Масса для изготовления алмазного инструмента

Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к алмазным инструментам, содержащим алмазные зерна, связанные органическим связующим. Масса для изготовления алмазного инструмента содержит алмаз, органическое связующее и углеродный наполнитель, в качестве которого она содержит оксид графена в виде ультрадисперсных порошков, при следующем соотношении компонентов, об.%: алмаз 6,0-32,0; углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена 2,0-20,0; органическое связующее - остальное. Использование оксида графена позволяет изготавливать инструмент, не содержащий дефицитных компонентов, с высокой прочностью, износостойкостью и режущей способностью. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к алмазным инструментам, содержащим алмазные зерна, связанные органическим связующим. Инструменты на органическом связующем используются для получистовой, чистовой и доводочной обработки металлических и неметаллических материалов, твердого сплава и др. материалов.

Алмазные инструменты должны иметь длительный срок службы, обладать хорошими шлифующими свойствами и обеспечивать бездефектную обработку поверхности. Одним из наиболее простых и экономичных способов влияния на работоспособность шлифовального инструмента является введение в состав шихты различных наполнителей.

Известна масса для изготовления абразивного инструмента, содержащая абразив, органическое связующее и наполнители в виде порошкообразного графита и графитовых волокон. (SU №931443, кл. B24D 3/28, 1980 г.). Графитовые волокна имеют длину 0,5-8 мм и выполняют функцию армирующего наполнителя, а дисперсный графит выполняет функцию дисперсно-упрочняющего наполнителя, снижающего коэффициент трения связки инструмента по обрабатываемой поверхности. Однако введение указанных графитовых наполнителей в недостаточной степени повышает стойкость инструмента из-за малой (сдвиговой) прочности графита и трудностей получения равномерного распределения графитового волокна в массе.

Из патента RU №1463460, кл. B24D 3/20, 1987 г. известно введение в алмазно-абразивную массу на органической связке тонкодисперсного терморасщепленного графита (ТРГ), представляющего собой углеводородные ультрадисперсные порошки, в которых нарушено плоскопараллельное расположение молекул графита с образованием пространственного нерегулярного расположения решеток графита, а также металлических порошков, выбранных из группы медь, олово, висмут, железо. Недостаток кругов, изготовленных из этой массы, заключается в том, что ТРГ при прессовании рабочего слоя инструмента из-за резкого снижения внутреннего трения способствует образованию плотной упаковки частиц исходных компонентов, обеспечивая повышение прочности инструмента. Такой инструмент при шлифовании быстро засаливается, поэтому для обеспечения работоспособности инструмента требуется его частая правка.

Известна масса для изготовления абразивного инструмента, содержащей абразив, наполнитель - фуллереновую сажу и органическое связующее (RU №2460631, кл. B24D 18/00, 2010 г.). Технология изготовления инструмента из известной массы предусматривает термообработку изделия с использованием микроволнового поля СВЧ-камеры. Использование СВЧ-нагрева для термообработки абразивных изделий существенно усложняет технологию и технику безопасности при изготовлении инструмента.

Кроме того, широко распространенные массы для изготовления алмазного инструмента, представляют собой набор порошкообразных компонентов: алмазный порошок, органическое связующее в виде порошка фенолформальдегидной или другой смолы, различные порошкообразные наполнители. Было замечено, что при смешивании порошковых компонентов массы с графеном не обеспечивается необходимая однородность смеси, что существенно влияет на работоспособность инструмента и качество обработки.

Кроме того, технологии получения графена являются либо трудновоспроизводимыми, либо трудоемкими и не позволяют получать этот материал в необходимых объемах. В связи с чем в настоящее время графен является дефицитным и достаточно дорогостоящим материалом.

Технической задачей является создание более дешевой абразивной массы, не содержащей дефицитных компонентов и обеспечивающей получение инструмента с высокой прочностью, износостойкостью и режущей способностью.

Технический результат достигается тем, что в массе для изготовления алмазного инструмента, содержащей алмаз, органическое связующее и углеродный наполнитель, в качестве углеродного наполнителя она содержит оксид графена в виде ультрадисперсных порошков, при следующем соотношении компонентов, об.%:

алмаз 6,0-32,0
углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена 2,0-20,0
органическое связующее остальное

Углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена вводят в массу в виде ультрадисперсных порошков зернистостью не более 100 нм.

