Абразивный инструмент

 

Изобретение относится к абразивному инструменту из электрокорунда на связке в виде стекла, в частности к кругам, предназначенным для профильного шлифования. Абразивный инструмент содержит, мас.%: 76,9-91,8 электрокорунда и 8,2-23,1 стеклосвязки. Связка содержит, мас. %: SiO₂ 60,5-64,0; Al₂O₃ 13,5-20,5; B₂O₃ 1,6-10,7; MgO 0,1-1,2; CaO 0,6-3,2; K₂O 1,4-6,6; Na₂O 2,4-8,5; Fe₂O₃ 0,3-0,4 и дополнительно Li₂O 0,6-2,9 и TiO₂ 0,2-1,9. Связка может содержать дополнительно к указанным оксидам оксиды кобальта и никеля, мас.%: 0,2-0,4 и 0,1-0,5 соответственно. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к абразивному производству, а именно к абразивному инструменту из электрокорунда, предназначенному для обработки деталей сложного профиля, например, к шлифовальным кругам для профильного шлифования.

Шлифовальные круги для обработки деталей сложного профиля должны обладать высокой прочностью и кромкостойкостью. Эти свойства обеспечивают определенным соотношением абразивного материала и связки и составом связки.

Известны шлифовальные круги для такого вида шлифования, выпускаемые зарубежными фирмами, однако их приобретение требует значительных средств.

Известен абразивный инструмент, изготавливавшийся с использованием керамической связки, в которую входят, мас. литийборосиликатная фритта 15,0-60,0: огнеупорная глина 0,1-40,0; полевошпатовый материал 15,0-60,0; криолит 5,0-15,0. Однако, в настоящее время указанная связка не используется из-за своей агрессивности к огнеупорам печей обжига вследствие содержания в ней криолита и выделения фтора при обжиге.

Наиболее близким к заявляемому является абразивный инструмент, изготавливаемый из формовочной смеси, включающей, мас. электрокорундовый материал 76,3-88,4; каолин 2,1-5,7; полевой шпат 2,1-5,7; тальк 0,7-1,9; жидкое стекло 3,4-4,5; сухой декстрип 0,2-1,6; борокальциевую фритту 2,1-5,7. При этом борокальциевая фритта имеет следующий состав, мас. двуокись кремния 22,0-38,9; окись алюминия 14,5-15,5; окись бора 25,0-35,0; окись кальция 12,5-17,5; окись натрия 6,5-7,5; окись калия 2,5-3,5, при соотношении окиси бора к окиси кальция 2:1 (прототип). Произведя принятые в технологии производства абразивов расчета, получаем следующий состав инструмента в готовом виде, мас. 79,4-94,3 электрокорунда и 5,7-20,6 связки, содержащей 52,0-55,5 SiO₂; 20,5-23,5 Al₂O₃; 8,5-10,5 B₂O₃; 0,1-0,3 MgO, 4,2-5,5 CaO; 1,3-2,5 K₂O; 3,0-4,5 Na₂O; 0,3-0,4 Fe₂O₃. Однако производительность этих кругов на операциях профильного шлифования недостаточна; требуется частная правка кругов вследствие их недостаточной прочности и кромкостойкости.

Предлагаемый абразивный инструмент содержит электрокорунд и связку в виде стекла, включающую оксиды кремния, алюминия, бора, магния, кальция, калия, натрия и железа и дополнительно оксиды лития и титана при следующем соотношении оксидов, мас. SiO₂ 60,5-64,0; Al₂O₃ 13,5-20,5; B₂O₃ 1,6-10,7; MgO 0,1-1,2; CaO 0,6-3,2; Li₂O 0,6-2,9; K₂O 1,4-6,6; Na₂O 2,4-8,5; TiO₂ 0,2-1,9; Fe₂O₃ 0,3-0,5. При этом инструмент содержит, мас. электрокорунда 76,9-91,8, связки 8,2-23,1. Кроме того, связка может содержать дополнительно к указанным оксидам 0,2-0,4 мас. оксида кобальта и 0,1-0,5 мас. оксида никеля.

Граничные пределы содержания абразивного материала и связки определены экспериментально и обусловлены необходимостью создания высокопрочного и кромкостойкого инструмента, а также требованиями технологичности процесса их изготовления.

Содержание электрокорунда от 76,9 до 91,8 мас. обеспечивает получение шлифовальных кругов твердостью от МЗ до СТЗ. Увеличение содержания электрокорунда выше 91,8% не позволяет получить инструмент необходимой степени твердости, уменьшение его содержания не отвечает требованиям технологичности.

Интервалы содержания связки определены по рецептурным кривым степень твердости содержание связки. Увеличение содержания связки более 23,1 мас. приводит к появлению выплавок и деформации инструмента. При содержании связки менее 8,2% невозможно получить кромкостойкие круги.

