СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК C10M173/02 C10M173/02 C10M149/04 C10M125/00 C10M129/08 C10M129/24 

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях производства при обработке изделий из стекла, керамики, полупроводниковых материалов, сапфира, кварца и других материалов.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость на основе водорастворимого полиэтиленполиамина (А.С. СССР N 1074895, МКИ С 10 М 173/02, 1984). Данная СОЖ может быть эффективно использована при получистовом и чистовом шлифовании связанным алмазным инструментом изделий из стекла. Особенно эффективно применение данного состава СОЖ при использовании алмазного инструмента на металлической связке, преимущественно на медной связке.

Однако применение данной СОЖ имеет низкую эффективность при использовании алмазного инструмента на органической связке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является состав смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки стекла и диэлектриков (Патент РФ N 2062293, МКИ С 10 М 173/02, 1994 - прототип). Данная СОЖ эффективно работает как с алмазным инструментом на металлических связках, так и с инструментом на органических связках.

Однако данный состав СОЖ имеет следующие недостатки и ограничения:
- низкая эффективность при обработке таких материалов, как сапфир, керамика, пьезокварц, стали, полупроводниковые материалы;
- использование в составе СОЖ никеля сернокислого делает его экологически вредным;
- невозможность использования данного состава СОЖ при обработке сталей и некоторых других металлов из-за резкой коррозии деталей под воздействием СОЖ;
- невозможность длительного использования и хранения СОЖ из-за быстрого образования грибков.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности обработки широкого класса материалов и создание экологически безвредного продукта.

Поставленная цель достигается тем, что СОЖ, содержащая воду, полиэтиленполиамин и фосфорную кислоту, дополнительно содержит глицерин, сернокислую медь, хлористый цинк, нитрит натрия и формалин при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Полиэтиленполиамин - 0,05 - 0,5
Фосфорная кислота - 0,025 - 0,25
Глицерин - 0,025 - 0,25
Медь сернокислая - 0,0025 - 0,025
Цинк хлористый - 0,001 - 0,01
Нитрит натрия - 0,0025 - 0,025
Формалин - 0,001 - 0,01
Вода - остальное.

СОЖ готовят смешиванием компонентов в воде до полного их растворения. Составы СОЖ и результаты их испытаний представлены в таблицах 1, 2 и 3.

Основным компонентом предлагаемого состава СОЖ является полиэтиленполиамин, обеспечивающий высокий смазывающий эффект даже при его низком содержании в воде. Применение в составе СОЖ фосфорной кислоты вместе с полиэтиленполиамином обеспечивает увеличение степени полимеризации полиэтиленполиамина, что уменьшает токсичность СОЖ за счет снижения летучести полиэтиленполиамина.

Применение в составе СОЖ глицерина в количестве от 0,025 до 0,25% обеспечивает облегчение диспергирования обрабатываемого материала, а также обеспечивает образование смазочных пленок на поверхностях обрабатываемого материала и инструмента. Кроме того, в отличие от этиленгликоля глицерин является совершенно нетоксичным материалом. Еще одним преимуществом применения глицерина вместо этиленгликоля является более высокая температура его кипения, составляющая 290^oC (температура кипения этиленгликоля составляет 197,6^oC), что обеспечивает лучшее охлаждение и теплоотвод из зоны контакта инструмента и обрабатываемого материала.

Дополнительное использование в составе СОЖ сернокислой меди в количестве от 0,0025 до 0,025% и хлористого цинка в количестве от 0,001 до 0,01% позволяет повысить эффективность использования данного состава СОЖ при обработке различного класса материалов. Так, присутствие сернокислой меди в составе СОЖ резко повышает эффективность при обработке различных кремнийсодержащих материалов, таких как стекло, ситалл, кремний. В то же время наличие хлорида цинка в составе СОЖ способствует повышению производительности и стабильности процесса шлифования таких высокопрочных материалов, как керамика из окиси алюминия, сапфир и др. Например, установлено что при использовании раствора хлористого цинка при обработке сапфира и корундовой керамики обеспечивается наряду с увеличением съемов материала на 35-45% также уменьшение шероховатости обрабатываемой поверхности.

Дополнительно в состав СОЖ введен нитрит натрия в количестве от 0,0025 до 0,025% в качестве ингибитора коррозии. Эта добавка позволяет не только исключить коррозию обрабатываемых различных металлических деталей, но и предотвращает коррозию металлических деталей шлифовальных станков.

