АБРАЗИВНАЯ МАССА Российский патент 1995 года по МПК B24D3/28 

Изобретение относится к изготовлению отрезного и шлифовального инструмента как методом холодного, так и горячего прессования.

Традиционным наполнителем абразивных масс является известный криолит, действие которого связывают с разложением в зоне шлифования с созданием агрессивной фторсодержащей среды, облегчающей процесс абразивной обработки.

Технический криолит представляет собой смесь фторалюминатов натрия Na₅Al₃F₁₄ и Na₃AlF₆, содержание фтора в криолите ≈ 54 мас.

Криолит в большинстве случаев применяется совместно с другими наполнителями, с которыми он взаимодействует химически с выделением фтористого водорода.

Известна абразивная масса, содержащая абразив, органическое связующее на основе фенолоформальдегидной смолы и наполнитель, состоящий из криолита и соединений кальция (термически обработанного известняка). Криолит и термически обработанный известняк вступают в твердофазное взаимодействие как при температурах поликонденсации, так и в зоне эксплуатации. Низкотемпературное взаимодействие наполнителей способствует упрочнению связки, а высокотемпературное ослаблению ее в тонком слое и повышению режущей способности инструмента. Недостатком данного решения является то, что химические реакции при температурах зоны шлифования протекают с большой скоростью, что снижает стойкость инструмента. Продуктом взаимодействия является фтористый водород. Количество выделяющегося HF за счет реакции пирогидролиза в присутствии соединений кальция значительно превышает количество HF, выделяющегося при нагревании криолита без них. В свою очередь, при использовании криолита в качестве наполнителя исключение соединений кальция приводит к снижению прочности инструмента.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является абразивная масса, содержащая абразив, органическое связующее на основе фенолоформальдегидной смолы и наполнителя, включающий соединения кальция. Для повышения прочности инструмента путем повышения адгезии компонентов к органическому связующему в массу дополнительно введен криолитизированный кремнезем.

Соотношения компонентов известной массы, мас. Абразив 72-85,3
Органическое связующее 9-14
Криолитизированный кремнезем 1,6-6,5 Соединения кальция Остальное
Криолитизированный кремнезем представляет собой комплексный наполнитель, состоящий из смеси фторалюминатов натрия Na₅Al₃F₁₄ и Na₃AlF₆ с незавершенными кристаллическими решетками и аморфного SiO₂. Криолитизированный кремнезем синтезирован из отходов производства фториевых солей, поэтому в 3-3,5 раза дешевле криолита технического. Содержание фтора в криолитизированном кремнеземе в среднем в 2 раза меньше, чем в криолите техническом.

Недостатком известного решения является то, что влияние кремнезема криолитизированного на прочность инструмента связывают с его химическим взаимодействием с кальцийсодержащими наполнителями, в то время как его индивидуальная роль в формировании структуры и свойств круга оценена не достаточно.

Применение соединений кальция в сочетании с кремнеземом криолитизированным (аналогично их сочетанию с криолитом техническим) способствует за счет химического взаимодействия упрочнению связки при температурах формирования круга и ослаблению ее в зоне эксплуатации (тем самым повышая режущую способность, но снижая стойкость круга). Особенно резко снижение стойкости проявляется в случае отрезных кругов. Применение кремнезема криолитизированного в составе абразивной массы для отрезных кругов ранее не рассматривалось.

В присутствии соединений кальция и криолитизированного кремнезема выделение фтористого водорода при эксплуатации инструмента в 2 раза больше, чем при использовании кремнезема криолитизированного как индивидуального наполнителя, поскольку соединения кальция активируют реакцию пирогидролиза фторидов. Сочетание кремнезема криолитизированного с наполнителями другой химической природы (в частности с пиритом) в составе абразивного инструмента ранее не использовалось.

Цель изобретения повышение прочности, стойкости инструмента, снижение экологической напряженности на объекте, расширение сферы применения материалов, синтезированных на основе фторсодержащих отходов.

