Состав алмазного инструмента

 

Изобретение относится к составам алмазного инструмента для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, например оптического стекла. Настоящее изобретение направлено на повышение износостойкости и стабильности формы алмазного инструмента за счет применения нового состава. Алмазный инструмент состоит из 1,2-полибутадиенового каучука, органического пероксида, минерального наполнителя, антифрикционной добавки и алмазного микропорошка. Применение перекисной вулканизации 1,2-полибутадиенового каучука позволяет получить алмазный инструмент, обладающий повышенными показателями по износостойкости и стабильности формы инструмента при высокой его производительности и высокой чистоте обрабатываемых поверхностей. 2 табл.

Изобретение относится к составам алмазного инструмента на органической связке для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, например, оптического стекла.

Для тонкого алмазного шлифования широко используются алмазные инструменты на основе полимерных связующих. В отличие от инструментов на металлических и керамических связках полимерные связующие обеспечивают получение низкой шероховатости обрабатываемой поверхности и минимальную глубину нарушенного слоя.

Однако связки на основе эпоксидных и фенольных смол, полиуретанов обладают низкой теплостойкостью и, как следствие, инструменты на таких связках характеризуются низкой производительностью, быстро теряют работоспособность (засаливаются) и точность формы инструмента.

Известно применение для финишной обработки металлических и неметаллических материалов алмазных инструментов на каучуковой связке [1] В состав таких связок входят бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующий агент - сера, ускорители вулканизации каптакс, тиурам, активатор вулканизации - оксид цинка, стабилизатор стеарат кальция, пластификатор дибутилфталат.

Для повышения адгезионных свойств каучука по отношению к алмазному зерну в состав связки входит пульвербакелит. Для повышения износостойкости каучуковых связок, а также улучшения формуемости инструмента связки содержат поливинилхлорид. Некоторые виды инструментов содержат в связках наполнители такие, как графит, нитрид кремния, фталоцианин меди.

Основным недостатком известных инструментов на основе синтетических каучуков, вулканизуемых серой и содержащих значительные количества дибутилфталата и термопластичного поливинилхлорида, является их низкая теплостойкость, что приводит к размягчению алмазоносного слоя, его необратимой деформации, потере режущих свойств и засаливанию инструмента в процессе работы.

Наиболее близким по технической сущности и применимости к предлагаемому изобретению является состав [2] состоящий из бутадиен-нитрильного каучука СКН-40 С (100,0 мас.ч.), вулканизующего агента серы (1,0 2,0 мас.ч.), ускорителей вулканизации каптакса (1,0 2,0 мас.ч.) и тиурама (0,3 1,0 мас.ч.), активатора вулканизации оксида цинка (3,0 5,0 мас.ч.), пластификатора дибутилфталата (25,0 35,0 мас.ч.), стабилизатора поливинилхлорида стеарата кальция (1,0 1,5 мас.ч.), адгезионной добавки - пульвербакелита (10,0 20,0 мас. ч.) и поливинилхлорида (50,0 60,0 мас.ч.), который используется для повышения износостойкости, стойкости к старению и формуемости связки.

Такой инструмент позволяет получать высокую чистоту обрабатываемой поверхности (для оптической керамики Ra=0,025 0,020 мкм) при относительно высокой производительности обработки.

Недостатком этого состава является низкая теплостойкость инструмента, обусловленная, во-первых, применением серной вулканизующей группы, что приводит к образованию нетермостабильных полисульфидных межмолекулярных связей при вулканизации инструмента, во-вторых, наличием в связке большого количества дибутилфталата и термопластичного поливинилхлорида. Низкая теплостойкость материала связки обусловливает пониженную износостойкость и малую формостойкость инструмента, что в сочетании с высокой эластичностью делает его практически непригодным для обработки деталей с высокими требованиями к геометрической точности исполнительных поверхностей.

Для получения инструмента, обладающего высокими значениями износостойкости и формостойкости, предлагается связку изготавливать на основе 1,2-полибутадиенового каучука, у которого облегчена межмолекулярная сшивка по 1,2 боковым двойным связям, а в качестве вулканизующего агента использовать органический пероксид (например, пероксид дикумила, пероксид бензола), который позволяет получить при вулканизации термостабильные углеродные межмолекулярные связи. Применение большого количества (7,0 10,0 мас.ч.) органического пероксида в сочетании с минеральными наполнителями такими, как белая сажа, каолин, тальк и др. позволяет достичь необходимой твердости материала. Использование антифрикционной добавки (например, дисульфида молибдена, графита), дает возможность достижения при обработке необходимых трибологических свойств таких, как уменьшение коэффициента трения контактирующих поверхностей, а также теплообразования в зоне обработки, что приводит к уменьшению износа инструмента и улучшению чистоты обрабатываемой поверхности.

