СОСТАВ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2013 года по МПК B24D3/22 

Данное предложение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов, таких как оптическое стекло, техническая керамика, кварц, кремний, кристаллические материалы, синтетические и природные камни и другие неметаллические материалы.

Известен состав алмазного инструмента [1], состоящий из диенового синтетического каучука, антифрикционной добавки, органического пероксида, минерального наполнителя и алмазного порошка.

Такой инструмент обеспечивает получение шлифованных поверхностей с предельно низкими значениями шероховатости при высокой износостойкости и стабильности формы алмазного инструмента. Однако такие инструменты эффективно работают только при финишной обработке определенных марок оптических стекол, таких как силикатные стекла, а также некоторых видов природных и искусственных камней.

Наличие в таких составах только минерального наполнителя не дает возможности варьировать свойствами инструментов. Этот фактор, тем самым, ограничивает эффективность использования инструментов при финишной обработке материалов, обладающих различными свойствами и применение их на операциях грубого шлифования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является алмазный инструмент [2], в состав которого входит диеновый синтетический каучук, органический пероксид, используемый в качестве вулканизирующего агента, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

диеновый синтетический каучук 100 органический пероксид 0,5-5,0 минеральный наполнитель 5,0-55,0 технический углерод 55,0-5,0 алмазный порошок 5,0-80,0

Такой алмазный инструмент при условии его термовулканизации обеспечивает эффективную обработку различных материалов как на финишных, так и на предварительных стадиях.

Недостатком такого инструмента является его низкая износостойкость и формостойкость, особенно на стадиях предварительного шлифования.

Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в том, чтобы обеспечить при использовании предложенного алмазного инструмента повышение его износостойкости и формостойкости при низких значениях величины шероховатости и глубины нарушенного слоя на различных стадиях механической обработки неметаллических материалов.

Это достигается тем, что в состав алмазного инструмента, содержащего диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель, технический углерод и алмазный порошок, дополнительно вводят органический наполнитель.

Целесообразно, чтобы компоненты алмазного инструмента были взяты в следующем соотношении, мас.ч.:

диеновый синтетический каучук 100 органический пероксид 0,5-8,0 минеральный наполнитель 5-60 технический углерод 5-50 органический наполнитель 20-100 алмазный порошок 1-150

При исследовании отличительных признаков описываемого состава алмазного инструмента не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся состава заявленной композиции.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "Новизна".

Сравнение заявленного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [1, 2] показывает:

- что заявленное решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем;

- что в нем не выявлены признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "Изобретательский уровень".

Готовят композицию путем смешивания компонентов на вальцах, вулканизацией заготовок инструмента в пресс-форме под давлением и термообработкой в свободном состоянии при температуре 270÷300°C.

Введение органического наполнителя в состав алмазного инструмента обеспечивает достижение комплекса физико-механических и структурных свойств, необходимых для работоспособности инструмента при обработке различных неметаллических материалов. Причем, в зависимости от совместимости органического наполнителя и синтетического каучука можно целенаправленно изменять свойства композита и, тем самым, влиять на работоспособность алмазного инструмента по отношению к тому или иному материалу. Кроме того, органический наполнитель способствует улучшению трибохимического эффекта в зоне контактного взаимодействия, что положительно сказывается на процессе диспергирования обрабатываемого материала.

Поэтому инструмент, имеющий в составе органический наполнитель, характеризуется высокими значениями режущей способности и стабильности резания, износостойкости и формостойкости, низкими значениями шероховатости и глубины нарушенного слоя обрабатываемой поверхности на различных стадиях механической обработки.

Количество вводимых компонентов и их соотношение в составе алмазного инструмента определяется способностью к переработке композиции и влиянием количества каждого компонента на работоспособность при обработке того или иного материала. Содержание органического наполнителя определяется общим количеством всех наполнителей в составе инструмента, но при его содержании свыше 100 мас.ч. переработка композиции затрудняется.

Необходимо отметить, что органический наполнитель должен обладать повышенной теплостойкостью и термостабильностью.

В дальнейшем рассмотрим конкретные примеры реализации изобретения.

Пример 1.

