Состав для пропитки абразивного инструмента


 


Владельцы патента RU 2513175:

Общество с ограниченной ответственностью "Шлиф-Абразив Технологии" (RU)

Изобретение относится к области абразивной обработки, в частности к составам для пропитки абразивного инструмента и может быть использовано в процессе изготовления и эксплуатации абразивных изделий, применяемых для шлифования различных сталей и сплавов. Состав содержит водный раствор сульфата аммония, бромид аммония и поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: сульфат аммония 6-9, бромид аммония 3-4, поливиниловый спирт 3-5, вода остальное. Изобретение позволяет увеличить стойкость абразивного инструмента и повысить качество обрабатываемой поверхности, а также снизить засаливание рабочей поверхности, расширить области возможного применения и снизить концентрации вредных веществ в рабочей зоне. 1 табл.

 

Изобретение относится к области абразивной обработки, в частности к составам для пропитки абразивного инструмента, и может быть использовано в процессе изготовления и эксплуатации абразивных изделий, применяемых для шлифования различных сталей и сплавов.

Известен состав для пропитки абразивного инструмента, содержащий растворитель - воду и соли аммония (см. описание изобретения к авт.св. СССР №1349983, кл. B24D 3/34, 1986, бюл. №41).

Общими признаками с предлагаемым составом является использование соли аммония и воды в качестве растворителя. Известный состав в качестве соли аммония содержит роданид аммония и дополнительно буру и фторид щелочного металла. Использование роданида аммония приводит в результате термической деструкции к образованию в зоне резания соединений серы и аммиака. Использование известного состава приводит к засаливанию рабочей поверхности инструмента. Неэффективно применение известного состава при шлифовании со смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ) на водной основе вследствие вымывания импрегнатора из пор инструмента. Ограничено применение известного состава, т.к. у значительного количества сталей и сплавов при шлифовании образуются прижоги без использования СОЖ.

Известен состав для пропитки абразивного инструмента, принятый в качестве прототипа, содержащий водный раствор сульфата аммония (см. описание изобретения к авт.св. СССР №511197, кл. B24D 3/34, 1973, бюл. №15).

К недостаткам прототипа относятся несущественное повышение стойкости абразивного инструмента и качества обрабатываемой поверхности. При использовании известного состава образуются недостаточное количество химически активных элементов в зоне резания. Так же происходит засаливание рабочей поверхности инструмента при обработке абразивным инструментом, пропитанным известным составом. Не эффективно применение известного состава при шлифовании с СОЖ на водной основе вследствие высокой степени растворимости сульфата аммония в воде. Ограничено применение известного состава для обрабатываемых сталей и сплавов из-за возникновения на обрабатываемой поверхности шлифовальных прижогов и высокой концентрации вредных веществ в рабочей зоне.

Технической задачей предлагаемого решения является увеличение стойкости абразивного инструмента и повышение качества обрабатываемой поверхности, применение абразивного инструмента при шлифовании с СОЖ на водной основе, снижение засаливания рабочей поверхности, расширение области возможного применения и снижение концентрации вредных веществ в рабочей зоне.

Техническая задача решается тем, что состав для пропитки абразивного инструмента, содержащий водный раствор сульфата аммония, дополнительно содержит бромид аммония и поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%:

сульфат аммония 6-9
бромид аммония 3-4
поливиниловый спирт 3-5
вода остальное

Сульфат аммония (СА) при температуре выше 235°C разлагается с образованием аммиака, при дальнейшем увеличении температуры образуются оксиды серы. Бромид аммония (БА) начинает разлагается на аммиак и бромоводород при нагревании до температуры выше 390°C. Оба вещества малоопасны и хорошо растворяются в воде.

Поливиниловый спирт (ПВС) является распространенным водорастворимым полимером, используемым в химической промышленности для производства волокон и пленок. При температуре выше 150°C ПВС дегидрируется, вследствие чего теряет свою растворимость в воде. На воздухе при 220°C ПВС необратимо разлагается с выделением CO, CO2 и уксусной кислоты. Водные растворы ПВС нетоксичны.

