Состав алмазного инструмента

Изобретение относится к составам алмазного инструмента для шлифования труднообрабатываемых неметаллических материалов, особенно кристаллических материалов, таких как лейкосапфир, кварц, карбид кремния. Алмазный инструмент содержит, мас.ч.: диеновый синтетический каучук 100; органический пероксид 0,5-50; минеральный наполнитель 40-120; технический углерод 5-50; гидрид титана 10-50; пластификатор 5-20; алмазный порошок 5-150. В качестве пластификатора используются олигоэфиракрилаты и/или диеновые олигомеры. Инструмент позволяет повысить производительность и стабильность процесса механической обработки при низкой величине шероховатости обработанной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Данное предложение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов и может быть использовано для механической обработки (шлифования) труднообрабатываемых неметаллических материалов, таких как лейкосапфир, кварц, карбид кремния.

Известен состав алмазного инструмента [1], включающий эпоксидную смолу, отвердитель, алмазный порошок, наполнитель, полигидридсилоксан и в качестве функциональной добавки муравьиную кислоту.

Известен также состав массы для изготовления инструмента для алмазно-абразивной обработки [2], включающий эпоксидную смолу, отвердитель, абразив, смесь двуокиси церия с аминопластами и/или фенопластами, полигидридсилоксан, в котором в качестве абразива использована смесь алмазного порошка и вспомогательного абразива-корунда, карбида кремния, карбида бора, нитрида бора или их смеси.

Однако инструменты таких составов эффективно работают при шлифовании труднообрабатываемых материалов только в присутствии вспомогательных абразивных таблеток [3] или абразивосодержащего наполнителя, заполняющего пространство между алмазными элементами [4].

При этом эффективность работы таких инструментов обеспечивается принудительным вскрытием алмазных элементов под воздействием свободного абразива, выделяющегося из абразивных материалов в процессе шлифования. Это значительно снижает износостойкость алмазного инструмента и, как следствие, приводит к быстрой потере его геометрической формы, особенно при обработке сферических оптических деталей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является алмазный инструмент для механической обработки неметаллических материалов [5], содержащий, мас.ч.:

Диеновый синтетический каучук 100
Органический пероксид 0,5-5
Минеральный наполнитель 5-55
Технический углерод 55-5
Алмазный порошок 5-80

Такой инструмент обеспечивает высокую производительность, износостойкость и формостойкость, а также получение обрабатываемых поверхностей с низкой величиной шероховатости.

Недостатком известного инструмента является тот факт, что при шлифовании труднообрабатываемых кристаллических материалов, таких как лейкосапфир, кварц, карбид кремния, указанный инструмент обладает низкой стабильностью съема припуска, что приводит к быстрой потере его режущей способности.

Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в том, чтобы обеспечить при использовании предложенного алмазного инструмента повышение стабильности процесса механической обработки при высокой производительности и низкой величине шероховатости обработанной поверхности за счет изменения его состава.

Это достигается тем, что в состав алмазного инструмента, содержащего диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок, дополнительно вводят гидрид титана и олигоэфиракрилаты и/или диеновые олигомеры в качестве пластификатора.

Целесообразно, чтобы компоненты алмазного инструмента были взяты в следующем соотношении, мас.ч.:

Диеновый синтетический каучук 100
Органический пероксид 0,5-5
Минеральный наполнитель 40-120
Технический углерод 5-50
Гидрид титана 10-50
Пластификатор 5-20
Алмазный порошок 5-150

При этом в качестве минерального наполнителя используют смесь оксидов в соотношении, мас.ч:

Оксид кремния 10-100
Оксид алюминия 10-100
Оксид железа 10-60

а в качестве пластификатора - олигоэфиракрилаты и диеновые олигомеры, имеющие активные функциональные группы.

При исследовании отличительных признаков описываемого состава алмазного инструмента не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся состава заявленной композиции.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию ”НОВИЗНА”.

Сравнение заявленного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [1, 2] показывает, что заявленное решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем; что в нем не выявлены признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию ”ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

Готовят композицию путем смешивания компонентов на вальцах, вулканизацией заготовок инструмента в пресс-форме под давлением и их термообработкой в свободном состоянии при температуре 280÷300°С.

Алмазный инструмент для обработки труднообрабатываемых неметаллических материалов должен обладать высокими значениями твердости и прочности в сочетании с повышенной хрупкостью материала, способствующей самозатачиванию инструмента в процессе работы.

Кроме того, связка инструмента должна обладать высокой теплостойкостью, исключающей внедрение в нее алмазного зерна при разогреве во время трения об обрабатываемую поверхность и прочное адгезионное закрепление алмаза в связке.

