СОСТАВ ДЛЯ ДОВОДКИ СТАЛЬНЫХ ШАРИКОВ Российский патент 2007 года по МПК C09G1/02 

Изобретение относится к составам жидких абразивных суспензий на водной основе и может быть использовано в машиностроении в процессах полирования и доводки поверхности металлических деталей, преимущественно при доводке стальных закаленных шариков.

Известны составы, включающие абразивную составляющую из микропорошков различных абразивных материалов и водные растворы солей ПАВ, находящиеся в жидком состоянии («Поверхностно-активные вещества». Справочник под ред. А.А.Абрамзона и Г.М.Гаевого; Л. «Химия», Ленинградское отделение, 1979, стр.20-21).

Однако известные составы обладают рядом недостатков, не позволяющих эффективно использовать их в технологических процессах доводки особо точных деталей с высокими требованиями метрологической точности и качеству поверхности, какими являются шарики подшипников.

Так, в известных составах в качестве абразивосодержащего компонента в основном используется окись хрома - экологически вредный продукт. Другим характерным недостатком известных составов является то, что из-за слабой эмульгирующей способности нарушается однородность, происходит расфракционирование жидкой и твердой (абразивной) фаз в техпроцессе обработки. В то же время одним из основных требований к жидким, водным полировальным суспензиям в подшипниковой промышленности является технологическая стабильность при длительном их использовании в режиме постоянной рециркуляционной подачи в зону обработки. Однако в известных составах из-за недостаточной эмульгирующей способности нарушается однородность, происходит расфракционирование жидкой и твердой (абразивной) фаз в техпроцессе обработки. Нарушение стабильности в однородности суспензии резко снижает шлифующие и полирующие свойства, что приводит к ухудшению геометрической точности и качества поверхности шариков.

Применение известных составов позволило получить удовлетворительные результаты по производительности. Однако из-за наличия компонентов-загустителей суспензия при ее рециркуляции становилась неоднородной, нарушалась кинематика движения шариков в рабочей зоне станка, в результате чего имело место ухудшение качества поверхности и геометрических параметров шариков.

Кроме того, требуемая производительность и качество при использовании известных паст обеспечиваются исключительно за счет абразива - мелкодисперсной окиси хрома - продукта экологически вредного, относящегося ко II классу опасности по ГОСТ 12.1.005-88. Попытки замены окиси хрома в составах известных паст на стандартные абразивные микропорошки приводили к резкому ухудшению шероховатости и снижению точности геометрической формы шариков.

Известны доводочные составы, исключающие использование окиси хрома и содержащие в качестве шлифующего материала микропорошки окиси алюминия (А.С.1669962, 15.08.1991, патент РФ 2161173, 27.12.2000). Однако в первом случае из-за недостаточного полирующего эффекта не достигается необходимая точность по геометрии шариков - сферическая форма, во втором в качестве жидкой среды используется пожароопасная углеводородная жидкость, что сужает возможности широкого применения таких суспензий в машиностроении.

Наиболее близким по технической и физической сущности и достигаемому эффекту является состав для доводки деталей (А.С. №508519, МКП С09G 1/02, оп. 1973) на основе абразива с добавлением жидкого компонента с ПАВ, триэтаноламина и воды.

В качестве моющего и коррозионно-защитного водорастворимого компонента в известном составе используются смесь нафтеновых кислот, канифоли, СЖК фракции С₁₇-С₂₀, олеиновая и стеариновая кислоты. При этом требуемое качество поверхности достигается исключительно за счет использования мелкодисперсной окиси хрома. Однако паста известного состава имеет ряд существенных недостатков узко ограничивающих возможности ее применения. Жидкая составляющая на основе известной водорастворимой ПАВ, обладая хорошими моющими свойствами, недостаточно стабильно удерживает абразивный компонент во взвешенном состоянии в суспензии, что при выпадении большой части абразива в осадок обуславливает неравномерность шлифовального воздействия, ухудшает качество поверхности и снижает производительность. При этом в составе известной суспензии в качестве абразивного компонента используется экологически неблагоприятная окись хрома, что не позволяет рекомендовать ее к широкому применению.

Упомянутые факторы резко ограничивают область использования известного состава и не позволяют его применять в подшипниковом производстве на операциях шлифования шариков.

