Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки стекла и других материалов

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов, а именно к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях промышленности при шлифовании стекла, керамики, сапфира, кварца, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и других материалов. Описана смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая мас.%: полиэтиленполиамин 0,05-0,5; фосфорная кислота 0,025-0,25; никель сернокислый 0,0025-0,025; этиленгликоль 0,025-0,25; кальцинированная сода (карбонат натрия) 0,1-1,0; триэтаноламин 0,05-0,5 и вода - остальное. Технический результат - повышение производительности процесса, повышение качества обработанной поверхности, увеличение износостойкости инструмента при алмазно-абразивной обработке стекла и других материалов. 3 табл.

 

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов, а именно к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях промышленности при шлифовании стекла, керамики, сапфира, кварца, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и других материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является состав смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки стекла и диэлектриков (патент РФ № 2062293, МКИ С10М 173/02, 1994 - основное изобретение).

Состав данной СОЖ, мас.%:

полиэтиленполиамин	0,05-0,5
фосфорная кислота	0,025-0,25
никель сернокислый	0,0025-0,025
этиленгликоль	0,025-0,25
вода	остальное

Данная СОЖ эффективно работает с различными типами связанного алмазного инструмента на операциях грубого и тонкого шлифования.

Однако данный состав СОЖ имеет следующие недостатки и ограничения:

- невозможность использования данного состава СОЖ при обработке сталей и некоторых других металлов из-за резкой коррозии деталей под воздействием СОЖ;

- невозможность длительного использования и хранения СОЖ из-за быстрого образования грибков;

- не обеспечивает необходимой стойкости режущего инструмента.

Целью настоящего изобретения является улучшение комплекса показателей процесса обработки - повышение производительности процесса, повышение качества обработанной поверхности, повышение износостойкости инструмента при алмазно-абразивной обработке стекла и других материалов.

Поставленная цель достигается тем, что СОЖ, содержащая воду, полиэтиленполиамин, фосфорную кислоту, никель сернокислый и этиленгликоль, дополнительно содержит кальцинированную соду (карбонат натрия) и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэтиленполиамин	0,05-0,5
фосфорная кислота	0,025-0,25
никель сернокислый	0,0025-0,025
этиленгликоль	0,025-0,25
кальцинированная сода (карбонат натрия)	0,1-1,0
триэтаноламин	0,05-0,5
вода	остальное

Установлено, что при добавлении в состав СОЖ кальцинированной соды (карбоната натрия) в количестве 0,1-1,0 мас.% при обработке стекла, сапфира, кварца и других материалов обеспечивается увеличение съемов материала на 50-75% практически без увеличения шероховатости обрабатываемой поверхности. Карбонат натрия (NaHCO₃) служит для нейтрализации кислых компонентов, а также улучшает моющую способность СОЖ.

Дополнительно в состав СОЖ введен триэтаноламин в количестве от 0,05 до 0,5% в качестве ингибитора коррозии. Эта добавка позволяет не только исключить коррозию обрабатываемых различных металлических деталей, но и предотвращает коррозию металлических деталей шлифовальных станков.

Кальцинированная сода и триэтаноламин выполняют функции ингибиторов коррозии и регуляторов рН среды. Установлено, что при достижении рН значений 9,7-9,8 практически не наблюдается развитие бактерий, образование и рост грибков при длительном использовании и хранении смазочно-охлаждающей жидкости.

Различные составы СОЖ сведены в таблицу 1.

Таблица 1
Составы СОЖ
Компонент	Состав, мас.%
1*	2	3	4	5
Полиэтиленполиамин	0,05	0,05	0,05	0,05	0,5
Фосфорная кислота	0,025	0,025	0,025	0,025	0,25
Никель сернокислый	0,0025	0,0025	0,0025	0,0025	0,025
Этиленгликоль	0,025	0,025	0,025	0,025	0,25
Кальцинированная сода	-	0,1	0,3	0,4	1,0
Триэтаноламин	-	0,05	0,1	0,15	0,5
Вода	до 100	до 100	до 100	до 100	до 100
Примечание: 1* - прототип (основное изобретение)

Результаты испытаний различных составов СОЖ при шлифовании стекла ВК7 сведены в таблицу 2. Приведены результаты испытаний СОЖ при тонком шлифовании с использованием связанного пористого алмазного инструмента на органической связке марки РТ20Р1.