Масса может дополнительно содержать хрупкий наполнитель в количестве 5-25 об.%, в качестве которого могут быть использованы порошки карбида бора, карбида кремния, окиси, алюминия, двуокиси кремния и др. Масса также может дополнительно содержать порошки металлов, выбранных из группы Ag, Cu, Fe, Bi, Al. Количество порошков металлов может быть 5-25 об.%.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Оксид графена, в отличие от однослойного графена, представляет собой слоистую сеточную структуру с развитой шероховатой поверхностью и с хаотичным включением других молекул, например, таких как карбоксильных, гидроксильных и других активных кислородосодержащих функциональных групп. В процессе изготовления инструмента при нагревании оксид графена хорошо смачивается органическими связующими, увеличивая сцепление оксида графена со связующим как по поверхности оксида графена, так и за счет присоединения радикалов органической связки к свободным связям структуры оксида графена, т.е. наблюдается эффект упрочнения органического связующего. В результате различные алмазосодержащие композиции на основе полимерного связующего, содержащие оксид графена, приобретают повышенные прочностные свойства, что увеличивает износостойкость алмазного инструмента.

При смешивании компонентов массы оксид графена, имеющий больший коэффициент трения в паре оксид графена - органика, чем графен - органика, легче (равномернее) распределяется по объему массы и не имеет тенденции к «всплыванию» на поверхность массы

Оксид графена является промежуточным продуктом при получении графена. Наиболее трудоемкой трудновоспроизводимой операцией является получение однослойного графена. В данном случае эта операция отсутствует. Следовательно, оксид графена значительно дешевле однослойного графена. Технология получения оксида графена достаточно хорошо разработана с хорошим выходом материала. Зернистость оксида графена до 100 нм.

Количество оксида графена в массе составляет 2,0-20,0 об.%. Введение оксида графена более 20,0 об.% разупрочняет рабочий слой инструмента. Количество оксида графена менее 2% не позволит получить необходимый эффект.

В качестве хрупкого наполнителя в массу могут быть введены такие материалы, как карбид бора, карбид кремния, окись алюминия, двуокись кремния и др. Хрупкие наполнители вводятся в массу для того, чтобы обеспечить самозатачивание инструмента в процессе его работы. При работе инструмента под действием сил резания они разрушаются, выкрашиваются, повышая режущие свойства инструмента, производительность процесса и качество обработанной поверхности. Наличие хрупкого наполнителя позволяет вводить в массу углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена в количестве 2,0-20,0 об.% для получения инструмента необходимой прочности.

Оптимальное количество хрупкого наполнителя составляет 5-25 об.%. При меньшем количестве хрупкого наполнителя рабочий слой инструмента будет слишком прочным, инструмент не будет иметь возможность самозатачиваться в процессе работы. При большем количестве хрупкого наполнителя износостойкость инструмента будет достаточно низкой. Введение хрупкого наполнителя в массу связано с содержанием в массе оксида графена. Чем выше содержание оксида графена, тем в меньшем количестве вводится хрупкий наполнитель и наоборот.

Сочетание прочностных свойств инструмента с оптимальной его самозатачиваемостью особенно необходимы при обработке деталей в силовом режиме резания.

В качестве органического связующего могут быть использованы термореактивные или термопластичные смолы. Наиболее широко применяемыми связующими при изготовлении алмазных инструментов являются фенолформальдегидные, полиамидные, полиимидные, эпоксидные, карболитовые смолы и другие.

В качестве алмазного материала могут быть использованы преимущественно синтетические алмазные порошки, алмазные зерна. В тоже время в качестве абразивных зерен в инструментах могут быть использованы порошки кубического нитрида бора, размельченные спеченные материалы на основе кубического нитрида бора, которые широко используются в абразивных инструментах как сверхтвердые абразивный материал, и в зависимости от заданной цели применения могут эффективно заменять алмаз.

В зависимости от условий обработки алмазные инструменты содержат алмазный порошок в количестве 6,0-32,0 об.%. Известно, что при меньшем чем 6,0 об.% содержании алмазного порошка режущая способность инструмента будет очень низкой из-за малого количества режущих зерен на рабочей поверхности инструмента; при содержании алмазного порошка более чем 32,0 об.% также режущая способность инструмента будет снижена из-за уменьшения силы резания на единицу алмазного зерна, значительного засаливания рабочей поверхности инструмента из-за плохого отвода образующегося в процессе обработки шлама.

Введенные в массу металлические наполнители, выбранные из группы Ag, Cu, Fe, Bi, Al, Sn, способствуют «сшивке» отдельных чешуек оксида графена. Кроме того, широко известно введение этих металлических наполнителей в алмазную массу, где они создают прочный каркас и в то же время выполняют различную функциональную роль. Например, Ag,Cu, Al вводятся в массу, для теплопроводности и электропроводности, Bi, Sn и Al - для снижение коэффициента трения в зоне резания. Кроме того, алюминий имеет хорошее сродство с органикой, способствуя сшиванию ее функциональных групп, железо выполняет роль порошкового упрочнителя, особенно при изготовлении узкокромочных кругов. Количество порошков металлов, выбранных из группы Ag, Cu, Fe, Bi, Al, Sn, составляет 5-25 об.%. Меньшее количество тех или иных металлических порошков не будет оказывать существенного влияния на получение необходимых характеристик инструмента, большее количество металлических порошков разупрочняет алмазный рабочий слой.

