АБРАЗИВНАЯ МАССА Российский патент 2023 года по МПК C09K3/14 B24D3/20 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к абразивной обработке, и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на бакелитовой связке.

Известна масса для изготовления абразивного инструмента, содержащая абразивный материал, жидкий бакелит, пульвер-бакелит и наполнитель в виде молотого мрамора [Пат.2419534 Российская Федерация, МПК В24D 3/20. Масса для изготовления абразивного инструмента/Чаплыгин А.Б., Райт В.В., Медведев А.Е., Ардашев Д.В., Уразбахтин Б.Ф.; патентообладатель ОАО Уральский науч.-исслед. ин-т абразивов и шлифования ОАО "УралНИИАШ". - №2009139518/02; заявл. 26.10.09; опубл. 27.05.2011, Бюл. №15.].

Недостатками этой массы являются способность тонкомолотого мрамора (3-30 мкм) к агрегации и относительно низкая твердость и прочность из-за содержания наполнителя с пониженной твердостью, достигающего 9,3 мас.% (11,9 мас.ч. на 100 мас.ч. абразивного материала).

Известна также абразивная масса для инструмента, содержащая шлифовальный материал, органическое связующее (фенолформальдегидную смолу), криолит, гидратированный оксид кальция, карбонат кальция, пирит и отходы регенерации отработанных шлифовальных кругов [Пат.2371303.Российская Федерация, МПК В24D 3/20Абразивная масса / Морозова А.Г., Лонзингер Т.М., Чаплыгин Б.А., Кузьменко Н.Г., Васильева И.В., Долинина Т.А., Ардашев Д.В., Скотников В.А.; патентообладатель ООО "Научно-производственная Фирма "РИЗОН" (ООО "НПФ"РИЗОН"). - №2008107237/02; заявл. 26.02.08; опубл. 27.10.2009, Бюл. №30.].

К недостаткам этой массы относятся возможность разложения пирита во влажной среде в присутствии кислорода с образованием сернистого газа (4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂) [Гуляшинов П.А., Палеев П.Л., Гуляшинов А.Н. Изучение процесса термического разложения скородита и пирита // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - №12-1. - С.22-27; URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11956 (дата обращения: 03.01.2023)], низкая высокотемпературная прочность, а также ограниченное число источников мелкодисперсных отходов от регенерации отработанных шлифовальных кругов, что делает целесообразным их введение преимущественно в состав массы для шлифовальных инструментов.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является абразивная масса для инструмента, содержащая абразивный материал, кремнийорганическую добавку, фенолформальдегидную смолу, жидкий бакелит, эпоксидную смолу, фурфуриловый спирт, полиэтиленполиамид и порошкообразную смесь сульфата аммония и фторида кальция [Пат.2211136. Российская Федерация, МПК В24D 3/20Абразивная масса / Пистолов В.М., Канашов С.С., Сурдэс А.В., Бехтерева В.Н., Манько А.И.; заявитель Пистолов В.М.; патентообладатель Канашов С.С.- №2000007192/02; заявл. 27.06.00; опубл. 27.08.2003, Бюл. №24.].

Недостатками этого известного решения являются выделение аммиака из сульфата аммония в создаваемой щелочной среде, который ухудшает условия труда,низкая прочность кругов при значительном повышении температуры в процессе резания, низкая сыпучесть массы.

Техническим результатом изобретения являлось повышение механической прочности, в том числе при высоких температурах, улучшение сыпучести массы, улучшения условий труда за счет устранения выделения аммиака, снижение издержек производства, возможность использования гравитационной загрузки бункеров и равномерное распределение массы за счет повышения сыпучести массы.

Указанный результат достигается тем, что абразивная масса, включающая в свой состав абразивный материал на основе корунда, органическое бакелитовое связующее, кремнийорганическую добавку, согласно изобретению, дополнительно содержит измельченные отходы абразивных кругов, наполнитель в виде простого или сложного оксида алюминия или магния и криолита Na₃AlF₆, в качестве кремнийорганической добавки полисилоксан при следующем соотношении компонентов, мас. %:

абразивный материал 70-76 органическое бакелитовое связующее 11,2-11,6 полисилоксан 0,03-0,3 измельченные отходы абразивных кругов 0,5-4,5 криолит 7,3-10,6 простой или сложный оксид алюминия или магния 2,5-4,5.

