Композиция для связанного полировального инструмента

Изобретение относится к оптико-механической обработке широкого класса материалов, используемых в приборостроительной, электронной и других отраслях промышленности при полировании стекла, керамики, кварца и других материалов. Композиция для связанного полировального инструмента включает синтетическое связующее и полирит, где в качестве синтетического связующего она содержит меламиноформальдегидную смолу. Соотношение компонентов следующее, мас.%: меламиноформальдегидная смола - 5-25, полирит - 75-95. Полировальный инструмент, полученный из указанной композиции, обладает повышенной полирующей способностью без использования полирующей суспензии, а также повышенной износостойкостью. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к оптико-механической обработке широкого класса материалов, используемых в приборостроительной, электронной и других отраслях промышленности при полировании стекла, керамики, кварца и других материалов. Оно может быть использовано при оптической обработке поверхностей деталей преимущественно методом свободного притира.

Известен состав для полирования оптических материалов [1], включающий абразив и связующее, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

абразив - 80-90,

диеновый синтетический каучук - 5-20,

термореактивная смола - 0,5-15.

Данный инструмент обеспечивает высокую чистоту обработки поверхности и его можно использовать без применения полирующей суспензии свободного абразива. Однако данный инструмент имеет низкую полирующую способность и весьма низкую износостойкость, что не позволяет использовать его в промышленных условиях из-за низкой технико-экономической эффективности и невозможности обеспечения требуемой геометрической формы обрабатываемой поверхности.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является композиция для полировальника [2], содержащая синтетическое связующее и полирит, при этом в качестве синтетического связующего она содержит эпоксидную диановую смолу и 45-85%-ный водный раствор этилендиамина при следующем соотношении компонентов, масс.%:

эпоксидная диановая смола - 100,

45-85%-ный водный раствор этилендиамина - 20-80,

полирит - 150-450.

По сравнению свыше описанным аналогом [1] данный состав полировального инструмента отличается повышенной износостойкостью.

Однако основными недостатками композиции по прототипу являются низкие технологические показатели инструмента, а именно: низкая полирующая способность инструмента при малой подаче или исключении подачи полирующей суспензии полирита в зону полирования. По-существу, данную композицию полировального инструмента можно рассматривать скорее как материал для изготовления полировальника, обеспечивающий эффективность полирования с помощью полирующей суспензии, но ни как полировальный инструмент.

С целью повышения полирующей способности полировального инструмента без использования полирующей суспензии и повышения его износостойкости в данном изобретении предлагается композиция для связанного полировального инструмента, включающая полимерное связующее и полирит, в качестве синтетического связующего она содержит меламиноформальдегидную смолу, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

меламиноформальдегидная смола - 5-25,

полирит - 75-95.

При этом для повышения эффективности обработки различных материалов композиция дополнительно содержит вспомогательный абразив в количестве 0,1-10 масс.%.

В частности, в качестве вспомогательного абразива используют поликристаллический алмазный порошок.

Отличительными признаками в предлагаемой композиции для связанного полировального инструмента является то, что в качестве связующего используется меламиноформальдегидная смола, а в качестве полировального материала используется полирит или смесь полирита со вспомогательным абразивом при соблюдении указанного количественного соотношения компонентов.

Следует отметить, что положительный эффект и преимущества предлагаемой композиции для связанного полировального инструмента перед известными аналогами обеспечивается совокупностью всех существенных отличительных признаков, а именно: оптимальным количественным соотношением выбранных компонентов композиции, а также оптимальными режимами прессования связанного полировального инструмента и оптимальными технологическими режимами эксплуатации полученного полировального инструмента. Так, оптимальное количественное соотношение компонентов и оптимальные режимы изготовления инструмента обеспечивают оптимальные свойства связанного полировального инструмента: полирующую способность инструмента без применения вспомогательной полирующей суспензии, износостойкость инструмента и качество обработки оптической поверхности стекла и других различных материалов.

В отличие от прототипа, где в качестве связующего используется эпоксидная диановая смола, наличие которой приводит к засаливанию инструмента и, как следствие, требует использования полировального порошка в подаваемой в зону полирования суспензии, разработанный полировальный инструмент на основе заявляемой композиции эффективно работает без применения в составе суспензии полировальных порошков, а только с помощью чистой воды.

Различные составы композиций для связанного полировального инструмента сведены в таблицу 1.

Таблица 1
Составы композиции для связанного полировального инструмента
Компонент	Состав, масс.%
1	2*	3	4	5	6*	7
меламиноформальдегидная смола	5	10	25	10	10	10	10
полирит	95	90	75	89,9	88	85	80
поликристаллический алмазный порошок	-	-	-	0,1	2	5	10
Примечание: 2* - оптимальный состав композиции полировального инструмента без применения вспомогательного абразива для полирования стекла; 6* - оптимальный состав композиции полировального инструмента с применением вспомогательного абразива для полирования стекла и других материалов.

Введение в состав композиции вспомогательного абразива, в частности поликристаллического алмазного порошка зернистостью менее 1 мкм, приводит к резкому расширению возможностей полировального инструмента. Так, если при использовании состава композиции без применения вспомогательного абразива, изготовленный полировальный инструмент может быть эффективно использован для полирования стекла, но не может быть использован для полирования более твердых материалов, например сапфира.

