Состав алмазного инструмента
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. Алмазный инструмент содержит, мас.ч.: диеновый синтетический каучук 100, органический пероксид 0,5 - 8,0, минеральный наполнитель 5 - 60, технический углерод 5 - 50, органический наполнитель 20 - 100 и алмазный порошок 1 - 150. Технический результат: повышение режущей способности и стабильности процесса механической обработки, износостойкости и формостойкости при низкой глубине нарушенного слоя и низкой величине шероховатости на различных стадиях обработки. 2 табл., 15 пр.
Данное предложение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов, таких как оптическое стекло, техническая керамика, кварц, кремний, кристаллические материалы, синтетические и природные камни и другие неметаллические материалы.
Известен состав алмазного инструмента [1], состоящий из диенового синтетического каучука, антифрикционной добавки, органического пероксида, минерального наполнителя и алмазного порошка.
Такой инструмент обеспечивает получение шлифованных поверхностей с предельно низкими значениями шероховатости при высокой износостойкости и стабильности формы алмазного инструмента. Однако такие инструменты эффективно работают только при финишной обработке определенных марок оптических стекол, таких как силикатные стекла, а также некоторых видов природных и искусственных камней.
Наличие в таких составах только минерального наполнителя не дает возможности варьировать свойствами инструментов. Этот фактор, тем самым, ограничивает эффективность использования инструментов при финишной обработке материалов, обладающих различными свойствами и применение их на операциях грубого шлифования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является алмазный инструмент [2], в состав которого входит диеновый синтетический каучук, органический пероксид, используемый в качестве вулканизирующего агента, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| диеновый синтетический каучук | 100 |
| органический пероксид | 0,5-5,0 |
| минеральный наполнитель | 5,0-55,0 |
| технический углерод | 55,0-5,0 |
| алмазный порошок | 5,0-80,0 |
Такой алмазный инструмент при условии его термовулканизации обеспечивает эффективную обработку различных материалов как на финишных, так и на предварительных стадиях.
Недостатком такого инструмента является его низкая износостойкость и формостойкость, особенно на стадиях предварительного шлифования.
Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в том, чтобы обеспечить при использовании предложенного алмазного инструмента повышение его износостойкости и формостойкости при низких значениях величины шероховатости и глубины нарушенного слоя на различных стадиях механической обработки неметаллических материалов.
Это достигается тем, что в состав алмазного инструмента, содержащего диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок, дополнительно вводят органический наполнитель.
Целесообразно, чтобы компоненты алмазного инструмента были взяты в следующем соотношении, мас.ч.:
| диеновый синтетический каучук | 100 |
| органический пероксид | 0,5-8,0 |
| минеральный наполнитель | 5-60 |
| технический углерод | 5-50 |
| органический наполнитель | 20-100 |
| алмазный порошок | 1-150 |
При исследовании отличительных признаков описываемого состава алмазного инструмента не выявлено каких-либо аналогичных 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 термообработкой в свободном состоянии при температуре 270÷300°C.
Введение органического наполнителя в состав алмазного инструмента обеспечивает достижение комплекса физико-механических и структурных свойств, необходимых для работоспособности инструмента при обработке различных неметаллических материалов. Причем, в зависимости от совместимости органического наполнителя и синтетического каучука можно целенаправленно изменять свойства композита и, тем самым, влиять на работоспособность алмазного инструмента по отношению к тому или иному материалу. Кроме того, органический наполнитель способствует улучшению трибохимического эффекта в зоне контактного взаимодействия, что положительно сказывается на процессе диспергирования обрабатываемого материала.
Поэтому инструмент, имеющий в составе органический наполнитель, характеризуется высокими значениями режущей способности и стабильности резания, износостойкости и формостойкости, низкими значениями шероховатости и глубины нарушенного слоя обрабатываемой поверхности на различных стадиях механической обработки.
Количество вводимых компонентов и их соотношение в составе алмазного инструмента определяется способностью к переработке композиции и влиянием количества каждого компонента на работоспособность при обработке того или иного материала. Содержание органического наполнителя определяется общим количеством всех наполнителей в составе инструмента, но при его содержании свыше 100 мас.ч. переработка композиции затрудняется.
Необходимо отметить, что органический наполнитель должен обладать повышенной теплостойкостью и термостабильностью.
В дальнейшем рассмотрим конкретные примеры реализации изобретения.
Пример 1.
Алмазный инструмент готовят следующим образом: на резиносмесительных вальцах производят смешение бутадиен-нитрильного каучука - 100 мас.ч. (таблица 1), дикумилпероксида - 2 мас.ч., диоксида кремния - 30 мас.ч., технического углерода - 20 мас.ч., органического наполнителя - порошка целлюлозы - 10 мас.ч. и алмазного порошка с размером частиц 45÷53 мкм - 75 мас.ч.
