состав алмазного инструмента

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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