В процессе шлифования в зоне контакта развиваются высокие температуры. В результате воздействия этих температур (выше 220°C) вещества, входящие в состав импрегнатора, распадаются с энергичным выделением газовой фазы. Как известно газовая среда имеет высокую проникающую способность и химическую активность. В зоне контакта в большом количестве создается активная газовая среда из различных элементов (аммиак, углекислый газ, оксид углерода, оксиды серы, бромоводород), которые интенсивно взаимодействуют со свежеобразованными ювенильными поверхностями с образованием сульфидов, нитридов, бромидов и карбидов металла, тем самым экранируя адгезионное взаимодействие между абразивным зерном и металлом.

Сульфиды образуют пленки с малым сопротивлением сдвигу. Нитриды являются эффективными высокотемпературными смазками, а при низких температурах обладают высокой хрупкостью и твердостью и совместно с карбидами металлов облегчают переход от вязкого течения металла к его хрупкому разрушению, снижая тем самым работу диспергирования металла.

Неоднозначное влияние на процесс резания оказывает находящийся в зоне контакта абразивного зерна с металлом атмосферный кислород. Оказывая экранирующее действие при контакте абразивного зерна с металлом, ввиду своей высокой химической активности блокирует образование других соединений. При этом окислы обладают высокими коэффициентами трения в отличие от сульфидов металла, поэтому целесообразнее уменьшить концентрацию кислорода и степень его влияния.

Использование БА позволяет снизить воздействие кислорода. Так, при шлифовании БА разлагается с выделением бромоводорода, который взаимодействует с кислородом с образованием воды и брома. Так же бромоводород раскисляет окислы металлов, в результате чего образуются бромиды металлов. Связывание кислорода происходит и при разложении ПВС, в результате чего образуются оксиды углерода. В совокупности данные процессы позволяют снизить влияние атмосферного кислорода. Пленки из бромида железа имеют более низкую температуру плавления, чем оксидные, и менее прочны.

Важнейшую роль образовавшиеся бромиды металлов играют при шлифовании с СОЖ на водной основе. Большинство бромидов металлов (Fe, Ni, Cr) растворимы водой, таким образом, при шлифовании СОЖ будет вымывать из пор абразивного инструмента образовавшиеся бромиды, снижая тем самым засаливание рабочей поверхности, что в свою очередь обеспечивает лучшие условия размещения стружки, увеличивая стойкость абразивного инструмента и повышая качество обработанной поверхности. Карбиды, нитриды, сульфиды и оксиды металлов в воде нерастворимы, соответственно только наличие бромидов обеспечит вымывание шлама вместе с нерастворимыми соединениями из пор абразивного инструмента.

В предлагаемом составе в результате взаимодействия аммиака и бромоводорода с металлами образуется побочный продукт - водород, который находится в зоне контакта в условиях высоких давлений и температур. Металл поглощает водород внутрь объемной фазы, следствием этого является его приповерхностная неоднородность, образуются микроучастки металла с растворенной газовой составляющей, т.е. возникает водородная хрупкость. Это приводит к уменьшению силы диспергирования металла и снижению нагрузки на зерно, тем самым увеличивая стойкость абразивного инструмента. Ввиду быстродействия процесса шлифования и использования СОЖ данный механизм протекает только на поверхностных пленках, не затрагивая основной металл.

Применение водорастворимого полимера обеспечивает легкость введения в поры абразивного инструмента импрегнатора. В процессе высыхания и дегидрации образуется пленка ПВС с равномерно распределенными по поверхности зерен веществами. Пленки ПВС обладают высокой адгезией к материалам, что обеспечивает крепкое удержание веществ на зернах в процессе эксплуатации инструмента. Температура начала термического разложения ПВС (220°C) немного меньше температуры разложения применяемых солей аммония (выше 235°C), что является несомненным преимуществом. С одной стороны сохраняются защитные свойства пленки ПВС вплоть до критической температуры начала процесса разложения солей аммония, с другой стороны начавшийся процесс термической деструкции ПВС освобождает частицы СА и БА, не мешая их разложению.

Многие металлы и сплавы склонны при шлифовании к образованию трещин и прижогов на обрабатываемой поверхности. Шлифование таких материалов без охлаждения крайне затруднено. Введение в состав ПВС позволяет применять пропитанный абразивный инструмент при шлифовании с СОЖ на водной основе, что значительно расширит область возможного применения импрегнированного инструмента. Кроме того применение при шлифовании СОЖ увеличивает стойкость абразивного инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

При шлифовании известным составом в рабочей зоне в результате термической деструкции сульфата аммония накапливаются вредные вещества - аммиак и оксиды серы. Важным преимуществом предложенного состава является снижение концентрации вредных веществ в рабочей зоне посредством применения при шлифовании СОЖ на водной основе, т.к. выделяющиеся основные вредные вещества (аммиак, оксиды серы, бромоводород), не вступившие в реакции взаимодействия, растворяются в воде, не причиняя вред обслуживающему персоналу.