Предлагаемый состав позволяет получить жесткий и прочный алмазный инструмент, обладающий высокими значениями износостойкости и формостойкости при высокой производительности и стабильности шлифования, а гибкоцепная природа высокомолекулярного каучука определяет получение обрабатываемых поверхностей с предельно низкими значениями шероховатости (Ra≈0,02 мкм) обработанных поверхностей.

Предлагаемый состав дает возможность получать алмазные инструменты по традиционной технологии изготовления резино-технических изделий.

В состав заявляемого инструмента входят следующие компоненты: 1,2-полибутадиеновый каучук 100 мас.ч. органический пероксид 7 10 мас.ч. антифрикционная добавка 3 15 мас.ч. минеральный наполнитель 5 - 60 мас.ч. алмазный микропорошок 5 15 мас.ч.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного тем, что в композиции используются перекисная вулканизация 1,2-полибутадиенового каучука, а также минеральный наполнитель и антифрикционная добавка. Это позволяет достичь высокой теплостойкости, жесткости и других необходимых эксплуатационных характеристик алмазного инструмента.

Приведенный состав алмазного инструмента, включающий 1,2-полибутадиеновый каучук (100 мас.ч.), органический пероксид (7 10 мас.ч.), антифрикционную добавку (3 15 мас.ч.), минеральный наполнитель (5 60 мас.ч.), алмазный микропорошок (5 15 мас.ч.) придает алмазному инструменту новые свойства значительное повышение износостойкости и стабильности формы инструмента.

ПРИМЕР 1. Согласно изобретению алмазный инструмент готовят следующим образом: на лабораторных вальцах в течение 20 мин при температуре валков 20 - 30^oC производят смешение каучука СКД-СР (100 мас.ч.), пероксида дикумила (8 мас. ч.), дисульфида молибдена (5 мас.ч.), белой сажи БС-50 (20 мас.ч.), алмазного микропорошка АСМ 14/10 (8 мас.ч.) (табл.1). Полученную смесь загружают в пресс-форму, формуют на гидравлическом прессе и выдерживают под давлением 5 МПа при температуре 150±5^oC в течение 60 мин. Инструменты испытывали по методу свободного притира на станке ШП-50А. В ходе испытаний обрабатывали заготовки из оптического стекла К8. Диаметр заготовки 75 мм, исходная шероховатость обрабатываемой поверхности Ra=0,10 0,15 мкм, частота вращения шпинделя 700 об/мин, удельное давление на инструмент 1 кг/см², время цикла обработки 60 с. Результаты испытаний представлены в табл.2.

ПРИМЕРЫ 2 10. В табл.1 2 представлены также предельно допустимые концентрации ингредиентов композиции, взаимозаменяемость отдельных компонентов смеси и показатели работоспособности представленных составов инструментов. Недостаток вулканизующего агента не дает возможности достичь его необходимой твердости, инструмент остается достаточно эластичным. Избыток органического пероксида приводит к растрескиванию материала в процессе вулканизации за счет избыточного тепловыделения. Количество минерального наполнителя влияет на твердость инструмента. Недостаток наполнителя приводит к его "засаливанию" в процессе работы, а большое его содержание влияет на чистоту обрабатываемых деталей. Малое количество антифрикционной добавки повышает коэффициент трения инструмента об обрабатываемую поверхность и дает возможность получить высокую чистоту поверхности, а увеличение его содержания не приводит к положительному эффекту. Содержание алмазного микропорошка менее 5 мас. ч. дает пониженную производительность, худшую чистоту обрабатываемой поверхности и низкую формостойкость. Повышение его содержания также приводит к ухудшению чистоты поверхности обрабатываемых деталей. Оптимальный состав предлагаемого инструмента представлен в примере 1.

На основании изложенного предлагаемый состав алмазного инструмента обеспечивает параметры обработки хрупких неметаллических материалов, которые необходимы в промышленности.

Формула изобретения

Состав алмазного инструмента для финишной обработки хрупких неметаллических материалов, содержащий каучук, вулканизирующий агент и алмазный порошок, отличающийся тем, что состав инструмента в качестве связующего содержит синтетический 1,2-полибутадиеновый каучук, в качестве вулканизирующего агента органический пероксид, а также дополнительно содержит минеральный наполнитель и антифрикционную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

1,2-Полибутадиеновый каучук 100 Органический пероксид 7 10 Антифрикционная добавка 3 15 Минеральный наполнитель 5 60 Алмазный порошок 5 15

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4