Использовали следующие вещества и материалы:

- нормальный электрокорунд по ГОСТ Р 52381-2005;

- циркониевый корунд по ТУ 3988-001-45649784-00;

- связующее фенольное порошкообразное марки СФП-012А по ТУ 20.14.24-025-62231684-2022;

- бакелит жидкий марки БЖ-3 по ГОСТ 4559-2017;

- фурфурол для разбавления бакелита жидкого до вязкости 3-4 с по ГОСТ 4559-2017;

- полидиэтилсилоксан ПЭС 132-24 по ГОСТ 10957-74;

- полиметилсилоксан ПМС по ГОСТ 13032-77;

- полиэтилсилоксан ПЭС по ГОСТ 13004-77;

- оксид алюминия Al₂O₃ ГОСТ 30559-98;

- бемит Al₂O₃·Н₂О получали термообработкой до 180 °С гидроксида алюминия по ГОСТ 11841-76;

- пирофиллит Al₂O₃·4SiO₂·Н₂О Чистогоровского месторождения (Челябинская область);

- тальк 3MgO·4SiO₂·Н₂О по ГОСТ 21234-75;

- криолит Na₃AlF₆ по ГОСТ 10561-80.

Измельченные отходы абразивных кругов добавляли к абразивному материалу.

Указанный результат достигается за счет того, что вводимый простой оксид - активный оксид алюминия γ-Al₂O₃ при повышенных температурах (начиная с 900 °С) вступает в реакцию с полисилоксаном с образованием огнеупорного муллита 3Al₂O₃·2SiO₂, повышая высокотемпературную прочность изделия в процессе эксплуатации, в ходе которой может развиваться температура до 900-1000 °С. Сложные гидратированные оксиды алюминия в этих условиях отщепляют связанную воду, повышая при этом реакционную способность; в результате также образуется муллит из алюминий- и кремнийсодержащих компонентов. При использовании талька входящий в его состав MgO образует устойчивые при высоких температурах силикаты магния (MgO·SiO₂, 2MgO·SiO₂), а также огнеупорную алюмомагнезиальную шпинель MgO·Al₂O₃. Образование названных соединений приводит к тому, что прочность изделий с повышением температуры увеличивается.

Выделение газообразной воды способствует формированию равномерной тонкопористой структуры, компенсирующей термическое расширение инструмента при нагревании в ходе эксплуатации.

Полисилоксаны при смешении с зернами абразивного материала создают на их поверхности гидрофобную пленку, повышая сыпучесть зерен, а также готовой абразивной массы. Повышение сыпучести дает возможность использовать гравитационную загрузку бункеров и способствует равномерному распределению массы. Кроме того, полисилоксановые адсорбционные слои вытесняют молекулы воды, что облегчает их отщепление в процессе старения массы, обеспечивая сокращенный срок вылеживания.

Образцы изделий готовили по приведенным в таблице 1 примерам 1-8 рецептур абразивной массы.

Таблица 1 Компонент Содержание компонента, мас.%, в массе по примерам 1 2 3 4 5 6 7 8 Прототип Абразивный материал:
электрокорунд нормальный 70 72 74 76 - - - - - циркониевый корунд - - - - 70 72 74 76 - Отходы абразивных кругов 4,5 3,0 3,5 0,5 4,5 3,0 1,5 0,5 - Органическая бакелитовая связка 11,2 11,4 11,5 11,6 11,2 11,4 11,5 11,6 13,9 Полисилоксан: полидиэтилсилоксан ПЭС 132-24 0,03 - - 0,1 - - 0,2 - - полиметилсилоксан ПМС - 0,03 - - 0,1 - - 0,2 - полиэтилсилоксан ПЭС - - 0,03 - - 0,1 - - - Криолит 10,27 10,57 7,47 7,3 9,7 10,0 9,8 9,2 - Простой/сложный оксид:
оксид алюминия - - - 4,5 4,5 - - - - бемит - - 3,5 - - 3,5 - - - пирофиллит - 3,0 - - - - 3,0 - - тальк 4,0 - - - - - - 2,5 - Кремнийорганическая добавка - - - - - - - - 0,5 Эпоксидная смола - - - - - - - - 1,8 Полиэтиленполиамид - - - - - - - - 0,3 Смесь сульфата аммония и CaF₂ - - - - - - - - 7,8

Абразивные зерна и измельченные абразивные отходы в заданном количестве смешивали в мешалке с полисилоксаном и жидким бакелитом, в который предварительно вводили фурфурол для достижения требуемой вязкостив течение 5 мин. Отдельно перемешивали сухие составляющие: порошкообразное фенольное связующее, криолит и простой или сложный оксид алюминия или магния в течение 4 мин, после чего обе массы смешивали в течение 5 мин. Приготовленную массу подвергали вылеживанию (старению) в течение 2,5-3 ч, а затем протирали через сито для обеспечения однородности смеси. Из массы готовили образцы для испытания на прочность при изгибе.