Техническое решение позволяет за счет синергетического эффекта использования предложенных веществ в составе увеличить стойкость абразивного инструмента, повысить качество обрабатываемой поверхности, снизить засаливание рабочей поверхности инструмента, расширить область возможного применения и уменьшить концентрацию вредных веществ в рабочей зоне.

Импрегнирование абразивного инструмента реализуется следующим образом.

Поливиниловый спирт с молекулярной массой 77000-100000 растворяют в воде в диапазоне 3-5% от массы растворителя, при температуре растворителя 40-50°С. В полученный раствор вносят навеску сульфата аммония (6-9%) и бромистого аммония (3-4%), тщательно перемешивают в течение пяти минут. Процесс импрегнирования производится методом свободного капиллярного поднятия, для чего абразивный инструмент медленно опускают в раствор на половину высоты абразивного инструмента и оставляют в растворе не менее трех минут. Далее импрегнированный абразивный инструмент высушивают в печи при температуре 80-90°C в течении 4-5 часов и для дегидрации поливинилового спирта 45 - 60 минут выдерживают при температуре 160-170°С. После сушки инструмент готов к применению.

Количество импрегнатора в круге характеристики 200×20×76 25AF60I7V (25А25М27К5) в результате пропитки и сушки составляет 2-3,5% от массы круга при концентрации состава 12-18 масс.%.

Испытания пропитанных кругов проведены на станке 3Г71. Режимы шлифования: скорость круга 25 м/с, скорость стола 10 м/мин, глубина шлифования 0,02 мм/дв.ход. Шлифуемый материал - нержавеющая сталь 10Х18Н9. Шлифование выполняли без охлаждения и с охлаждением содовым раствором (0,2% кальцинированной соды). В аналогичных условиях были проведены испытания кругов, пропитанных известным составов.

Эффективность работы абразивного инструмента оценивают коэффициентом шлифования и шероховатостью обработанной поверхности. Экспериментальные данные представлены в таблице.

Лучшие результаты получены при концентрации СА в растворе 6-9 масс.% и БА 3-4 масс.% (образец №1, 2, 3). При концентрации в растворе солей аммония менее 9 масс.% эффект от применения незначителен (образец №8). Повышение концентрации солей аммония в растворе более 13 масс.% отрицательно влияет на процесс шлифования, т.к. ухудшает условия размещения стружки в порах круга (образец №7).

При содержании в растворе БА менее 3 масс.% его влияние не существенно (образец №4), увеличение же концентрации в растворе более 4 масс.% приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности (образец №5). Содержание в растворе ПВС ограничено диапазоном 3-5 масс.%, ввиду того что при концентрации более 5%, повышается вязкость раствора, ухудшая тем самым проникающую способность состава при импрегнировании кругов. При концентрации ПВС в растворе менее 3 масс.% образуются слишком тонкие пленки, не способствующие повышению эксплуатационных свойств абразивного инструмента (образец №6).

Данные таблицы подтверждают эффективность использования разработанного состава в качестве импрегнатора абразивного инструмента. Использование импрегнирующего состава, содержащего неорганические соли аммония с ПВС, позволило повысить качество обработанной поверхности на 20-30% по сравнению с кругами, пропитанными известным составом. Также шлифование инструментом, пропитанным разработанным составом, приводит к повышению коэффициента шлифования в 1,5 раза по сравнению с известным составом.

Однако более значимые результаты показывает сравнение прототипа и предлагаемого импрегнатора с применением в процессе шлифования охлаждения водным раствором соды. Вследствие вымывания известного состава потоком СОЖ на водной основе его эффективность значимо снижается. Так, качество обработанной поверхности с использованием в качестве импрегнатора смесь неорганических солей аммония с ПВС при прочих равных условиях увеличилась на 60%, коэффициент шлифования - более чем в 2 раза.