Присутствие в составе смеси оксидов кремния, алюминия и железа способствует повышению твердости связки и самозатачиванию алмазного инструмента в процессе обработки твердых кристаллических материалов.

Оксид железа способствует также повышению теплостойкости связки и, как полирующий агент, уменьшению шероховатости обработанной поверхности. Гидрид титана при достаточно высоких температурах термообработки заготовок алмазного инструмента (280÷300°С) частично разлагается с выделением водорода, который препятствует термоокислительной деструкции макромолекул каучука, а в процессе шлифования - играет роль восстановителя окисленных поверхностей обрабатываемых материалов.

Так как предлагаемый состав алмазного инструмента является высоконаполненной системой, при его изготовлении возникают трудности, связанные с большой вязкостью резиновой смеси. Для уменьшения вязкости высоконаполненной композиции при смешении компонентов в состав смеси вводится пластификатор, который уменьшает вязкость лишь во время изготовления композиции, а при вулканизации и термообработке заготовок алмазного инструмента смешивается с эластомерной матрицей и входит в ее структуру. Кроме того, олигоэфиракрилаты и диеновые олигомеры, имеющие активные функциональные группы, играют роль адгезионных добавок, способствующих химическому взаимодействию между полимерной матрицей и твердыми частицами наполнителей, и, следовательно, повышению прочностных свойств и твердости композиции, а также прочному закреплению алмазного зерна в связке инструмента.

Количество вводимых компонентов и их соотношение в составе алмазного инструмента определяется, во-первых, способностью к переработке композиции, во-вторых, влиянием количества каждого компонента на прочностные свойства получаемого высоконаполненного материала, в-третьих, влиянием каждого компонента на работоспособность инструмента при обработке того или иного материала. Учитывая роль твердофазных химических реакций, происходящих во время механической обработки материалов алмазным инструментом, при выборе компонентов минерального наполнителя необходимо учитывать состав обрабатываемого материала. Например, при обработке материалов на основе оксида кремния (кварц) в связке инструмента (в качестве минерального наполнителя) должно быть повышенное содержание оксида алюминия, а при обработке материалов, содержащих оксид алюминия (лейкосапфир), - оксида кремния.

Пример 1.

Алмазный инструмент готовят следующим образом: на резиносмесительных вальцах производят смешение бутадиен-нитрильного каучука с 40% содержанием нитрила акриловой кислоты (100 мас.ч.), дикумилпероксида (3 мас.ч.), минерального наполнителя (100 мас.ч.), [диоксида кремния (60 мас.ч.), оксида алюминия (20 мас.ч.), оксида железа (20 мас.ч.)], технического углерода (40 мас.ч.), гидрида титана (40 мас.ч.), олигоэфиракрилата марки ТГМ-3 (10 мас.ч.) и алмазного порошка с размером зерен 20÷40 мкм (30 мас.ч.).

Полученную смесь загружают в пресс-форму, формуют на гидравлическом прессе и выдерживают при давлении 5±0,2 МПа при температуре 170±5°С в течение 15 минут.

Полученные эластичные заготовки помещают в сушильный шкаф и подвергают термообработке в свободном состоянии при температуре 300°С в течение 4 часов.

Инструменты испытывали по методу свободного притира на шлифовальном станке. В ходе испытаний обрабатывали заготовки из лейкосапфира, кристаллического кварца и карбида кремния. Диаметр заготовки - 75 мм, частота вращения шпинделя - 700 об/мин, удельное давление на инструмент - 1 кг/см2, время цикла обработки - 60 секунд. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 2.

Аналогичен примеру 1, за исключением состава минерального наполнителя: диоксид кремния - 20 мас.ч., оксид алюминия - 60 мас.ч., оксид железа - 20 мас.ч.

Пример 3.

Аналогичен примеру 1, за исключением состава минерального наполнителя: диоксид кремния - 60 мас.ч., оксид алюминия - 30 мас.ч., оксид железа - 30 мас.ч.

Как видно из результатов испытаний алмазных инструментов заявленных составов (таблица), лучшими показателями работоспособности для лейкосапфира обладает состав примера 1, имеющий повышенное содержание оксида кремния, для кристаллического кварца - состав примера 2, содержащий повышенное количество оксида алюминия, для карбида кремния - состав примера 3, имеющий максимальное содержание минерального наполнителя.

Таблица
Показатели работоспособности алмазных инструментов
Обрабатывае-
мый материал
Номер примера Показатели работоспособности
Производительность шлифования, мкм/мин Шероховатость обработанной поверхности, Ra, мкм Количество обработанных поверхностей до правки инструмента, шт.
Лейкосапфир 1 37 0,06 >50
2 17 0,06 9
3 25 0,12 36
Кристалличес-
кий кварц
1 21 0,08 11
2 48 0,05 >50
3 28 0,12 31
Карбид кремния 1 17 0,18 23
2 11 0,07 15
3 23 0,04 >50

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию ”ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ”.

