характеризуются низкой производительностью. Разработка металлополимерных связок позволяет повысить работоспособность алмазных инструментов, но, при этом, ухудшается качество обработанной поверхности [1] Известно применение для финишной обработки металлических и неметаллических материалов алмазных инструментов на каучуковой (вулканитовой) связке [1] В состав таких связок входят синтетический каучук, сера, ускорители и активаторы вулканизации, пластификаторы, поливинилхлорид, пульвербакелит и наполнители. Основными недостатками известных инструментов на основе синтетических каучуков, вулканизуемых серой, является их низкая теплостойкость, обусловленная нетермостабильными полисульфидными межмолекулярными связями, а также наличием термопластичного поливинилхлорида и пластификатора.

Вследствие малой теплостойкости связки зерна алмазного микропорошка, разогреваемые при трении об обрабатываемую поверхность, необратимо утапливаются в связку, что приводит к потере работоспособности инструмента и обуславливает его низкую формостойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является состав [2] состоящий из синтетического каучука СКН-40 (100 мас.ч.), и в котором в качестве вулканизующего агента используется сера ( 1-2 мас.ч. ), в качестве ускорителей вулканизации каптакс (1-2 мас.ч.) и тиурам (0,3-1,0 мас. ч.), активатора вулканизации окись цинка (3-5 мас.ч.), пластификаторов дибутилфталата (25-35 мас.ч.) и стеарата кальция (1,0-1,5 мас.ч.). В композицию входит также пульвербакелит (10-20 мас.ч.), который используется в качестве адгезионной добавки и поливинилхлорид (50-60 мас.ч.) для повышения износостойкости, стойкости к старению и формуемости связки. Такой инструмент позволяет получать высокую чистоту обрабатываемой поверхности (для оптической керамики Ра 0,020 мкм) при относительно высокой производительности обработки.

Недостатком этого состава является низкая теплостойкость инструмента, обусловленная наличием серной вулканизующей группы и большого количества поливинилхлорида и пластификаторов, а также высокая эластичность, что делает его практически непригодным для обработки деталей с высокими требованиями к геометрической точности исполнительных поверхностей.

Известен способ изготовления алмазных инструментов на основе синтетических каучуков путем их вулканизации в пресс-форме при 170-180^оС в течение 20-35 мин и последующей термообработке в свободном состоянии при 170-180^оС в течение 4-х ч. Дополнительная термообработка приводит к более глубокой вулканизации материала, увеличению твердости инструмента и некоторому снижению степени деформации связки при повышенных температурах [1] Однако, это не дает возможности устранить размягчение и деформирование эбонитовой каучуковой связки, которая обладает термопластичными свойствами вследствие наличия значительных количеств поливинилхлорида и пластификатора. Таким образом такой способ не может привести к достижению достаточных значений износостойкости и формостойкости инструмента.

Целью изобретения является повышение износостойкости и стабильности формы алмазного инструмента для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, например, оптического стекла.

Поставленная цель достигается тем, что в состав инструмента входит диеновый синтетический каучук и органический пероксид в качестве вулканизующего агента. Это позволяет сформировать и частично вулканизовать инструмент в пресс-форме традиционным способом с последующей термообработкой инструментов в свободном состоянии при повышенной температуре для достижения необходимого комплекса свойств. При таком способе изготовления инструмента образуются прочные и термостабильные углерод-углеродные межмолекулярные связи и достигается оптимальная жесткость материала, что обеспечивает высокую износостойкость и формостойкость алмазного инструмента при высокой производительности и стабильности шлифования. Оптимальная жесткость полученных инструментов, связанная со структурой сильно сшитой высокомолекулярной матрицы на основе гибкоцепных каучуков, определяет и получение шлифованных поверхностей с предельно низкими значениями шероховатости Ra 0,02 мкм.

В состав предлагаемого инструмента входят следующие компоненты: диеновый синтетический каучук 100 мас.ч. органический пероксид 1-5 мас.ч. антифрикционная добавка 3-15 мас. ч. минеральный наполнитель 5-60 мас.ч. алмазный микропорошок 5-15 мас.ч.

Способ изготовления предлагаемого инструмента отличается от существующих тем, что после формования и предварительной вулканизации резиновой смеси в пресс-форме при 140-160^оС в течение 10-20 мин, инструмент извлекают из пресс-формы и термостатируют в свободном состоянии в сушильном шкафу при 250-320^оС в течение 2-5 ч в зависимости от природы каучука.

Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав алмазного инструмента, при указанном способе его изготовления, отличается от известных тем, что в композиции используется диеновый синтетический каучук, а в качестве вулканизующего агента органический пероксид. Способ изготовления такого инструмента отличается от известных тем, что указанный состав предварительно вулканизуется в пресс-форме, а затем дополнительно термообрабатывается в свободном состоянии при повышенных (свыше 200^оС) температурах. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Приведенный состав алмазного инструмента, включающий диеновый синтетический каучук (100 мас.ч.) органический пероксид (1-5 мас.ч.), антифрикционную добавку (3-15 мас.ч.), минеральный наполнитель (5-60 мас.ч.), алмазный микропорошок (5-15 мас.ч.), а также способ его изготовления, включающий смешение компонентов, формирование и частичную вулканизацию смеси в пресс-форме при 140-160^оС в течение 10-20 мин и термообработку инструментов в свободном состоянии при 250-320^оС в течение 2-5 ч придает алмазному инструменту новые свойства значительное повышение износостойкости и стабильности формы инструмента, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".

Формула изобретения

1. Алмазный инструмент для финишной обработки неметаллических материалов, содержащий алмазный порошок, каучуковое связующее, вулканизующий агент, антифрикционную добавку и минеральный наполнитель, отличающийся тем, что инструмент содержит в качестве каучукового связующего диеновый синтетический каучук, а в качестве вулканизующего агента органический пероксид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Диеновый синтетический каучук 100 Антифрикционная добавка 3 15 Органический пероксид 1 5 Минеральный наполнитель 5 60 Алмазный микропорошок 5 15 2. Способ изготовления алмазного инструмента на основе синтетического каучука, при котором осуществляют вулканизацию резиновой смеси в пресс-форме и дополнительную термообработку в свободном состоянии, отличающийся тем, что берут резиновую смесь на основе диенового синтетического каучука и органического пероксида, а термообработку в свободном состоянии осуществляют при 250 320^oС в течение 2 5 ч.