Таблица
Скорость стола, м/мин
Образец № Содер- 10 10 (с охлаждением)
Импрегнатор жание, масс. Шерохова- Коэффициент Шерохова- Коэффициент
% тость шлифо- тость шлифо-
Ra, мкм вания Ra, мкм вания
СА 9
БА 4
1 ПВС 5 2,8 4,3 2,7 5,1
Вода 82
СА 7
БА 4
2 ПВС 5 2,7 4,5 2,5 5,2
Вода 82
СА 6
БА 3
3 ПВС 3 2,9 4,2 2,6 4,8
Вода 88
СА 9
БА 2
4 ПВС 5 3,2 3,0 2,6 4,8
Вода 86
СА 9
БА 5
5 ПВС 5 3,4 4,4 2,7 5,0
Вода 81
СА 9
6 БА 4
ПВС 2 2,7 4,5 2,7 4,6
Вода 85
СА 10
7 БА 5
ПВС 5 3,1 4,4 2,8 4,5
Вода 80
СА 5
о БА 3
8 ПВС 5 3,2 3,8 3,0 3,6
Вода 87
прото- СА 13
тип Вода 87 3,4 3,2 4,0 2,2
прото- СА 9
тип Вода 95 3,6 3,0 4,2 2,1

Состав для пропитки абразивного инструмента, содержащий водный раствор сульфата аммония, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бромид аммония и поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сульфат аммония 6-9
бромид аммония 3-4
поливиниловый спирт 3-5
вода остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к производству абразивных инструментов на керамических связках с высокими номерами структуры. Абразивная масса содержит абразив в виде смеси зерен трех групп: первая группа - зерна размером в пределах 160-420 мкм, вторая - зерна размером в пределах 120-159 мкм, а третья - зерна размером в пределах 90-119 мкм.
Изобретение относится к производству абразивных инструментов на керамических связках с высокими номерами структуры. Абразивная масса включает смесь абразивных зерен c различной зернистостью, размеры которых составляют 60-160 мкм и 160-420 мкм, при этом объемное содержание абразивных зерен с меньшей зернистостью составляет 5-100 % от объемного содержания абразивных зерен с большей зернистостью.

Изобретение относится к структурированному абразивному материалу с верхним слоем и может быть использовано, например, с вращающимся инструментом. .
Изобретение относится к структуре на основе стекловолокон, покрытой смоляной композицией, предназначенной для упрочнения абразивов в связке. .
Изобретение относится к производству абразивных инструментов из электрокорунда белого на керамической связке, предназначенных для обработки конструкционных сталей и сплавов.
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации абразивных инструментов. .
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации абразивных инструментов. .
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве высокопористого абразивного инструмента, предназначенного для глубинного шлифования.
Изобретение относится к инструментам для шлифования. .

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента и может быть использовано при изготовлении шлифовальных кругов для выполнения операций круглого внутреннего и наружного шлифования с врезной подачей.
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 области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации абразивных инструментов. Состав для пропитки абразивного инструмента содержит в качестве органического вещества газообразователь - гексахлорпараксилол (1,4-бис-трихлорметилбензол), а в качестве растворителя - толуол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: гексахлорпараксилол 36-38, толуол - остальное. В результате увеличивается стойкость абразивного инструмента и улучшается качество обрабатываемой поверхности. 1 табл.
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке. Осуществляют пропитку абразивного инструмента в емкости с водным раствором, содержащим 20-25 г дийодида хрома на литр воды, с обеспечением фиксации дийодида хрома в поровом пространстве инструмента при периодическом встряхивании емкости. Проводят конвективную сушку инструмента в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C. В результате увеличивается срок хранения абразивного инструмента. 2 табл.
Изобретение относится к области инструментального производства и может быть использовано, в частности, при изготовлении алмазных инструментов. Масса для алмазного инструмента содержит алмаз, органическое связующее и углеродный наполнитель. Дополнительно она содержит хрупкий наполнитель. В качестве углеродного наполнителя она содержит углерод в виде графена с кристаллической решеткой при следующем соотношении компонентов, об.%: алмаз - 6,0-25,0; углерод в виде графена с кристаллической решеткой - 2,0-20,0; хрупкий наполнитель - 10,0-23,0; органическое связующее - остальное. В результате увеличивается износостойкость алмазного инструмента. 1 табл.
Изобретение относится к производству абразивных инструментов из электрокорунда белого на керамических связках с номерами структуры 12-22. Абразивная масса для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента включает абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки, мелкодисперсный порошкообразный оксид железа и наполнитель. Абразив состоит из смеси абразивных зерен двух различных зернистостей, при этом объемное содержание абразивных зерен с меньшей зернистостью с размерами в пределах 60-160 мкм составляет 5-100% от объемного содержания абразивных зерен с большей зернистостью, размер которых составляет 160-500 мкм. Наполнитель представляет собой смесь полых сферических частиц из легкоплавкого стекла и полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 85 до 560 мкм в количестве 25-100% объемного содержания абразива с наибольшей зернистостью. Обеспечивается однородная объемная твердость абразивного инструмента, его минимально возможная деформация, а также повышенная механическая прочность. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