Целью предлагаемого изобретения является создание пасты на водной основе, образующей однородную суспензию, стабильно и равномерно удерживающую абразивную составляющую во взвешенном состоянии, где компонентами ПАВ были бы доступные продукты, выпускаемые отечественной промышленностью. При этом абразивные порошки должны быть экологически безопасными и должны обеспечивать высокий шлифующий эффект при гарантировании требуемой шероховатости поверхности и заданной геометрической точности шариков.

Таким образом, технический результат, достигаемый от реализации описываемого изобретения, состоит в повышении качества обработки изделий, повышении экологической безопасности и обеспечении эффективности производства в условиях применения отечественных исходных компонентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в составе для доводки стальных шариков, включающем абразивный шлифующий материал и водорастворимое моющее средство с компонентом ПАВ, в качестве абразивного шлифующего материала используют микропорошки из окиси алюминия дисперсностью 1 мкм, моющее средство готовят на основе олеата триэтаноламина и нитрита натрия, а ПАВ содержит триэтаноламиновые соли кислот, входящих в состав таллового масла, и оксиэтилированный изононилфенол и состав содержит углеводородную жидкость с вязкостью не более 5 сСт при 20°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

абразивный микропорошок2,0-4,0триэтаноламин1,9-2,5нитрит натрия0,2-0,3олеат триэтаноламина1,2-1,6соли кислот таллового масла и триэтаноламина1,2-1,6оксиэтилированный изононилфенол0,4-0,6углеводородная жидкость5,0-8,0водадо 100

Предпочтительно использовать в качестве микропорошка из окиси алюминия электрокорунд белый - 24А дисперсностью 1 мкм (торговая марка М 1). В качестве моющего средства с ПАВ - моющую жидкость "Камгидрол" ТУ6-57-111-99, а в качестве углеводородной жидкости с вязкостью не более 5 сСт при 20°С - керосин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

абразивный микропорошок М 12,0-4,0моющая жидкость "Камгидрол"4,9-6,6керосин5,0-8,0водадо 100

Настоящее изобретение решает задачу получения абразивной суспензии с эффективными шлифующими и полирующими свойствами, со стабильными технологическими характеристиками, обеспечивающими на операциях доводки и полирования уменьшение шероховатости, повышение отражательной способности, антикоррозионной защиты, точности геометрической формы и высокие моющие свойства.

Состав отличается простотой технологии приготовления из недефицитных компонентов, промышленное производство которых налажено в России и которые отвечают требованиям экологической безопасности.

В соответствии с настоящим изобретением создана суспензия на водной основе стабильно и равномерно удерживающая абразивную составляющую во взвешенном состоянии, где компонентами ПАВ являются доступные продукты, выпускаемые отечественной промышленностью. При этом абразивные порошки экологически безопасны и обеспечивают высокий шлифующий эффект при гарантировании требуемой шероховатости поверхности и заданной геометрической точности шариков. В качестве моющего средства рекомендуется использовать моющую жидкость (торговая марка «Камгидрол» ТУ 6-57-111-99), которая включает указанные выше компоненты в необходимых количествах.

Состав суспензии содержит углеводородную жидкость с вязкостью не более 5 сантистокс при температуре 20°С: керосин, дизельное топливо и др.

Сочетание солей таллового масла и триэтаноламина с олеатом триэтаноламина с углеводородной жидкостью, взятое в оптимальном соотношении, а также с выбранным абразивным порошком обеспечивает стабильность суспензии, где абразивная составляющая распределена равномерно и находится во взвешенном состоянии, что обеспечивает стабильно высокие металлосъем и точность геометрической формы поверхности. Выбранный состав суспензии, обладая значительным полирующим эффектом, гарантированно обеспечивает высокий класс шероховатости и близкую к зеркальной отражательную способность поверхности.

В соответствии с предложенным техническим решением приготовлены и испытаны составы суспензий, приведенные в таблице 1.

Указанные составы в виде водных суспензий были испытаны на элеваторном шародоводочном станке МШ33Г. Доводке подвергались шарики диаметром (12,7 мм) из стали ШХ15, HRC 63-66.

Суспензия с расходом 0,5 л/ мин подавалась в зону обработки насосом. Результаты испытаний, приведенные в таблице 2, показали, что суспензии оптимального состава (№2-№4) обеспечивают наименьшее отклонение от идеальной формы, т.е. улучшают точность геометрической формы шариков с минимальной шероховатостью поверхности при производительности процесса, превосходящей достигаемую при суспензиях, в основе которых используется окись хрома и остродефицитные компоненты.