Алмазный инструмент готовят следующим образом: на резиносмесительных вальцах производят смешение бутадиен-нитрильного каучука - 100 мас.ч. (таблица 1), дикумилпероксида - 2 мас.ч., диоксида кремния - 30 мас.ч., технического углерода - 20 мас.ч., органического наполнителя - порошка целлюлозы - 10 мас.ч. и алмазного порошка с размером частиц 45÷53 мкм - 75 мас.ч.

Полученную смесь загружают в пресс-форму, формуют на гидравлическом прессе и выдерживают под давлением 5±0,2 МПа при температуре 160±3°C в течение 15 минут. Полученные эластичные заготовки помещают в сушильный шкаф и подвергают термообработке в свободном состоянии при температуре 280±3°C в течение 4-х часов.

Инструменты испытывали по методу свободного притира на шлифовальном станке. В ходе испытаний обрабатывали заготовки из боросиликатного стекла, кварца, керамики и гранита. Диаметр заготовки 75 мм, частота вращения шпинделя - 700 об/мин, удельное давление на инструмент 1,0 кг/см², время цикла обработки 60 с.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

В примере 0 представлены результаты испытаний инструмента с составом без органического наполнителя. Такой состав подобен заявленному в прототипе (2).

Примеры 2-15.

В таблице 1 представлены составы композиций для приготовления алмазных инструментов, отличающихся содержанием органических наполнителей различной природы (целлюлозы, фенилона и тефлона, которые использовали в виде порошков), соотношением количества минерального наполнителя и технического углерода, содержанием вулканизирующего агента и алмазного порошка.

Способ получения, термообработки и испытаний алмазных инструментов аналогичны описанным в примере 1.

В таблице 2 показаны показатели работоспособности инструментов: L - производительность шлифования в микрометрах в минуту, h - относительный износ инструмента в процентах, Ra - шероховатость обработанной поверхности в микрометрах.

В примерах 3, 8, 9 и 13 показаны параметры работоспособности инструментов с указанными органическими наполнителями оптимальных составов.

Из таблицы 2 видно, что такие инструменты работают более эффективно по сравнению с составом, используемым в прототипе (Пример 0).

Низкое содержание органических наполнителей (примеры: 1, 6 и 11) не приводят к повышению эффективности работы инструментов. А очень высокое содержание указанных наполнителей (примеры: 5, 10 и 15) приводит к повышенному износу инструмента и низкому качеству обработанной поверхности.

Малое количество минеральных наполнителей и технического углерода (пример 12), также как и низкое содержание дикумилпероксида (пример 14) и алмазного порошка (пример 4) приводит к низкой производительности инструментов и повышенному их износу. Очень высокое содержание указанных компонентов, также приводит к малой износостойкости инструмента и очень грубой шероховатости обработанных поверхностей.

Таким образом, заявленный алмазный инструмент может эффективно использоваться при механической обработке различных материалов. Из таблицы 2 видно, что путем составления оптимальных композиций, можно получить алмазные инструменты, эффективно работающие при механической обработке неметаллических материалов с различными физико-химическими и структурными свойствами.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "Промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент РФ №2038944, кл. B24D 3/22, 1992 г.

2. Патент РФ №2121425, кл. B24D 3/22, 1996 г. (прототип).

Таблица 1 Примеры составов инструментов Наимено
вание
компонентов Номера примеров (количество компонентов, мас.ч.) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Бутадиен
нитриль
ный
каучук 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Дикумил
пероксид 2 2 2 3 4 2 2 6 5 2 2 2 2 1 0,3 2 Диоксид кремния 30 30 30 20 30 30 30 50 30 30 30 30 2 20 30 30 Техничес
кий углерод 20 20 20 20 10 10 10 10 10 5 10 20 2 20 10 10 Целлюло
за - 10 25 50 75 110 - - - - - - - - - - Фенилон - - - - - - 10 25 50 75 110 - - - - - Тефлон - - - - - - - - - - - 10 25 50 75 110 Алмазный порошок 45-53 мкм 20 75 160 20 0,5 20 80 50 20 10 20 40 50 20 10 20