Изобретение относится к составам для пропитки абразивного инструмента на керамической связке, применяемым на операциях механической обработки деталей. Состав для пропитки абразивного инструмента на керамической связке содержит органическое вещество и воду. В качестве органического вещества состав содержит триэтаноламин и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: Триэтаноламин 42-70 Олеиновая кислота 8-13 Вода Остальное В результате обеспечивается повышение стойкости абразивного инструмента и удельной производительности обработки при низкой шероховатости шлифованной поверхности. 2 табл.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве и эксплуатации абразивных кругов на керамической связке. Осуществляют пропитку инструмента водным раствором поверхностно-активных веществ (ПАВ) при комнатной температуре и конвективную сушку при вращении инструмента. Последний помещают в водный раствор ПАВ и подвергают воздействию ультразвуковых колебаний частотой 16-18 кГц и амплитудой 2-3 мм в течение 5-8 мин. Конвективную сушку инструмента осуществляют со скоростью 0,3-0,5 с-1 при температуре 80-95°C и в течение 2,5-3,0 ч при его непрерывном встряхивании. В результате уменьшается длительность пропитки абразивного инструмента и снижается продолжительность конвективной сушки при сохранении качества обрабатываемых поверхностей. 2 табл.
Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих органов машин разного назначения, взаимодействующих с высокоабразивной средой. Способ включает термическое воздействие на высокопрочный металл, придание ему заданной формы, крепление образованного износоустойчивого элемента к рабочему органу оборудования. Образуют трубчатую полую металлическую оболочку, например, прямоугольного, эллиптического, круглого или треугольного сечения. Полость оболочки полностью заполняют смесью флюса и порошкообразного высокопрочного металла и подвергают ее высокотемпературному воздействию. Спекают смесь до образования монолитного тела и образования зоны диффузии шириной от 10 до 30% толщины трубчатой оболочки между боковой поверхностью тела сплава и внутренней боковой поверхностью трубчатой оболочки. Полученный износоустойчивый элемент закрепляют к рабочему органу оборудования с помощью газовой или электродуговой сварки, образуют опорную поверхность в виде зоны диффузии между поверхностью рабочего органа и внешней частью металлической оболочки. Воздействием абразивной среды на упомянутый элемент удаляют металлическую оболочку, которая находится вне зоны, образованной опорной поверхностью. Технический результат заключается в обеспечении возможности придания любой необходимой формы износоустойчивому элементу и высокого качества крепления к любой металлической поверхности рабочего органа.

Изобретение относится к износостойкому элементу, взаимодействующему с абразивной средой, и может быть использовано в машиностроении в разных областях промышленности, в частности, изобретение может быть использовано для изготовления рабочих органов машин разного назначения, взаимодействующих с абразивной средой. Упомянутый износостойкий элемент содержит износостойкое монолитное тело, выполненное из смеси кремнистого или марганцовистого флюса с порошком карбида бора, или карбида вольфрама, или карбида титана, подвергнутых термическому воздействию. Упомянутое тело расположено в полости металлической трубчатой оболочки, полость которой имеет круглое, или прямоугольное, или треугольное, или эллиптическое сечение. Упомянутый износостойкий элемент имеет зону диффузии, полученную за счет высокотемпературного воздействия и расположенную между упомянутыми телом и оболочкой. Ширина упомянутой зоны диффузии составляет от 10 до 30% толщины металлической трубчатой оболочки, а на внешней стороне металлической трубчатой оболочки выполнена опорная поверхность, обеспечивающая возможность присоединения износостойкого элемента посредством газовой или электрической сварки к металлической поверхности рабочего органа. Обеспечивается получение износостойкого элемента, обладающего высокой прочностью и возможностью продолжительного динамического взаимодействия с абразивной средой. 3 ил.
Наверх