Образцы разделили на две группы: для первых прочность определяли при обычных условиях, а для вторых - после обжига в печи при 1000°С, поскольку в процессе эксплуатации температура инструмента может повышаться до 1100-1300°С.

Результаты испытаний масс по примерам 1-8, представленные в таблице 2, свидетельствуют о более высоких показателях прочности при изгибе для предложенного технического решения по сравнению с прототипом. Для удобства сравнения за 100% принята прочность при изгибе, достигнутая из массы прототипа в обычных условиях. Видно, что при одинаковом времени старения образцы из массы прототипа после термообработки снижали прочность на 12%, тогда как изделия из предлагаемой массы достигали более высокой прочности как в обычных условиях (на 8-25%), так и после обжига (на 20-35%).

Таблица 2 Пример 1 2 3 4 5 6 7 8 Прототип Прочность при изгибе, %,в обычных условиях 112 108 110 108 118 120 117 114 100 Прочность при изгибе, %, после обжига при 1200°С 128 123 126 120 129 134 125 130 88 Сыпучесть, % 110 112 111 115 118 120 125 124 100

Сыпучесть оценивали по времени, необходимому для прохождения определенной массы испытуемого материала через воронку определенных размеров (ГОСТ 25139-93). За 100% принимали величину, обратную указанному времени, для прототипа. Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют об улучшении сыпучести предлагаемой массы на 10-25%.

Таким образом, предложенный состав абразивной массы позволяет достичь технического результата, а именно: повысить механическую прочность изделий (на 8-25%), в том числе высокотемпературную (на 20-35%), и сыпучесть массы, что дает возможность использовать гравитационную загрузку бункеров и способствует равномерному распределению массы. Дополнительными преимуществами являются формирование микропористой структуры изделий, компенсирующей термическое расширение инструмента при нагревании; устранение выделения аммиака, ухудшающего условия труда; использование абразивных отходов производства и измельченных отработанных абразивных кругов позволяет снизить издержки производства.

Изобретение может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента. Абразивная масса включает абразивный материал на основе корунда, органическое бакелитовое связующее, кремнийорганическую добавку, измельченные отходы абразивных кругов и наполнитель. В качестве кремнийорганической добавки абразивная масса содержит полисилоксан, в качестве наполнителя - простой или сложный оксид алюминия или магния и криолит Na₃AlF₆. Изобретение позволяет увеличить сыпучесть абразивной массы, а также механическую прочность полученных из нее изделий. 9 з.п. ф-лы, 8 пр., 2 табл.

1. Абразивная масса, включающая в свой состав абразивный материал на основе корунда, органическое бакелитовое связующее, кремнийорганическую добавку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит измельченные отходы абразивных кругов, наполнитель в виде простого или сложного оксида алюминия или магния и криолита Na₃AlF₆, в качестве кремнийорганической добавки полисилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Абразивный материал 70-76 Органическое бакелитовое связующее 11,2-11,6 Полисилоксан 0,03-0,3 Измельченные отходы абразивных кругов 0,5-4,5 Криолит 7,3-10,6 Простой или сложный оксид алюминия или магния 2,5-4,5

2. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве абразивного материала она содержит нормальный электрокорунд.

3. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве абразивного материала она содержит циркониевый корунд.

4. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полисилоксана она содержит полидиэтилсилоксан ПЭС 132-24.

5. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полисилоксана она содержит полиметилсилоксан ПМС.

6. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полисилоксана она содержит полиэтилсилоксан ПЭС.

7. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве простого оксида алюминия она содержит оксид алюминия Al₂O₃.

8. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве сложного оксида алюминия она содержит гидратированный оксид алюминия - бёмит Al₂O₃⋅Н₂О.

9. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве сложного оксида алюминия она содержит гидратированный силикат алюминия - пирофиллит Al₂O₃⋅4SiO₂⋅Н₂О.

10. Абразивная масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве сложного оксида магния она содержит гидратированный силикат магния - тальк 3MgO⋅4SiO₂⋅Н₂О.