Масса для изготовления абразивного инструмента Советский патент 1992 года по МПК B24D3/06 

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента из сверхтвердых материалов на металлической связке и применению этого инструмента при чистовой обработке деталей из оптического и технического стекла и других неметаллических материалов.

Целью изобретения является повышение качества обработанной поверхности оп- тических деталей,. увеличение производительности инструмента и уменьшение расхода алмазов..

Для достижения поставленной цели в составе на основе железа, включающем легирующие компоненты, а также микропорошки алмазов и других абразивных наполнителей, в качестве основного компонента массы использован мелкодисперсный порошок карбонильного железа, в качестве легирующего компонента крем- ниймолибденовая или кремнийвольфрамо- вая кислота, а в качестве абразивного наполнителя тонкодисперсные порошки окислов редкоземельных металлов (РЗМ), преимущественно окиси церия.

Компоненты входят в состав в следующих соотношениях, мае. %: алмазные мик ропорошки 3,0-15,0; микропарошки окислов редкоземельных металлов 5,0-20,0;

кремниймолибденовая и/или кремнийволь- фрамовая кислота 0,5-5,0; карбонильное железо остальное.

Использование в качестве основного компонента массы весьма тонких порошков железа, полученных карбонильным способом с размером частиц 0,5-10 мкм, способствует равномерному распределению режущих элементов - тонких от 1,0 мкм и выше микропорошков алмазов и окислов редкоземельных металлов в металлической матрице при повышенном содержании режущих частиц.

Использование в качестве легирующего компонента кремниймолибденовой кислоты или кремнийвольфрамовой способствует при смешивании компонентов массы образованию разделительной пленки, облегчающей достижение равномерного распределения микропорошков гетерогенной смеси. При нагреве в процессе спекания образуется на поверхности частиц тонкая защитная пленка, предотвращающая от растворения микропорошки алмаза в железе при температурах их активного воздействия.

Тонкодиспёрсные, менее 5 мкм, микропорошки окислов редкоземельных металлов, преимущественно окислов церия.

сл

ю .ю со

о

CJ

нижают шероховатость обрабатываемой оверхности при чистовой обраббтке стека.

Для экспериментальной проверки сотава подготовлены смеси ингредиентов см. табл. 1). Все составы, приведенные в абл. 1, использованы с одинаковой зернитостью микропорошков алмазов одной артии АСМ 10/7.

В качестве основного компонента использовали порошки железа с размером частиц 0,5-10,0 мкм, полученлого карбонильным способом, марки ОС4-6-2. ак как в состоянии поставки порошок соержит до 10% конгломератов (крупки), предварительно производили отсев конглог мератов,

В качестве абразивного наполнителя использовали микропорошки (менее 5 мкм) окислов редкоземельных металлов, в частности диоксида церия. В качестве легирующего компонента использовали кремниймолибденовую или кремнийвольф- рамовую кислоту. Кислоту вводили в состав массы в виде насыщенного водного раствора.

Смешивание компонентов массы может быть осуществлено на серийном смесительном оборудовании по известной технологии. Однако наибольший эффект достигнут при смешивании в реакторе аппарата вихревого слоя (ABC), при этом использован эффект воздействия на шихту магнитных тел, движущихся во вращающемся магнитном поле.

Использование ABC сокращает цикл смешивания в 100-1000 раз до 0,5-2,0 мин. Но основной эффект ABC заключается в равномерном распределении компонентов, распределении раствора кремниймолибде- новой кислоты в виде тонкой пленки на поверхности порошков компонентов шихты, а также активации компонентов смеси, позволяющей снизить температуру спекания брикета и повысить его механические, свойства. .

Последующие операции изготовления инструмента не отличаются от известной технологический схемы; подсушивание смеси, гранулирование ее, холодное брикетирование в пресс-форме при 200-600 МПа, спекание в вакууме или защитной атмосфере при 800-900° С. Для получения большей точности размеров и формы инструмента возможна калибровка в холодном состоянии.

. Изготовлены алмазные инструменты разных форм и размеров для чистовой обработки плоских и сферических деталей с микропорошками алмазов от АСМ 3/2 до АСМ

40/28. Сравнительные испытания эксплуатационных свойств проведены при плоском шлифовании стекла марки К 108.

Результаты сравнительных испытаний

алмазных инструментов, изготовленных с использованием указанных составов, приведен в табл.2.