Дополнительное введение в состав СОЖ незначительного количества формалина (от 0,001 до 0,01%) позволяет исключить образование и рост грибков при длительном использовании и хранении смазочно-охлаждающей жидкости.

Различные составы СОЖ сведены в таблицу 1.

Результаты испытаний различных составов СОЖ при шлифовании кремниевых пластин сведены в таблицу 2. Приведены результаты испытаний СОЖ при грубом (1 переход) и тонком (2 переход) шлифовании. При этом для грубого шлифования был использован связанный алмазный инструмент на органической связке марки РТ100, а для тонкого шлифования использовался связанный алмазный инструмент на органической связке марки РТ5Р1, производимый компанией ООО "Прецизионные процессы" (г. Москва).

Сравнительные результаты шлифования различных материалов с применением СОЖ (прототип) и оптимального заявляемого состава СОЖ приведены в таблице 3.

Испытания различных составов СОЖ проводили в сравнении с составом N1, являющимся прототипом. Испытания проводились с использованием шлифовально-полировального станка типа 6ШП-200. Режимы обработки были следующие:
- скорость вращения шпинделя - 80 об./мин;
- удельное давление инструмента на деталь - 0,2 кг/см²;
- количество подаваемой СОЖ - не менее 5 литров в минуту;
- время шлифования в одном цикле - 4 минуты.

Каждый состав СОЖ (табл.1) испытывался при шлифовании не менее 10 штук заготовок. Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты испытаний представляют собой среднее арифметическое значение из всех полученных результатов.

Как следует из таблицы 2, соотношение исходных компонентов в составе СОЖ существенно влияет на параметры процесса шлифования. В таблице не приведены результаты испытаний составов СОЖ, содержание компонентов которых выходит за указанные в формуле изобретения пределы. Соответствующие параметры процессов шлифования с данными запредельными составами СОЖ были существенно хуже, чем результаты в таблицах 2 и 3.

На основании результатов испытаний, представленных в таблицах 2 и 3, можно сделать вывод, что новый состав СОЖ имеет перед составом СОЖ прототипа следующие преимущества:
- обеспечивает повышение производительности на операциях грубого и тонкого шлифования;
- обеспечивает возможность высокоэффективного шлифования различных материалов, например всех типов стекол, сапфира, кремния и других полупроводниковых материалов, керамики, сталей и пьезокварца;
- обеспечивает повышение качества обработки за счет уменьшения шероховатости поверхности на 25-30% и уменьшения глубины нарушенного слоя,
- является экологически чистым и безвредным для обслуживающего персонала продуктом;
- не вызывает коррозии обрабатываемых деталей и деталей и узлов шлифовального оборудования;
- обладает антисептическими свойствами, препятствует образованию грибков и биологическому разложению СОЖ.

Использование: в оптико-механической, электронной и других отраслях производства при алмазно-абразивной обработке изделий из стекла, керамики, полупроводниковых материалов, сапфира, кварца и других материалов. Жидкость содержит, вес. %: полиэтиленполиамин 0,05 - 0,5, фосфорная кислота 0,025 - 0,25, глицерин 0,025 - 0,25, медь сернокислая 0,0025 - 0,025, цинк хлористый 0,001 - 0,01, нитрит натрия 0,0025 - 0,025, формалин 0,001 - 0,01, вода - остальное. Технический результат - повышение качества обработки за счет уменьшения шероховатости поверхности на 25-30%, возможность высокоэффективного шлифования различных материалов, исключение коррозии деталей и предотвращение образования грибков и биологического разложения жидкости. 3 табл.

Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки материалов, содержащая воду, полиэтиленполиамин и фосфорную кислоту, отличающаяся тем, что жидкость дополнительно содержит глицерин, сернокислую медь, хлористый цинк, нитрит натрия и формалин при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Полиэтиленполиамин - 0,05 - 0,5
Фосфорная кислота - 0,025 - 0,25
Глицерин - 0,025 - 0,25
Медь сернокислая - 0,0025 - 0,025
Цинк хлористый - 0,001 - 0,01
Нитрит натрия - 0,0025 - 0,025
Формалин - 0,001 - 0,01
Вода - Остальное