Полученную смесь загружают в пресс-форму, формуют на гидравлическом прессе и выдерживают под давлением 5±0,2 МПа при температуре 160±3°C в течение 15 минут. Полученные эластичные заготовки помещают в сушильный шкаф и подвергают термообработке в свободном состоянии при температуре 280±3°C в течение 4-х часов.
Инструменты испытывали по методу свободного притира на шлифовальном станке. В ходе испытаний обрабатывали заготовки из боросиликатного стекла, кварца, керамики и гранита. Диаметр заготовки 75 мм, частота вращения шпинделя - 700 об/мин, удельное давление на инструмент 1,0 кг/см2, время цикла обработки 60 с.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.
В примере 0 представлены результаты испытаний инструмента с составом без органического наполнителя. Такой состав подобен заявленному в прототипе (2).
Примеры 2-15.
В таблице 1 представлены составы композиций для приготовления алмазных инструментов, отличающихся содержанием органических наполнителей различной природы (целлюлозы, фенилона и тефлона, которые использовали в виде порошков), соотношением количества минерального наполнителя и технического углерода, содержанием вулканизирующего агента и алмазного порошка.
Способ получения, термообработки и испытаний алмазных инструментов аналогичны описанным в примере 1.
В таблице 2 показаны показатели работоспособности инструментов: L - производительность шлифования в микрометрах в минуту, h - относительный износ инструмента в процентах, Ra - шероховатость обработанной поверхности в микрометрах.
В примерах 3, 8, 9 и 13 показаны параметры работоспособности инструментов с указанными органическими наполнителями оптимальных составов.
Из таблицы 2 видно, что такие инструменты работают более эффективно по сравнению с составом, используемым в прототипе (Пример 0).
Низкое содержание органических наполнителей (примеры: 1, 6 и 11) не приводят к повышению эффективности работы инструментов. А очень высокое содержание указанных наполнителей (примеры: 5, 10 и 15) приводит к повышенному износу инструмента и низкому качеству обработанной поверхности.
Малое количество минеральных наполнителей и технического углерода (пример 12), также как и низкое содержание дикумилпероксида (пример 14) и алмазного порошка (пример 4) приводит к низкой производительности инструментов и повышенному их износу. Очень высокое содержание указанных компонентов, также приводит к малой износостойкости инструмента и очень грубой шероховатости обработанных поверхностей.
Таким образом, заявленный алмазный инструмент может эффективно использоваться при механической обработке различных материалов. Из таблицы 2 видно, что путем составления оптимальных композиций, можно получить алмазные инструменты, эффективно работающие при механической обработке неметаллических материалов с различными физико-химическими и структурными свойствами.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "Промышленная применимость".
Источники информации
1. Патент РФ №2038944, кл. B24D 3/22, 1992 г.
2. Патент РФ №2121425, кл. B24D 3/22, 1996 г. (прототип).
| Таблица 1 | ||||||||||||||||
| Примеры составов инструментов | ||||||||||||||||
| Наимено вание компонентов |
Номера примеров (количество компонентов, мас.ч.) | |||||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| Бутадиен нитриль ный каучук |
100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Дикумил пероксид |
2 | 2 | 2 | 3 | 4 | 2 | 2 | 6 | 5 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 0,3 | 2 |