Приготовление суспензии осуществляется следующим образом. В баке станка, заполненном на 70-75% объема водой при температуре цеха, растворяют при перемешивании 6-8% количества моющей жидкости «Камгидрол» ТУ 6-57-111-99, обеспечивающей наличие указанных химических компонентов в найденной оптимальной концентрации, а также 2-4% абразивного микропорошка (24А) М 1 и 5-8% керосина. Затем доливают воду до 100%.

Суспензия из бака станка постоянно работающим насосом подается в рабочую зону шлифования на шарики. Освобождаясь вместе с шариками из зоны обработки, суспензия вновь сливается в бак и далее продолжает подаваться и работать в режиме рециркуляции.

Технико-экономическая эффективность от применения состава обеспечивается за счет повышения производительности, уменьшения брака шариков по отклонению от сферической формы, за счет исключения коррозии, а также за счет меньшей стоимости химкомпонентов и шлифпорошка.

Использование предлагаемого состава позволяет повысить производительность труда, а также исключить из технологии шародоводки использование экологически вредного продукта - окиси хрома и дефицитных, не изготавливаемых отечественной химической промышленностью компонентов.

Таблица 1.
Экспериментальные составыКомпонентыСодержание компонентов, мас.%№1№2№3№4№5№6Микропорошок из электрокорунда белого M11,82,03,04,04,55,0Триэтаноламин1,51,92,32,52,72,9Нитрит натрия0,10,20,30,40,50,6Олеат триэтаноламина1,01,21,41,61,82,0Соли кислот таллового масла и триэтаноламина1,01,21,41,61,82,0Оксиэтилированный изононилфенол0,30,40,50,60,70,8Керосин, вязкость 3,5 сСт при 20°С3,55,06,58,09,010,0Водаостальное до 100%

Таблица 2
Показатели процесса доводки шариков с применением экспериментальных составов суспензий.Показатели процесса доводки шариковСодержимое компонентов в составах, мас.%ПрототипТрадиционные пасты с окисью хрома№1№2№3№4№5№6Производительность по съему припуска, мкм/час0,50,600,650,660,600,600,450,40Отклонение от сферической формы, мкм0,550,300,250,250,300,500,500,55Шероховатость поверхности Ra, мкм, ГОСТ 2789-730,020,0150,0150,0150,020,300,0250,030Отражательная способность, % от зеркальной8288909085757070Антикоррозионная защитная способность, сутки711121210987

Использование: в машиностроении в процессах полирования и доводки поверхности металлических деталей, преимущественно при доводке стальных закаленных шариков. Сущность: состав содержит в мас.%: абразивный микропорошок из окиси алюминия дисперсностью 1 мкм 2-4, триэтаноламин 1,9-2,5, нитрит натрия 0,2-0,3, олеат триэтаноламина 1,2-1,6, триэтаноламиновые соли кислот, входящие в состав таллового масла 1,2-1,6, оксиэтилированый изононилфенол 0,4-0,6, углеводородная жидкость с вязкостью не более 5 сСт при 20°С 5-8 и вода до 100. Предпочтительно используют электрокорунд белый 24А (марка М-1), моющую жидкость «Камгидрол» и керосин. Технический результат - повышение качества обработки изделий, повышение экологической безопасности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для доводки стальных шариков, содержащий абразивный шлифующий материал, водорастворимое моющее средство с компонентом ПАВ и воду, отличающийся тем, что содержит углеводородную жидкость с вязкостью не более 5 сантистокс при 20°С, в качестве абразивного шлифующего материала используют микропорошки из окиси алюминия с дисперсностью 1 мкм, моющее средство выполнено на основе олеата триэтаноламина, нитрита натрия, ПАВ содержит оксиэтилированный изононилфенол и триэтаноламиновые соли кислот, входящих в состав таллового масла, и при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Абразивный микропорошок2,0-4,0Триэтаноламин1,9-2,5Нитрит натрия0,2-0,3Олеат триэтаноламина1,2-1,6Соли кислот таллового масла и триэтаноламина1,2-1,6Ксиэтилированный изононилфенол0,4-0,6Углеводородная жидкость5,0-8,0ВодаДо 100

Абразивный микропорошок М 12,0-4,0Моющая жидкость "Камгидрол"4,9-6,6Керосин5,0-8,0ВодаДо 100