Отличительной особенностью поликристаллических алмазных порошков является то, что частицы алмаза размерами несколько нанометров спекаются друг с другом в блочные формы. Поликристаллические алмазы являются единственным видом алмазов, которые имеют самозатачивающиеся свойства. Поликристаллическая структура в процессе обработки скалывается и открывает новые острые края. Поликристаллические алмазы могут полировать любые материалы быстрее, чем любой другой абразив. При этом из-за нано размеров исходных алмазов обеспечивается минимальная глубина нарушенного слоя и высокая чистота поверхности.

Помимо оптимального количественного соотношения компонентов в составе композиции полировального инструмента одним из первоочередных условий обеспечения его эффективности является определение оптимальных режимов изготовления. В результате экспериментальных исследований были определены оптимальные режимы прессования композиционного состава полировального инструмента, которые обеспечивают оптимальные свойства связанного полировального инструмента: полирующую способность инструмента, износостойкость инструмента и качество обработки оптической поверхности стекла и других материалов.

Инструмент изготавливают следующим образом.

Взвешивают отдельно каждую из компонентов состава композиции с точностью не более 1%, после чего тщательно перемешивают компоненты. При наличии комков и конгломератов предварительно тщательно перетирают массу в ступке. После чего повторно взвешивают массу композиции. Засыпают массу в предварительно прогретую матрицу пресс-формы. Осуществляют прессование инструмента при следующих оптимальных режимах:

- температура нагрева пресс-формы - 140°C;

- удельное давление прессования - 290+/-10 кГ/см²;

- время выдержки - 5 минут.

Связанный полировальный инструмент изготавливают в виде отдельных элементов - таблеток, которые наклеивают на поверхность подложек полировальников.

Результаты испытаний различных составов композиций для связанного полировального инструмента при полировании стекла ВК-7 сведены в таблицу 2.

Испытания различных составов композиций для связанного полировального инструмента 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 1 литра в минуту;

- время полирования в одном цикле - 5 минут.

Каждый состав композиции для полировального инструмента (табл.1) испытывался при полировании не менее 10 штук заготовок.

Сравнительные результаты полирования стекла ВК-7 с применением различных составов композиции для связанного полировального инструмента приведены в таблице 2.

Таблица 2
Сравнительные показатели процесса полирования стекла ВК-7 связанным полировальным инструментом
Показатель	Состав
1	2*	3	4	5	6*	7
Удельный съем материала, мкм/мин	0,4	1,4	0,1	0,4	0,7	1,9	0,6
Шероховатость поверхности, Ra, мкм	0,08	0,003	0,8	0,09	0,008	0,002	0,1
Относительный износ инструмента, %	15	2,1	4,2	14	3,7	1,5	2,8

Сравнительные результаты полирования различных материалов с применением оптимального заявляемого состава композиции для связанного полировального инструмента приведены в таблице 3.

Таблица 3
Сравнительные показатели процесса полирования различных материалов с применением оптимальных составов 2* без вспомогательного абразива и 6* с применением вспомогательного абразива заявляемого состава композиции для связанного полировального инструмента
	Обрабатываемый материал / Состав
Показатель	стекло	сапфир	кварц
2*	6*	2*	6*	2*	6*
Удельный съем материала, мкм/мин	1,4	1,9	0,1	0,3	2,5	3,8
Шероховатость поверхности, Ra, мкм	0,002	0,003	0,11	0,008	0,01	0,004
Относительный износ инструмента, %	2,1	1,5	15	3,6	5,6	2,4

Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты испытаний представляют собой среднее арифметическое значение из всех полученных результатов.

Как следует из таблицы 2, соотношение исходных компонентов в составе композиции для связанного полировального инструмента существенно влияет на параметры процесса полирования. В таблице не приведены результаты испытаний составов композиции для связанного полировального инструмента, содержание компонентов которых выходит за указанные в формуле изобретения пределы. Соответствующие параметры процессов полирования с данными запредельными составами композиции для связанного полировального инструмента 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 композиции для связанного полировального инструмента имеет перед известным составом композиции-прототипа следующие преимущества:

- исключение полирующего порошка в суспензии и переход на использование чистой воды в зоне полирования существенно повышает экологическую чистоту процесса полирования и обеспечивает снижение себестоимости выпускаемой продукции;

- обеспечивает повышение производительности процесса полирования на 25-50%;

- обеспечивает возможность высокоэффективного полирования различных материалов, например всех типов стекол, сапфира, кварца и других материалов;

- обеспечивает повышение качества обработки;

- является экологически чистым и безвредным для обслуживающего персонала продуктом;

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

Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый полировальный инструмент обеспечивает значительное снижение расхода полировального порошка, повышение производительности, повышение качества обработки и резко снижает износ инструмента.

Источники информации

1. Патент РФ №2095229 // Состав и способ изготовления полировального инструмента со связанным абразивом. - 1990 г.

2. Патент РФ №2056450 // Композиция для полировальника. - 1992 г.

1. Композиция для связанного полировального инструмента, содержащая синтетическое связующее и полирит, отличающаяся тем, что в качестве синтетического связующего она содержит меламиноформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
меламиноформальдегидная смола 5-25
полирит 75 - 95.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспомогательный абразив в количестве 0,1-10 мас.%.

3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что в качестве вспомогательного абразива используют поликристаллический алмазный порошок.