Выбор содержания оксидов в связке проведен экспериментально и обусловлен необходимостью получения связки в стеклообразном состоянии; при этом могут быть использованы разные марки исходных минеральных компонентов связок (глина, каолин, полевой шпат) и фритт.

Содержание оксидов SiO₂, Al₂O₃ и B₂O₃ в указанных количествах обеспечивает проведение обжига инструмента по режимам промышленных печей. Изменение содержания SiO₂ в сторону увеличения приводит к повышению температуры спекания компонентов и необходимости повышения температуры обжига до температур, требующих изменения конструкций печей обжига. Уменьшение содержания SiO₂ или увеличение содержания Al₂O₂ приводит к получению состава, не образующего стекла. Уменьшение содержания Al₂O₃ ниже указанного предела нецелесообразно, поскольку Al₂O₃ вводится главным образом глиной или каолином и уменьшение глинистой компоненты не обеспечит требуемой прочности сырых заготовок. Изменение содержания B₂O₃, вводимого фриттой, в сторону уменьшения не обеспечивает получения стекловидной связки, увеличение содержания B₂O₃ из-за снижения температуры размягчения делает состав нетехнологичным.

Содержание оксидов CaO, MgO, Li₂O, K₂O, Na₂O в указанных пределах обеспечивает получение стекловидных однородных мостиков связки, обеспечивающих высокую прочность закрепления электрокорунда в инструменте. Увеличение содержания CaO, MgO и K₂O делает состав более тугоплавким, а при уменьшении их содержания ниже указанных пределов способность к образованию связки в виде однородного прочного стекла уменьшается.

Увеличение содержания оксидов Li₂O и Na₂O, вводимых фриттой, из-за увеличения содержания фритты делает состав нетехнологичным. Уменьшение их содержания не обеспечивает получения связки в виде стекла.

При содержании Fe₂O₃ выше 0,5 мас. при обжиге в зоне контакта зерна и связки может происходить восстановление Fe₂O₃ до Fe, при этом прочность соединения связки и зерна снижается. Нижняя граница содержания Fe₂O₃ обусловлена использованием глины и полевого шпата.

Оксиды Ni₂O₃, Co₂O₃ и TiO₂ в указанных пределах повышают адгезионные свойства связки, однако увеличение их содержания выше указанных пределов может привести к кристаллизации алюминатов титана, кобальта и никеля.

Абразивный инструмент изготавливают из белого электрокорунда зернистостями 6 40 по известной технологии, включающей приготовление связки, увлажнение электрокорунда временным связующим, смешивание увлажненного абразивного материала со связкой, формирование заготовок требуемого размера, их сушку и обжиг при соответствующей температуре.

Связку готовят из глины, каолина, полевого шпата и фритты.

Компоненты измельчают до получения порошка размером 60-10 мкм и смешивают в нужных пропорцих по принятой в абразивной промышленности технологии.

Были изготовлены круги различных типоразмеров и характеристик 8 составов по изобретению, приведенных в табл.1. Для их изготовления в качестве абразивного материала использовали белый электрокорунд марки 25А зернистостями 6-40, в качестве связки стеклосвязку 7 различных составов, приведенных в табл. 2. В качестве исходных компонентов связки использовали обычно применяющиеся в абразивном производстве глину, каолин, полевой шпат Манского и Белгородского месторождений и щелочную алюмоборосиликатную фритту, содержащую дополнительно оксиды никеля, титана и кобальта (состав N 1) и щелочную алюмоборосиликатную фритту, дополнительно содержащую оксид титана (состав N 2).

Круги составов 1-4 (табл.1) были испытаны на операции профильногго шлифования заготовок из стали У10А 52-57 НРС_э, круги составов 5 и 6 испытывали на операции глубинного шлифования зубьев на дисках полумуфт из стали 40Х и круги составов 7 и 8 на операции глубинного шлифования призм из стали 12ХН3А.

Как показали испытания, предлагаемые круги имеют повышенную стойкостную наработку и кромкостойкость и обеспечивают высокую точность обработки деталей сложного профиля.

Формула изобретения

1. Абразивный инструмент, содержащий электрокорунд и связку в виде стекла, включающую оксиды SiO₂, AI₂O₃, B₂O₃, MgO, CaO, K₂O, Na₂O и Fe₂O₃, отличающийся тем, что связка дополнительно содержит оксиды Li₂O и TiO₂ при следующем соотношении оксидов, мас.

SiO₂ 60,5 64,0 Al₂O₃ 13,5 20,5 B₂O₃ 1,6 10,7 MgO 0,1 1,2 CaO 0,6 3,2 Li₂O 0,6 2,9 K₂O 1,4 6,6 Na₂O 2,4 8,5 TiO₂ 0,2 1,9
Fe₂O₃ 0,3 0,5
при этом инструмент содержит, мас. электрокорунда 76,9 91,8 и связки 8,2 23,1.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что связка дополнительно содержит 0,2 0,4 мас. Co₂O₃ и 0,1 0,5 мас. Ni₂O₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2