Испытания различных составов СОЖ проводили в сравнении с составом 1*, являющимся прототипом. Испытания проводились с использованием шлифовально-полировального станка типа 3ШП-350. Режимы обработки были следующие:

- скорость вращения шпинделя - 80 об/мин;

- удельное давление инструмента на деталь - 0,35 кг/см²;

- количество подаваемой СОЖ - не менее 3 литров в минуту;

- время шлифования в одном цикле - 2 минуты.

Каждый состав СОЖ (табл.1) испытывался при шлифовании не менее 10 штук заготовок. Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты испытаний представляют собой среднее арифметическое значение из всех полученных результатов.

Таблица 2
Сравнительные показатели процесса шлифования стекла ВК7 алмазным инструментом РТ20Р1 для различных составов СОЖ
Показатель	Состав
1*	2	3	4	5
Удельный съем материала, мкм/мин	3,4	4,2	8,9	7,5	5,4
Шероховатость поверхности, Ra, мкм	2,54	2,65	2,75	2,95	2,83
Относительный износ инструмента, %	1,1	0,8	0,2	0,4	0,7

Сравнительные результаты шлифования различных материалов с применением СОЖ (1* - основное изобретение) и оптимального заявляемого состава СОЖ приведены в таблице 3.

Таблица 3
Сравнительные показатели процесса шлифования различных материалов алмазным инструментом РТ20Р1 для различных составов СОЖ
Показатель	Обрабатываемый материал / состав СОЖ
	стекло	сапфир	кварц	лангатат
1*	3	1*	3	1*	3	1*	3
Удельный съем материала, мкм/мин	3,4	8,9	0,5	1,3	2,5	3,8	2,8	4,9
Шероховатость поверхности, Ra, мкм	2,54	2,75	0,11	0,08	1,22	1,32	0,360	0,290
Относительный износ инструмента, %	1,1	0,2	2,1	0,6	1,6	0,4	1,4	0,5

Как следует из таблицы 2, соотношение исходных компонентов в составе СОЖ существенно влияет на параметры процесса шлифования. В таблице не приведены результаты испытаний составов СОЖ, содержание компонентов которых выходит за указанные в формуле изобретения пределы. Соответствующие параметры процессов шлифования с данными запредельными составами СОЖ были существенно хуже, чем результаты в таблицах 2 и 3.

На основании результатов испытаний, представленных в таблицах 2 и 3, можно сделать вывод, что новый состав СОЖ имеет перед составом СОЖ прототипа следующие преимущества:

- обеспечивает повышение производительности процесса шлифования на 50-75%;

- обеспечивает возможность высокоэффективного шлифования различных материалов, например всех типов стекол, сапфира, кремния и других полупроводниковых материалов, керамики, сталей и пьезокварца;

- обеспечивает повышение качества обработки за счет уменьшения глубины нарушенного слоя;

- является экологически чистым и безвредным для обслуживающего персонала продуктом;

- не вызывает коррозии обрабатываемых деталей и деталей и узлов шлифовального оборудования;

- обладает антисептическими свойствами, препятствует образованию грибков и биологическому разложению СОЖ.

Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый состав СОЖ обеспечивает значительное повышение производительности, повышение качества обработки и резко снижает износ инструмента.

Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки стекла и других материалов, содержащая воду, полиэтиленполиамин, фосфорную кислоту, никель сернокислый и этиленгликоль, отличающаяся тем, что жидкость дополнительно содержит кальцинированную соду (карбонат натрия) и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэтиленполиамин	0,05-0,5
фосфорная кислота	0,025-0,25
никель сернокислый	0,0025-0,025
этиленгликоль	0,025-0,25
кальцинированная сода (карбонат натрия)	0,1-1,0
триэтаноламин	0,05-0,5
вода	остальное