Из заявленной массы были изготовлены шлифовальные круги формы 12А2. Масса содержала алмазные порошки марки АС6 зернистостью 125/100, концентрация алмазов - 25 об.%. (100), в качестве связующего - пульвебакелит, а также наполнители - оксид графена и В4С. Шлифовальный круг готовили по общепринятой технологии. Подготовленные компоненты смешивали для получения шихты, шихту помещали в пресс-форму и подвергали прессованию при давлении 600 кг·с/см2 и термообрабатывали при температуре 200°C с выдержкой 10 мин.

Круги испытывали на плоскошлифовальном станке при обработке твердого сплава марки ВК8. Режимы испытания: скорость круга - 22 м/с, продольная подача - 1,0 м/мин, поперечная подача - 0,03 мм/ход.

Результаты испытаний показаны в следующей таблице.

Таким образом, введение в алмазную массу на органическом связующем углерода в виде кристаллической решетки оксида графена существенно увеличивает износостойкость кругов и позволяет снизить их себестоимость

1. Масса для изготовления алмазного инструмента, содержащая алмаз, органическое связующее и углеродный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве углеродного наполнителя она содержит оксид графена в виде ультрадисперсных порошков, при следующем соотношении компонентов, об.%:

алмаз 6,0-32,0
углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена 2,0-20,0
органическое связующее остальное

2. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что порошки оксида графена вводят в массу в виде ультрадисперсных порошков зернистостью менее 100 нм.

3. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хрупкий наполнитель в количестве 5-25 об.%.

4. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошки металлов, выбранных из группы Ag, Cu, Fe, Bi, Al, Sn.

5. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит порошки металлов, выбранных из группы Ag, Cu, Fe, Bi, Al, Sn, в количестве 5-25 об.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к абразивной обработке и может быть использовано при изготовлении абразивного изделия с покрытием. Упомянутое изделие содержит образующий слой, слой абразивных частиц и калибровочный слой, которые нанесены в виде покрытия на основу в соответствии с заданным шаблоном покрытия.
Изобретение относится к оптико-механической обработке широкого класса материалов, используемых в приборостроительной, электронной и других отраслях промышленности при полировании стекла, керамики, кварца и других материалов.

Изобретение относится композиционным абразивам и может использоваться для полировки или финишной обработки металлических поверхностей в широком диапазоне. Изделие для обработки поверхности содержит органическую матрицу и связующее.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении отрезных кругов. Круг содержит множество абразивных зерен, органический связующий материал и материал активного наполнителя.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на органической термореактивной связке, предназначенного для обработки заготовок из различных металлов и сплавов.

Изобретение относится к структурированному абразивному материалу с верхним слоем и может быть использовано, например, с вращающимся инструментом. .

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных изделий. .

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного покрытия. .

Изобретение относится к изготовлению абразивных изделий. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к абразивному изделию, и может быть использовано для доводки, чистовой обработки или шлифования различных материалов. Абразивное изделие с покрытием включает множество профилированных керамических абразивных частиц, каждая из которых обладает поверхностной характеристикой; множество профилированных керамических абразивных частиц, присоединенных к гибкой основе при помощи производственного слоя, включающего смоляной адгезив, формирующий абразивный слой; где каждая из профилированных абразивных частиц, прикрепленных к гибкой основе, определяет заданную вращательную ориентацию по аппликате, соответствующей поверхностной характеристике, и где заданная вращательная ориентация по аппликате по крайней мере для 50% профилированных керамических абразивных частиц, прикрепленных к гибкой основе, является заданной вращательной ориентацией по аппликате и не является произвольной. Обеспечивается повышение производительности за счет управления формой абразивной частицы. 15 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области механической обработки материалов и может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов для шлифования. Используют массу, включающую абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин, высокопрочный ферритный чугун, древесную золу и дийодид хрома в заданном соотношении компонентов. В результате повышается температурная стойкость абразивного инструмента и снижается его стоимость. 2 табл.

Изобретение относится к чистовой обработке поверхностей и может быть использовано в оптической промышленности, машиностроении и металлообработке для эффективного тонкого полирования различных поверхностей. Абразивное изделие с покрытием имеет трехмерный рисунок абразивных структур, полученный путем продавливания абразивного суспензионного состава. Сначала наносят первое покрытие функционального порошка, где абразивная суспензия включает необработанные необожженные абразивные агрегаты преимущественно сфероидальной или тороидальной формы, полученные из композиции с абразивными зернами и связующим материалом из наночастиц. Обеспечивается чистовая обработка и устранение дефектов на поверхностях, включая поверхности с покрытием. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 табл., 4 пр., 11 ил.