| Диоксид кремния | 30 | 30 | 30 | 20 | 30 | 30 | 30 | 50 | 30 | 30 | 30 | 30 | 2 | 20 | 30 | 30 |
| Техничес кий углерод |
20 | 20 | 20 | 20 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 5 | 10 | 20 | 2 | 20 | 10 | 10 |
| Целлюло за |
- | 10 | 25 | 50 | 75 | 110 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Фенилон | - | - | - | - | - | - | 10 | 25 | 50 | 75 | 110 | - | - | - | - | - |
| Тефлон | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 10 | 25 | 50 | 75 | 110 |
| Алмазный порошок 45-53 мкм | 20 | 75 | 160 | 20 | 0,5 | 20 | 80 | 50 | 20 | 10 | 20 | 40 | 50 | 20 | 10 | 20 |
| Таблица 2 | ||||||||||||
| Показатели работоспособности инструментов различных составов. | ||||||||||||
| п/п примеров | Силикатное стекло | Кварц | Керамика | Гранит | ||||||||
| L | h | Ra | L | h | Ra | L | h | Ra | L | h | Ra | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 0 | 160-200 | 0,3-0,5 | 0.25-0,50 | 45-60 | 0,3-0,4 | 0,17-0,30 | 23-30 | 0,4-0,7 | 0,13-0,20 | 170-220 | 0,5-0,7 | 0,30-0,55 |
| 1 | 160-200 | 0,3-0,4 | 0,23-0,45 | 45-50 | 0,3-0,4 | 0,17-0,30 | 25-32 | 0,4-0,7 | 0,14-0,20 | 170-220 | 0,5-0,6 | 0,32-0,50 |
| 2 | 100-120 | 0,2-0,3 | 0,19-0,40 | 30-35 | 0,4-0,5 | 0,12-0,20 | 10-16 | 0,3-0,5 | 0,11-0,16 | 120-140 | 0,3-0,5 | 0,20-0,43 |
| 3 | 180-220 | 0,2-0,4 | 0,18-0,30 | 80-100 | 0,2-0,3 | 0,11-0,17 | 30-36 | 0,3-0,4 | 0,12-0,17 | 190-230 | 0,3-0,4 | 0,17-0,32 |
| 4 | 38-50 | 0,8-1,5 | 0,28-0,60 | 12-15 | 2,2-3,2 | 0,15-0,25 | 8-11 | 0,6-0,9 | 0,15-0,25 | 30-42 | 0,9-1,6 | 0,15-0,23 |
| 5 | 120-140 | 1,2-3,0 | 0,4-0,8 | 35-40 | 0,8-1,3 | 0,15-0,25 | 27-35 | 0,5-0,8 | 0,25-0,32 | 130-160 | 0,7-1,1 | 0,28-0,50 |
| 6 | 160-200 | 0,2-0,4 | 0,25-0,5 | 40-55 | 0,3-0,4 | 0,15-0,25 | 22-28 | 0,4-0,6 | 0,13-0,18 | 170-220 | 0,5-0,6 | 0,33-0,50 |
| 7 | 180-210 | 8-10 | 0,6-0,9 | 90-110 | 1,5-2,5 | 0,60-0,80 | 38-52 | 0,8-1,2 | 0,50-0,70 | 200-240 | 1,8-2,8 | 0,80-1,25 |
| 8 | 190-220 | 0,4-0,5 | 0,3-0,5 | 95-130 | 0,3-0,4 | 0,15-0,25 | 55-68 | 0,2-0,3 | 0,11-0,18 | 200-250 | 0,3-0,4 | 0,17-0,30 |
| 9 | 200-230 | 0,4-0,6 | 0,35-0,55 | 110-140 | 0,3-0,4 | 0,20-0,28 | 50-65 | 0,2-0,3 | 0,13-0,20 | 190-240 | 0,3-0,4 | 0,15-0,25 |
| 10 | 220-240 | 1,0-3,0 | 0,5-0,8 | 120-150 | 0,5-0,7 | 0,50-0,75 | 60-75 | 0,6-1,0 | 0,50-0,80 | 220-260 | 0,8-1,2 | 0,55-0,85 |
| 11 | 160-200 | 0,3-0,5 | 0,22-0,40 | 45-60 | 0,3-0,4 | 0,17-0,30 | 28-36 | 0,4-0,6 | 0,11-0,20 | 170-220 | 0,5-0,7 | 0,28-0,50 |
| 12 | 60-80 | 0,3-0,4 | 0,15-0,30 | 15-25 | 0,4-0,5 | 0,07-0,18 | 14-26 | 0,6-0,8 | 0,15-0,25 | 40-58 | 0,9-1,5 | 0,48-0,80 |
| 13 | 140-180 | 0,2-0,3 | 0,18-0,28 | 55-70 | 0,2-0,3 | 0,13-0,22 | 52-66 | 0,2-0,4 | 0,14-0,18 | 220-270 | 0,3-0,4 | 0,12-0,18 |
| 14 | 70-90 | 1,2-3,2 | 0,25-0,50 | 10-15 | 2,0-3,5 | 0,30-0,45 | 18-25 | 1,2-1,8 | 0,40-0,90 | 35-52 | 0,9-1,4 | 0,38-0,70 |
| 15 | 20-40 | 1,5-3,5 | 0,12-0,18 | 18-35 | 0,6-0,8 | 0,5-0,65 | 30-45 | 0,7-1,1 | 0,37-0,48 | 220-270 | 0,7-0,9 | 0,33-0,67 |
Алмазный инструмент для обработки неметаллических материалов, содержащий алмазный порошок, диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель и технический углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит органический наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| диеновый синтетический каучук | 100 |
| органический пероксид | 0,5 - 8,0 |
| минеральный наполнитель | 5 - 60 |
| технический углерод | 5 - 50 |
| органический наполнитель | 20 - 100 |
| алмазный порошок | 1 - 150. |