Источники информации

1. Патент РФ N 2169658, кл.7 B24D 3/32, 3/34, 2000.

2. Патент РФ N 2169657, кл.7 B24D 3/28, 3/34, 7/14, 2000.

3. Патент РФ N 2169657, кл.7 B24D 3/28, 3/34, 7/14, 2000.

4. Патент РФ N 2208511. кл.7 B24D 3/34, 7/14, 2001.

5. Патент РФ N 2121425, кл.6 B24D 3/22, 1996.

1. Состав алмазного инструмента, содержащий алмазный порошок, диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель и технический углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрид титана и олигоэфиракрилаты и/или диеновые олигомеры в качестве пластификатора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

диеновый синтетический каучук 100
органический пероксид 0,5-5,0
минеральный наполнитель 40-120
технический углерод 5-50
гидрид титана 10-50
пластификатор 5-20
алмазный порошок 5-150

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального наполнителя используют смесь оксидов кремния, алюминия и железа в соотношении, мас.ч.:

оксид кремния 10-100
оксид алюминия 10-100
оксид железа 10-60



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в производстве абразивных полировальных эластичных кругов на вулканитовой связке, применяемых в ортопедической стоматологии.
Изобретение относится к области производства абразивного инструмента на вулканитовой связке и может быть использовано при производстве отрезных, шлифовальных и полировальных кругов, предназначенных для резки, шлифования и полирования металлических материалов.

Изобретение относится к области изготовления абразивного инструмента, предназначенного для обработки металлических материалов. .

Изобретение относится к производству абразивного инструмента и предназначено для изготовления отрезных и шлифовальных кругов на вулканитовой связке. .

Изобретение относится к абразивной промышленности и может быть использовано для производства кругов на вулканитовой связке с применением микропорошков. .

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к оборудованию для прокатки листов из вулканистовых абразивных смесей. .

Изобретение относится к абразивной промышленности и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных абразивных кругов на вулканитовой связке. .

Изобретение относится к абразивной промышленности, в частности к производству кольцевых заготовок абразивных кругов на вулканитовой связке для последующего получения шлифовальных и полировальных абразивных кругов способом пакетного прессования.

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления эластичного абразивного инструмента, предназначенного для поверхностной обработки изделий сложного профиля, в том числе и крупногабаритных изделий.
Изобретение относится к области производства стоматологического вращающегося инструмента, в частности полировальных головок на вулканитовой связке, предназначенных для обработки реставраций из композитов, стеклоиономеров, амальгам
Изобретение относится к абразивной промышленности, в частности к производству абразивного инструмента на вулканитовой связке
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента, например полировальных кругов
Изобретение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов: оптического стекла, технической керамики, кварца, кремния, кристаллических материалов, синтетических и природных камней и т.п
Изобретение относится к составам полировального инструмента со связанным абразивом для финишной обработки неметаллических материалов, таких как оптическое стекло, кристаллические материалы, лейкосапфир, карбид кремния, природные и искусственные камни и т.п. Состав полировального инструмента содержит, мас.ч.: каучук, выбранный из бутадиен-нитрильного, или смесей бутадиен-нитрильного и бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного и полиуретанового, бутадиен-нитрильного и натурального каучуков - 100, органический пероксид - 0,5-15,0; полировальный порошок - 300-800, неорганическую или органическую соль щелочного металла, выбранную из хлорида или бромида калия, или калия фталевокислого - 10-50. В качестве временного пластификатора используются олигоэфиракрилаты. Технический результат - высокие показатели износостойкости, производительности и стабильности процесса полирования, а также получение обрабатываемых поверхностей с высокой геометрической точностью. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 16 пр.
Изобретение относится к составам для изготовления алмазного инструмента на каучуковой связке, предназначенного для шлифования неметаллических материалов. Состав содержит, мас. ч.: диеновый синтетический каучук 100; органический пероксид 0,5 - 15; олигоэфиракрилат 5 - 30; минеральный наполнитель 30 - 200; металлический порошок 100 - 800 и алмазный порошок 5 - 150. В качестве металлических порошков используют порошки меди, бронзы, железа, олова и т.п. В качестве минерального наполнителя используют смесь оксидов кремния, алюминия и цинка. В результате изготовленный из указанного состава алмазный инструмент позволяет проводить механическую обработку при высоких скоростях и нагрузках на инструмент с обеспечением высокой производительности и низкой величины шероховатости обрабатываемой поверхности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.
Наверх