МАТЕРИАЛ "НЕОПОЛ" ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОГО ПОЛИРОВАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК B24D3/34 

Изобретение относится к производству твердого полировального инструмента на неорганической связующем для бессуспензионного полирования деталей из оптических стекол и ситаллов различных марок.

Известны материалы для бессуспензионного полирования оптических деталей на основе различных полировочных смол. Описан способ изготовления полировальника, заключающийся в том, что в расплавленную полировочную смолу вводят 50 вес. полировального порошка, размешивают и формуют полировальник.

Используется также абразивная масса, содержащая абразив, наполнитель (металл, сплав, карбид металла, окисел металла и т.д.) соль щелочных металлов и органическое связующее (различные смолы). Полировальник отличается высокой износостойкостью вследствие введения солей щелочных металлов и угольной кислоты.

Основным недостатком указанных материалов является зависимость формы поверхности инструмента от изменения температуры и в процессе полирования и, как следствие, низкая точность при формообразовании оптических поверхностей.

Этот недостаток отсутствует у так называемых твердых полировальников. Известен материал для твердого абразивного инструмента, содержащий органическое связующее при следующем соотношении компонентов (мас.) /3/:
абразив 90 95
пек 4,5 8,5
пульвербакелит 0,5 1,5
Использование твердых полировальников позволяет автоматизировать процесс полирования и значительно снизить расход дефицитного и дорогостоящего полирующего порошка, что, в конечном счете приведет, к существенному совершенствованию всего технологического процесса обработки оптических деталей.

Однако при всех очевидных преимуществах этих материалов (высокая производительность, точность формообразования) они имеют ряд существенных недостатков, а именно, нестабильность полирующих свойств, обусловленная непостоянством структурной формулы органического связующего, необходимость использования интенсивных режимов полирования и, как следствие, невозможность их применения для полирования крупногабаритных деталей, а также токсичность связующего материала.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить стабильность полирующих свойств, производительность процесса полирования, уменьшить токсичность, расширить область применения (от микрооптики до крупногабаритных деталей из оптического стекла и ситаллов различных марок, кристаллов и др. твердых материалов).

Сущность изобретения заключается в том, что в абразивный порошок (церит) вводится неорганическое связующее следующего состава (мас.): B₂O₃ 1,20-10,00, SiO₂ 0,50-6,00, Al₂O₃ 0,60-1,00, K₂CO₃ 0,07-1,30, MgO 0,08-1,30, CaO 0,04 -0,20, Na₂CO₃ 0,05-0,20, при соотношении абразива и связки (мас.): абразив 80,00-98,00, связка 2,00 -20,00. Именно такое сочетание окислов в связующем материале обеспечивает непрерывное поступление зерен полирующего материала и постоянное их обновление на обрабатываемой поверхности.

Связующий материал придает высокую технологичность изготовленным на его основе материалам, а именно пластичность при формовании изделий, прочность при сушке и сохранение этих свойств в процессе дальнейшей термообработки готового материала. Такие характеристики материала как прочность, твердость, пористость, износостойкость можно варьировать в широких пределах, изменяя режим термообработки.

Для изготовления полирующих элементов смесь абразива с указанными окислами тщательно перемешивают в среде этилового спирта, высушивают, прессуют в таблетки размером d 15 мм, h 7 -8 мм, которые затем подвергаются обжигу на воздухе при температурах 760 880^oC в течение 5 часов. Составы испытанных элементов приведены в таблице 1.

Из полученных элементов (таблеток) в количестве 24 штук готовится полировальный инструмент путем крепления их с помощью шеллака на планшайбу из латуни АС-59 диаметром d 100 мм. Полирующий инструмент перед измерениями расшлифовывается алмазной план-шайбой АСМ 125/100 М1 до ΔΗ≈0 (разброс на высоте элементов). Измерения износа инструмента проводится на плоских деталях из ситалла СО-115М, диаметром 130 мм, предварительно отполированных до N 3, ΔN 0,3 и чистоты Р111, последовательно через каждые 60 мин полирования путем прямых измерений в 4-х точках на его поверхности. Результаты измерений сравниваются с аналогичными для прототипа (табл.2).

Испытания проводятся на станке 6ШП-150М при различных режимах:
давление Р 100 330 г/см²
частота вращения шпинделя ω 90 180 об/мин
частота колебания верхнего звена v 40 63 дв.ход./мин
размах 30 мм
ПРИМЕР 1 (состав 1): Изготавливается инструмент для полирования оптических деталей.