Таблица 2 Показатели работоспособности инструментов различных составов. п/п примеров Силикатное стекло Кварц Керамика Гранит   L h Ra L h Ra L h Ra L h Ra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 160-200 0,3-0,5 0.25-0,50 45-60 0,3-0,4 0,17-0,30 23-30 0,4-0,7 0,13-0,20 170-220 0,5-0,7 0,30-0,55 1 160-200 0,3-0,4 0,23-0,45 45-50 0,3-0,4 0,17-0,30 25-32 0,4-0,7 0,14-0,20 170-220 0,5-0,6 0,32-0,50 2 100-120 0,2-0,3 0,19-0,40 30-35 0,4-0,5 0,12-0,20 10-16 0,3-0,5 0,11-0,16 120-140 0,3-0,5 0,20-0,43 3 180-220 0,2-0,4 0,18-0,30 80-100 0,2-0,3 0,11-0,17 30-36 0,3-0,4 0,12-0,17 190-230 0,3-0,4 0,17-0,32 4 38-50 0,8-1,5 0,28-0,60 12-15 2,2-3,2 0,15-0,25 8-11 0,6-0,9 0,15-0,25 30-42 0,9-1,6 0,15-0,23 5 120-140 1,2-3,0 0,4-0,8 35-40 0,8-1,3 0,15-0,25 27-35 0,5-0,8 0,25-0,32 130-160 0,7-1,1 0,28-0,50 6 160-200 0,2-0,4 0,25-0,5 40-55 0,3-0,4 0,15-0,25 22-28 0,4-0,6 0,13-0,18 170-220 0,5-0,6 0,33-0,50 7 180-210 8-10 0,6-0,9 90-110 1,5-2,5 0,60-0,80 38-52 0,8-1,2 0,50-0,70 200-240 1,8-2,8 0,80-1,25 8 190-220 0,4-0,5 0,3-0,5 95-130 0,3-0,4 0,15-0,25 55-68 0,2-0,3 0,11-0,18 200-250 0,3-0,4 0,17-0,30 9 200-230 0,4-0,6 0,35-0,55 110-140 0,3-0,4 0,20-0,28 50-65 0,2-0,3 0,13-0,20 190-240 0,3-0,4 0,15-0,25 10 220-240 1,0-3,0 0,5-0,8 120-150 0,5-0,7 0,50-0,75 60-75 0,6-1,0 0,50-0,80 220-260 0,8-1,2 0,55-0,85 11 160-200 0,3-0,5 0,22-0,40 45-60 0,3-0,4 0,17-0,30 28-36 0,4-0,6 0,11-0,20 170-220 0,5-0,7 0,28-0,50 12 60-80 0,3-0,4 0,15-0,30 15-25 0,4-0,5 0,07-0,18 14-26 0,6-0,8 0,15-0,25 40-58 0,9-1,5 0,48-0,80 13 140-180 0,2-0,3 0,18-0,28 55-70 0,2-0,3 0,13-0,22 52-66 0,2-0,4 0,14-0,18 220-270 0,3-0,4 0,12-0,18 14 70-90 1,2-3,2 0,25-0,50 10-15 2,0-3,5 0,30-0,45 18-25 1,2-1,8 0,40-0,90 35-52 0,9-1,4 0,38-0,70 15 20-40 1,5-3,5 0,12-0,18 18-35 0,6-0,8 0,5-0,65 30-45 0,7-1,1 0,37-0,48 220-270 0,7-0,9 0,33-0,67

Изобретение относится к составам алмазного инструмента для механической обработки неметаллических материалов: оптического стекла, технической керамики, кварца, кремния, кристаллических материалов, синтетических и природных камней и т.п. Алмазный инструмент содержит, мас.ч.: диеновый синтетический каучук 100, органический пероксид 0,5 - 8,0, минеральный наполнитель 5 - 60, технический углерод 5 - 50, органический наполнитель 20 - 100 и алмазный порошок 1 - 150. Технический результат: повышение режущей способности и стабильности процесса механической обработки, износостойкости и формостойкости при низкой глубине нарушенного слоя и низкой величине шероховатости на различных стадиях обработки. 2 табл., 15 пр.

Алмазный инструмент для обработки неметаллических материалов, содержащий алмазный порошок, диеновый синтетический каучук, органический пероксид, минеральный наполнитель и технический углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит органический наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
диеновый синтетический каучук 100 органический пероксид 0,5 - 8,0 минеральный наполнитель 5 - 60 технический углерод 5 - 50 органический наполнитель 20 - 100 алмазный порошок 1 - 150.