В качестве смазочно-охлаждающего технологического состава использован водный

0 раствор 0,2-0,3% состава, содержащего высокомолекулярный полиэтилен-полиамин. Состав имеет торговую марку Оптика-1.

Работоспособность инструмента оце- . нивалась съемом стекла за один цикл шли5 фования, принятый равным 2 мин, а также изменением производительности после шлифования 30 деталей (60 машинных минут работы). Каждая деталь предварительно обрабатывалась более крупным алмазным

0 зерном, имела шероховатость Ra 1,1- 0,90 мкм.

В табл. 2 представлены результаты изменения режущей способности алмазного инструмента, которая выражается отноше5 нием съема с детали в конечный цикл к начальному, средней скорости износа инструмента, изменения шероховатости поверхности.

Для инструментов, изготовленных из со0 ставов в заданных пределах соотношения компонентов массы, характерно хорошее состояние эксплуатационных свойств: повышенная режущая способность, менее выраженное изменение режущей способности

5 по времени работы, пониженный износ инструмента, выше качество обработанной поверхности.

Отклонение от заданных пределов изменяет в худшую сторону эксплуатацион0 ные свойства, инструмента. Так, пониженное содержание алмаза до 1 мас.% (пример 3 табл. 1 и 2) сопровождается снижением в 2-3 раза производительности обработки, значительным затуплением, более

5 высоким износом инструмента, увеличивается шероховатость поверхности.

Повышенное содержание алмазных микропорошков (пример 5, табл. 1 и 2) обеспечивает повышенную производительность

0 обработки (до 20%), однако при этом в три раза увеличивается износ инструмента, увеличивается шероховатость поверхности. Пониженное содержание окислов РЗМ (пример 9, табл. 1 и 2) снижает производи5 тельность в 1,5 раза, ухудшает качество поверхности.

Увеличение содержания окислов РЗМ выше предложенного предела (пример 8, табл. 1 и 2) повышает износ инструмента в 3-4 раза.

Пример 10, табл. 1 .и 2, показывает изменение свойств инструмента при уменьшении содержания креммиймотшбденовой кислоты ниже заданного предела: значительное снижение режущей способности, повышенный износ инструмента, снижение качества обработанной поверхности - высокая шероховатость, царапины.

Превышение содержания этого компонента выше заданного предела (пример 13, табл. 1 и 2) приводит к снижению режущей способности, повышению затупляемости инструмента, хотя при этом снижается износ и улучшается качество.

Лучшее сочетание эксплуатационных свойств имеет инструмент, изготовленный из состава 1, табл. 1 и 2.

Инструменты на этой связке обладают повышенными режущими свойствами, которые сохраняются в течение продолжитель- ного времени без правки, обеспечивают повышенное качество обработанной поверхности без царапин и увеличение производительности шлифования.

Износостойкость разработанного инст- румента превосходит известные в 2-3 раза, что оебспечивает сохранение в процессе

работы заданных размеров и формы и уменьшение удельного расхода алмаза.

Формула изобретения

Масса для изготовления абразивного инструмента, включающая связку на основе железа, микропорошки алмазов и абразивных наполнителей, а также легирующий компонент, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества обрабатываемой поверхности оптических деталей при чистовой обработке, увеличения производительности шлифования и уменьшения удельного расхода алмазов, в качестве связки масса содержит порошок карбонильного железа, в качестве легирующего компонента - кремниймолибденовую или кремний- вольфрамовую кислоту, в качестве абразивного наполнителя - окислы редкоземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Микропорошки алмазов3,0-15,0

Окислы редкоземельных

металлов 5,0-20,0

Кремниймолибденовая

или кремнийвольфрамовая

кислота0,5-5,0

Карбонильное железоОстальное

Т а б л и ц а 1

Использование: изготовление абразивного инструмента из сверхтвердых материалов. Сущность изобретения: абразивная масса содержит алмазные порошки, окислы редкоземельных металлов, кремниймолиб- деновую или кремнийвольфрамовую кислоту, карбонильное железо. 2 табл.

1 2

г k

5 6

7

8

9

10

11

12

13

k

,0

80,5

85,0

87,0

73,0

71,0

85,5

70,5

65,5

87,5

82,25

82,0

77,5

.76,0

80,5

Т а б л и ц а 2