Массу в кол-ве 100 г для полирующего инструмента приготовляют следующим образом. Готовят навески абразива (церита) и связки в следующих количествах, г:
CeO₂ 90,0 (ТУ 48-4-467-85)
B_2>O₃ 4,0 (ТУ 6-09-1853-77)
SiO₂ 3,0 (ГОСТ 9428-73)
Al₂O₃ 0,7 (ТУ 6-09-426-75)
K₂CO₃ 1,0 (ТУ 6-09-2831-78)
MgO 1,0 (ГОСТ 4526-75)
CaO 0,1 (ТУ 6-09-3587-79)
Na₂CO₃ 0,2 (ГОСТ 83-79)
Смешивают их в агатовой ступке в течение 1 часа в среде этилового спирта (ГОСТ 17299-78), высушивают, прессуют 24 таблетки диаметром 15 мм, высотой 7-8 мм под давлением 500 кг/см² и обжигают на воздухе при температурах 760, 800, 820 или 850^oC в течение 5 час в электропечи марки СНОЛ-1,6.2.5.1/11-43. Из полученных элементов изготавливают полирующий инструмент и испытывают на полирующую способность при полировании в течение 120 мин ситалла СО-115М на станке 6ШП-150М при режиме:
P 144 г/см²
v 63 дв.ход./мин
w 180 об/мин
Результаты испытаний приведены в таблице.

ПРИМЕР 2 (состав II): Берут навески абразива (церита) и связки в следующих количествах, г: CeO₂ 92,00; B₂O₃ 3,50; SiO₂ 2,50; Al₂O₃ 0,40; K₂CO₃ 0,07; MgO 0,08; CaO 0,10; Na₂CO₃ 0,10.

Изготовление элементов (таблеток) проводят способом, описанным в примере 1, и обжигают при температуре 830^oC в течение 5 часов. Полирующий инструмент изготавливают и испытывают также аналогичным образом. Результаты испытаний отражены в таблице.

ПРИМЕР 3 (состав III): Берут навески абразива (церита) и связки в следующих количествах, г: CeO₂ 95,00; B₂O₃ 3,00; SiO₂ 1,50; Al₂O₃ 0,10; K₂CO₃ 0,15; MgO 0,15; CaO 0,05; Na₂CO₃ 0,05.

Изготовление таблеток и испытания их производят способом, описанным в примере 1, с тем отличием, что таблетки обжигаются при температуре 860^oC в течение 5 час. Результаты испытаний приведены в таблице. Выбранный интервал (80 98%) церита обусловлен следующими соображениями. Концентрация связующего более 20 мас. приводит к снижению производительности полирования (состав V).

Снижение концентрации связующего менее 2 мас. приводит к разрушению материала при полировании (состав VI).

Испытания показали, что предлагаемый состав твердого полировального материала обладает улучшенными по сравнению с прототипом эксплуатационными свойствами при аналогичном качестве полируемой поверхности по следующим показателям:
1. Производительность полирования увеличивается от 8 до 40 раз.

2. Износостойкость инструмента увеличивается в 2-33 раза.

В связи с тем, что заявленный материал будет в дальнейшем внедряться в производство считаем целесообразным присвоить ему название "Неопол".

Использование: при производстве твердого полировального материала "Неопол" на дешевом неорганическом связующем для бессуспензионного полирования деталей из оптических стекол и ситаллов различных марок. Сущность изобретения: материал содержит абразив и керамическую связку, следующего состава, мас. %: B₂O₃ - 1,20-10,00; SiO₂ - 0,50-6,00; Al₂O₃ - 0,60-1,00; K₂CO₃ - 0,07-1,30; MgO₃ - 0,08-1,30; CaO - 0,04-0,20; Na₂CO₃ - 0,05-0,20 при соотношении абразива и связки: абразив (церит) - 80,00-98,00, связка - 2,00-20,00. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Материал для изготовления твердого полировального инструмента, содержащий абразив и связующее, отличающийся тем, что в качестве последнего материал содержит керамическую связку следующего состава, мас.

B₂O₃ 1,2 10,0
SiO₂ 0,5 6,0
Al₂O₃ 0,6 1,0
K₂CO₃ 0,07 1,30
MgO 0,08 1,30
CaO 0,04 0,20
Na₂CO₃ 0,05 0,20
при этом абразив и связка находятся в следующем соотношении, мас.

Абразив 80 98
Связка 2 20
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве абразива он содержит церит.