Поставленная цель достигается тем, что в абразивную массу, содержащую абразив, органическое связующее на основе фенолоформальдегиной смолы и кристаллизированный кремнезем в качестве основного наполнителя, дополнительно введен пирит при следующем соотношении компонентов, взамен соединений кальция, мас. Абразив 72-85 Органическое связующее 9-30 Криолитизированный кремнезем 1,5-10,0 Пирит Остальное
Применение кремнезема криолитизированного в сочетании с пиритом обусловлено его многогранным влиянием на свойства инструмента. Вещества в мелкодисперсном состоянии с дефектными (несформированными) кристаллическими решетками обладают повышенной адгезионной способностью. Как фторалюминаты в составе кремнезема криолитизированного, так и SiO₃, обладают высокой адгезионной способностью к органическому связующему, что способствует упрочнению круга в процессе формирования. В свою очередь в зоне шлифования процесс абразивной обработки (резания) при использовании кремнезема кристаллизированного в сочетании с пиритом (FeS₂) облегчается за счет эвтектического локального низкотемпературного плавления смеси фторалюминатов, натрия SiO₂ и FeS, создание тем самым агрессивной фтор и серу содержащей среды, необходимой для повышения режущей способности и смазки в зоне эксплуатации. Выделение фтористого водорода подавляется и тем самым снижается экологическая напряженность на объекте.

Локальное эвтектическое плавление упрочняет связку в процессе эксплуатации, повышая тем самым стойкость круга.

Расширение сферы применения кремнезема криолитизированного является важнейшей народнохозяйственной задачей как с точки зрения экологического оздоровления промышленности, так и является экологически выгодным. Кремнезем криолитизированный синтезирован на основе фторсодержащих отходов, которые раньше выбрасывались в окружающую среду.

Необходимо отметить, что если содержание кремнезема криолитизированного и пирита находится за пределами указанных соотношений, снижается прочность и стойкость инструмента.

Ниже приведены примеры конкретного применения. Для изготовления образцов для испытаний на предел прочности при изгибе и отрезных кругов 300х3х32 была использована традиционная технология: шлифовальный материал (электрокорунд нормальный) смачивают жидким бакелитом, перемешивают 3 мин, затем в мешалку подают связующее, наполнитель (криолитизированный кремнезем) и пирит, перемешивают в течение 10 мин. Из полученной массы формуют образцы и круги при давлении 26,0-30,0 МПа с выдержкой под прессом 30 с, отверждают при 180^оС в бакелизаторе. Аналогично изготавливают образцы и круги из абразивной массы по прототипу. Результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы предел прочности на изгиб образцов, изготовленных из предлагаемой массы, выше прочности на изгиб образцов, изготовленных из известных масс в среднем на 16,5% разрывная скорость на 14% коэффициент шлифования на 23% При эксплуатации снижается в 2 раза выделение фтористого водорода в окружающую среду, тем самым уменьшается экологическая напряженность на объекте.

Использование: при изготовлении отрезного и шлифовального инструмента, как методом холодного, так и горячего прессования. Сущность изобретения: абразивная масса включает абразив, органическое связующее на основе фенолоформальдегидной смолы, криолитизированный кремнезем, синтезированный на основе фторсодержащих отходов и пирите при следующем соотношении компонентов, мас. абразив 72 85, органическое связующее 9 30; криолитизированный кремнезем 1,5 10,0, шерит остальное. 1 табл.

АБРАЗИВНАЯ МАССА, содержащая абразив, органическое связующее на основе фенолоформальдегидной смолы, криолитизированный кремнезем, синтезированный на основе фторосодержащих отходов, и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя масса содержит пирит, при этом ингредиенты находятся в следующем соотношении, мас.

Абразив 72 85
Органическое связующее 9 30
Криолитизированный кремнезем, синтезированный на основе фторосодержащих отходов 1,5 10,0
Пирит Остальное