Изобретение относится к области абразивной обработки. Абразивное изделие состоит из гибкой подложки, имеющей основную поверхность, содержащую эластичный полимер, способный эластично расширяться и сжиматься в поперечном направлении, при этом полоса эластичного полимера составляет 5,1 см в ширину, 30,5 см в длину и 0,102 мм в толщину и растягивается в продольном направлении по меньшей мере на 3% при статической нагрузке в 22,2 Н, синтетической смолы, соприкасающейся с основной поверхностью и распространенной по всей основной поверхности по заранее определенному рисунку дискретных зон поверхности, абразивных частиц, контактирующих с синтетической смолой и в целом в совмещении с ней, и клеевой смолы, соприкасающейся как с абразивными частицами, а также синтетической смолой, клеевая смола находится в совмещении как с абразивными частицами, также с синтетической смолой, тогда как области основной поверхности, соприкасающиеся с синтетической смолой, в общем находятся в одной плоскости с областями основной поверхности, не касающимися синтетической смолы. Технический результат: абразивное изделие имеет превосходную устойчивость к скручиванию, к расслоению и к нагрузке, имеет повышенную гибкость и при изготовлении требует меньшего количества сырья для достижения того же уровня производительности, как и обычные абразивные изделия. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр., 6 ил.

Изобретение относится к области механической обработки материалов, а именно к шлифованию и тонкому шлифованию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Масса включает абразив, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин, органический модификатор, высокопрочный ферритный чугун дисперсности Dвч=(1,2–1,5)dA, где dA – дисперсность абразива, и кристаллический йод, кроме того, она дополнительно содержит порошок серого чугуна дисперсности Dсч=(0,8–1,0)dA, при следующем соотношении компонентов, мас.%: абразив 40–50, полиэтиленполиамин 3,5–5,0, органический модификатор 2,5–3,5, высокопрочный ферритный чугун 15–20, кристаллический йод 0,5–1,0, серый чугун 5–10, эпоксидная смола - остальное. Технический результат: увеличение периода стойкости абразивного инструмента между его правками, снижение шероховатости обработанных поверхностей и толщины поверхностного слоя с измененными физико-механическими свойствами, снижение относительной площади прижогов обработанной поверхности детали. 2 табл.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве абразивных материалов с трафаретными покрытиями. Абразивные изделия содержат образующий слой, слой абразивных частиц и размерный слой, которые наносятся на основу в соответствии с трафаретом покрытия, характеризуемым рисунком с отдельными областями или элементами, расположенными с поверхностной плотностью в пределах от около 30 до около 300 элементов на квадратный сантиметр. Средний диаметр элемента составляет от около 0,1 до около 1,5 миллиметра. Упомянутый трафарет покрытия предусматривает нахождение всех трех компонентов во взаимодействии друг с другом, а также наличие непокрытых зон основы. В результате улучшаются эффективность резки и окончательной обработки и стойкость абразивного изделия к изгибанию во влажных средах. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 17 пр.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного продукта, предназначенного для обработки разнообразных материалов. Абразивный продукт содержит поверхность с множеством абразивных зон, которые несет опорный слой. Абразивные зоны окружены взаимосвязанными канальными участками, содержащими первые канальные участки с первым поперечным размером и вторые канальные участки со вторым поперечным размером, большим, чем первый поперечный размер. В результате повышаются долговечность абразивного продукта и качество и эффективность обработки. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 22 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области абразивной обработки, в частности к абразивному изделию на основе нетканого материала и способу его изготовления. Абразивное изделие с покрытием, содержащим абразивные частицы, содержит основную часть, включающую подложку, содержащую материал на полиэфирной основе типа спанлейс и пропитывающее средство, содержащееся в указанном материале на полиэфирной основе типа спанлейс, при этом указанное пропитывающее средство содержит материал, выбранный из группы, состоящей из фенолоальдегидной смолы, акриловой смолы, полимочевины и их комбинации, и абразивный слой, содержащий абразивные частицы, причем отношение содержаний пропитывающего средства/подложки (Cs/Cb) составляет от 0,01 до 1. Технический результат: повышение рабочих характеристик абразивного изделия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к алмазным инструментам, содержащим алмазные зерна, связанные органическим связующим. Масса для изготовления алмазного инструмента содержит алмаз, органическое связующее и углеродный наполнитель, в качестве которого она содержит оксид графена в виде ультрадисперсных порошков, при следующем соотношении компонентов, об.: алмаз 6,0-32,0; углерод в виде ультрадисперсных порошков оксида графена 2,0-20,0; органическое связующее - остальное. Использование оксида графена позволяет изготавливать инструмент, не содержащий дефицитных компонентов, с высокой прочностью, износостойкостью и режущей способностью. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх