СПОСОБ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2014 года по МПК B24D3/34 

Изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известны способы импрегнирования абразивного инструмента составами, содержащими органическое соединение и воду, с предварительной стадией обработки поверхности и пор инструмента растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) и последующей длительной стадией сушки (Авт. св. СССР №1248779, Кл. B24D 3/34, 1986, Бюл. №29; Авт. св. СССР №1604590, Кл. B24D 3/34, 1990, Бюл. №41).

Признаки совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором в течение определенного времени, последующая стадия сушки.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - операция пропитки раствором ПАВ в ацетоне не экологична из-за испарения растворителя; состав для импрегнирования содержит остаточный высокотоксичный мономер - стирол, а стадия сушки занимает много времени; снижение сроков хранения импрегнированных абразивных инструментов, так как органические компоненты, входящие в водный раствор для импрегнирования инструмента, способствуют развитию в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку инструмента.

Известен способ импрегнирования абразивного инструмента (Авт. св. СССР №1726222, Кл. B24D 3/34, 1992, Бюл. №14), при котором применяемый импрегнатор акрилатного типа представляет собой линейный сополимер этилакрилата, метилметакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде.

Причины совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором, последующая сушка инструмента.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - сложность состава импрегнатора; операция пропитки инструмента раствором ПАВ и последующая его сушка от воды требует большого времени; высокая стоимость сополимера этилакрилата, метилметакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакрилата в водной среде, причем указанные ПАВ пригодны только для корундового абразивного инструмента, что сужает области применения способа; снижение сроков хранения инструмента из-за появления в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку.

За прототип принят известный способ импрегнирования абразивного инструмента (патент РФ №2284895, МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2006), при котором пропитку абразивного инструмента осуществляют органическим соединением, в качестве которого используют сополимер этилакрилата, диметакрилового эфира этиленгликоля и метилолметакриламида в водной среде, а пропитку абразивного инструмента ведут при комнатной температуре в течение 10-15 мин с предварительным вакуумированием, после чего абразивный инструмент помещают на 10-15 мин в емкость с водой при температуре 90-95°C для фиксации пропитывающего состава в его поровом пространстве и осуществляют конвективную сушку инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с^-1 при температуре 80-95°C в течение 10-12 ч.

Признаки совпадающие - пропитка абразивного инструмента водным раствором при комнатной температуре в течение 10-15 мин и конвективная сушка его при вращении инструмента со скоростью 0,3-0,5 с^-1.

Признаки, препятствующие поставленной задаче, - сложный и дорогостоящий состав водного раствора из органических компонентов; необходимость предварительного вакуумирования; высокие температуры пропитки и сушки импрегнированного инструмента; длительная стадия сушки; снижение сроков хранения инструмента из-за появления в поровом пространстве бактерий, разрушающих керамическую связку.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение состава и снижение стоимости компонентов, входящих в водный состав для импрегнирования абразивных инструментов, уменьшение времени и температуры сушки, увеличение сроков хранения абразивных инструментов.

Технический результат достигается тем, что абразивный инструмент помещают в водный раствор, содержащий 20-25 г дийодида хрома на литр воды для фиксации дийодида хрома в его поровом пространстве при периодическом встряхивании емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, а конвективную сушку инструмента осуществляют в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе импрегнирования абразивного инструмента, включающем пропитку последнего водным раствором при комнатной температуре в течение 10-15 минут и конвективную сушку его при вращении инструмента со скоростью 0,3-0,5 с^-1, абразивный инструмент помещают в водный раствор, содержащий 20-25 г дийодида хрома на литр воды для фиксации дийодида хрома в его поровом пространстве при периодическом встряхивании емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, а конвективную сушку инструмента осуществляют в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.

Способ импрегнирования абразивного инструмента заключается в приготовлении в специальной емкости (например, баке) водного раствора, содержащего 20-25 г дийодида хрома на литр воды, окунания в него при комнатной температуре в течение 10-15 минут абразивного инструмента, периодического встряхивания емкости с водным раствором дийодида хрома и импрегнируемым абразивным инструментом для выхода пузырьков воздуха и последующей конвективной сушки импрегнированного инструмента с использованием вентилятора при вращении импрегнируемого инструмента с угловой скоростью 0,3-0,5 с^-1 в течение 1,5-2 часов, которую осуществляют путем подачи от вентилятора воздуха, нагретого до температуры 40-50°C.

В процессе импрегнирования растворенный в воде диодид хрома легко проникает в поровое пространство абразивного инструмента за счет периодического встряхивания емкости с раствором дийодида хрома и импрегнируемым инструментом, обволакивает свободные поверхности абразивных зерен и, обладая высокой адгезионной способностью, прочно и надолго удерживается на них. С одной стороны, дийодид хрома, обладая высокими антисептическими свойствами, не позволяет бактериям появляться в поровом пространстве, увеличивая, тем самым, срок хранения абразивного инструмента. С другой стороны, в процессе шлифования при температуре в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали при температуре 550-650°C дийодид хрома разлагается с выделением йода, обладающего высокой химической активностью, который образует на обработанных поверхностях детали йодиды металла, обладающие низким коэффициентом трения и снижающие температуру шлифования в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали [см. Бутенко В.И., Гусакова Л.В. «Повышение эффективности шлифования поверхностей деталей машин». - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2012. - 176 с.]. Таким образом импрегнирование абразивных инструментов на керамической связке водным раствором дийодида хрома позволяет увеличить срок хранения импрегнированных абразивных инструментов при одновременном повышении их стойкости и существенном снижении количества прижогов на обработанной поверхности детали. Кроме этого, стоимость расхода дийодида хрома на литр воды в 10-13 раз ниже стоимости органических компонентов, входящих в водный раствор для импрегнирования абразивных инструментов по прототипу (см. патент РФ №2284895, МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2006), а время сушки импрегнированного инструмента уменьшается в 6-8 раз при снижении в 2 раза температуры нагрева воздуха, подаваемого вентилятором, что на 70-80% снижает расходы на электроэнергию, связанные с импрегнированием абразивных инструментов.

Для определения оптимального состава водного раствора и оптимальных режимов импрегнирования абразивных инструментов, включая количество дийодида хрома в водном растворе m, продолжительность t и температуру T конвективной сушки, были выполнены специальные исследования, включающие шлифование образцов из стали 35ХГСА диаметром 30 мм и длиной 320 мм на круглошлифовальном станке мод. 3М151 и последующую оценку кругов по интенсивности изнашивания J, времени хранения импрегнированных абразивных кругов L, а также параметров качества получаемого поверхностного слоя обработанного образца по таким показателям, как число прижогов N на площади 3×10⁴ мм² и относительной площади поверхности S, подвергнутой прижогам. Исследования проводились с использованием кругов ГШ 320×60×127 мм из электрокорунда 14А зернистости 25 на керамической связке средней твердости СМ1. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5%-ный водный раствор эмульсола Укринол-1. Были приняты следующие режимы шлифования образцов: скорость резания V_к=35 м/с, скорость вращения детали V_д=0,314 м/с, продольная подача S_пр=0,02 м/с, подача врезания S_вр=0,01 мм/дв.ход, число двойных ходов круга n=3.

В табл.1 приведены результаты выполненных исследований, полученные как средние значения по десяти последовательно выполненным экспериментам. Из анализа приведенных в табл.1 данных следует, что наилучшие результаты по интенсивности изнашивания J, срокам хранения импрегнированных шлифовальных кругов L, суммарным энергетическим и стоимостным затратам З, а также числу прижогов N и их относительной площади S на обработанной поверхности образцов достигаются при значениях m=20-25 г/литр, t=1,5-2 часа и T=40-50°C.

Таблица 1 Результаты исследования импрегнированных шлифовальных кругов при обработке стали 35ХГСА для установления оптимальных значений m и Т № m, г/л T, град C J, мг/час L, годы З, руб/круг N, шт. S, % 1. 15 20 3,3 2,0 12,8 18 35 2. 15 40 3,0 2,1 13,1 18 35 3. 15 50 2,8 2,2 13,2 17 30 4. 15 60 2,8 2,2 13,2 17 30 5. 20 20 2,9 2.2 13,0 16 25 6. 20 40 2,7 2,5 13,1 12 20 7. 20 50 2,5 2,8 13,3 10 15 8. 20 60 2,5 2,8 13,5 9 15 9. 25 20 2,5 2,8 13,4 12 20 9. 25 40 2,2 3,2 13,5 8 12 10. 25 60 2,2 3,3 13,6 8 13 11. 30 20 2,5 2,8 13,5 9 16 12. 30 40 2,2 3,2 13,8 8 12 13. 30 50 2,2 3,2 14,0 8 11 14. 30 60 2,2 3,2 14,2 7 12

Проведены сравнительные испытания шлифовальных кругов ПП 320×60×12714А25К1СМ1 35 м/с ГОСТ 2424-83, подвергнутых различным способам импрегнирования: по прототипу в соответствии с патентом РФ №2284895, МПК B24D 3/34 (БИПМ 328 (ч.I), 2006 г. и по предлагаемому способу импрегнирования абразивных инструментов. Шлифованию на указанных режимах резания подвергались образцы из сталей 35ХГСА, 20ХН2МА и сплава ХН62МВКЮ. Оценка эффективности способов импрегнирования шлифовальных кругов осуществлялась по интенсивности изнашивания J, сроку хранения кругов после импрегнирования L, числу прижогов на обработанной поверхности N и их относительной площади S. Результаты выполненных испытаний приведены в табл.2, из анализа которых следует, что при примерно одинаковых показателях по интенсивности изнашивания кругов J, числу прижогов на обработанной поверхности N и их относительной площади S предлагаемый способ импрегнирования абразивных инструментов позволяет: в 7-10 раз увеличить срок их хранения L, при этом средняя суммарная стоимость компонентов для импрегнировании абразивных инструментов снижается в 10-13 раз: с 32,5-48,0 руб/л по прототипу (патент РФ №2284895 МПК B24D 3734, БИПМ №28 (ч.I), 2006 г.) до 3,2-3,6 руб/л по предлагаемому способу при снижении в 2 раза температуры воздуха, подаваемого при сушке инструментов, и уменьшить в 6-8 раз время сушки, что на 70-80% снижает расходы электроэнергии, связанные с импрегнированием абразивных инструментов.

Таблица 2 Результаты сравнительных испытаний импрегнированных шлифовальных кругов по прототипу (патент РФ №2284895 МПК B24D 3/34, БИПМ №28 (ч.I), 2008 г.) и предлагаемому способу   Способ импрегнирования кругов Обрабатываемый по прототипу предлагаемый способ материал J, мг/час L, годы N, шт. S, % J, мг/час L, годы N, шт. S,% Сталь 35ХГСА 2,5 0,5 9 11 2,6 4,0 10 12 Сталь 20ХН2МА 2,4 0,4 10 12 2,4 4,0 10 11 Сплав ХН62МВКЮ 3,5 0,5 12 20 3,4 3,5 12 18

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке. Осуществляют пропитку абразивного инструмента в емкости с водным раствором, содержащим 20-25 г дийодида хрома на литр воды, с обеспечением фиксации дийодида хрома в поровом пространстве инструмента при периодическом встряхивании емкости. Проводят конвективную сушку инструмента в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C. В результате увеличивается срок хранения абразивного инструмента. 2 табл.

Способ импрегнирования абразивного инструмента, включающий пропитку абразивного инструмента водным раствором при комнатной температуре в течение 10-15 минут и конвективную сушку абразивного инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с^-1, отличающийся тем, что пропитку абразивного инструмента осуществляют в водном растворе, содержащем 20-25 г дийодида хрома на литр воды, в емкости при ее периодическом встряхивании для фиксации дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента, а конвективную сушку абразивного инструмента осуществляют в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.