масса для изготовления абразивного инструмента

Формула изобретения

1. Масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порообразующий наполнитель из вспученного перлита в виде зерен с замкнутыми порами размером 0,1-5 мм и пористостью до 85-90%, при этом компоненты массы выбраны в следующем соотношении, об.%:

абразив	26-42
керамическая связка	5-15
наполнитель из алюмосиликата	2,1-14
вспученный перлит	2,1-15
клеящие и увлажняющие добавки	10-15
естественные поры	остальное

2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит выгорающий наполнитель в количестве 10-100% от объемного содержания вспученного перлита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству абразивных инструментов на керамических связках с высокими номерами структуры.

Из уровня техники известна масса для изготовления высокопористого абразивного инструмента, содержащая жаростойкий наполнитель в виде полых сферических частиц из электрокорунда, причем величина сферических частиц равна 0,45-0,65 величины абразивных зерен при содержании последних 30-37 об.% (Авторское свидетельство № 1073082, B24D 3/14, 1984 г.).

Основным недостатком абразивных инструментов, изготовленных из указанного состава, является то, что повышенная пористость достигается за счет увеличения содержания жаростойкого сферического наполнителя, что, в свою очередь, уменьшает твердость абразивного инструмента. Это приводит к повышенному износу инструмента при форсированных режимах обработки.

Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является масса для изготовления абразивного инструмента абразив, включающая керамическую связку и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата в виде смеси частиц размером от 5 до 560 мкм в количестве 2-200 об.% абразива. Дополнительно масса может содержать выгорающий наполнитель в количестве 5-250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя и наполнитель в виде полых сферических частиц из легкоплавкого стекла в количестве 5-100% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя как по отдельности, так и в смеси двух наполнителей с суммарным содержанием от 5 до 250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя (см. Патент РФ № 2152298, B24D 3/18, 2000 г.).

Недостатком массы является не высокая технологичность изготовления шлифовальных кругов на ее основе по таким характеристикам как прочность сырца на излом и объемная деформация (усадка) при сушке и высокотемпературном обжиге инструмента с объемным содержанием абразивного зерна 42-30% соответственно для номеров структур 10-18.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание такой композиции элементов массы, которая обеспечивает повышенную прочность сырца, необходимую для формования инструмента с высокими номерами структуры, и высокую устойчивость к объемной деформации в процессе его обжига, что в итоге повышает технологичность изготовления шлифовальных дисков.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата, согласно изобретению, дополнительно содержит порообразующий наполнитель из вспученного перлита в виде зерен с замкнутыми порами размером 0,1-5 мм и пористостью до 85-90%, при этом компоненты массы выбраны в следующем соотношении, об.%:

абразив	26-42
керамическая связка	5-15
наполнитель из алюмосиликата	2,1-14
вспученный перлит	2,1-15
клеящие и увлажняющие добавки	10-15
естественные поры	остальное

Целесообразно с состав массы включать выгорающий наполнитель в количестве 10-100% от объемного содержания вспученного перлита.

Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.

По своему химическому составу перлит близок к алюмосиликату: в составе обеих наполнителей преобладает двуокись кремния SiO ₂ - до 65-75%, в меньшей степени присутствует окись алюминия Al₂O₃ - до 16-31%. Аналогичный состав по содержанию двуокиси кремния и окиси алюминия имеют применяемые в производстве абразивного инструмента керамические связки.

Химическое сродство перлита и алюмосиликата с керамической связкой способствует их прочному сцеплению при высокотемпературном обжиге инструмента.

При использовании в качестве наполнителей алюмосиликатных полых сферических частиц и вспученного перлита в виде частиц, близких по форме к сферической и внутренней полостью, создает в процессе приготовления абразивной массы структуру инструмента с закрытой пористостью. Дополнительное введение в массу вспученного перлита обеспечивает создание закрытых пор более крупных размеров, чем это позволяют размеры полых сферических частиц из алюмосиликата.

Примеры использования вспученного перлита в качестве наполнителя абразивной массы приведены ниже.

Пример 1

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F60 со структурой N=10 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 25А F60	42
Керамическая связка К5С	9
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	2,1
Вспученный перлит (наполнитель)	2,1
Клеящие и увлажняющие добавки	12
Естественные поры	остальное

Пример 2

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из карбида кремния зеленого марки 64С зернистостью F80 со структурой N=12 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 64С F80	38
Керамическая связка КЗЗ	12,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	5
Вспученный перлит (наполнитель)	7
Клеящие и увлажняющие добавки	14
Естественные поры	остальное

Пример 3

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F80 со структурой N=16 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 25А F80	30
Керамическая связка К5С	10
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	6
Вспученный перлит (наполнитель)	15
Клеящие и увлажняющие добавки	13
Естественные поры	остальное

Пример 4

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F60 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 400 мкм (КФ40) и со структурой N=14 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 25 A F60	34
Керамическая связка К5С	7,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	5
Вспученный перлит (наполнитель)	12
Выгорающий наполнитель КФ40	12
Клеящие и увлажняющие добавки	13
Естественные поры	остальное

Пример 5

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F100 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 630 мкм (КФ63) и со структурой N=17 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 25A F100	28
Керамическая связка К5С	8
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	14
Вспученный перлит (наполнитель)	14
Выгорающий наполнитель КФ63	8
Клеящие и увлажняющие добавки	10
Естественные поры	остальное

Пример 6

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F80 с введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек со средним размером 630 мкм (КФ63) и со структурой N=18 состоит из следующих компонентов, об.%:

Абразивное зерно 25А F80	26
Керамическая связка К5С	6,5
Алюмосиликатные полые сферические частицы (наполнитель)	13
Вспученный перлит (наполнитель)	10
Выгорающий наполнитель КФ63	10
Клеящие и увлажняющие добавки	11
Естественные поры	остальное

В абразивную массу для изготовления шлифовальных кругов с высокими номерами структуры дополнительно может вводиться в качестве наполнителя выгорающий при температуре обжига инструмента наполнитель, например, в виде молотых фруктовых косточек (примеры 4-6).

Выгорающий наполнитель в количестве 10-100% объемного содержания наполнителя в виде вспученного перлита при перемешивании абразивной массы в процессе ее приготовления способствует более равномерному распределению в объеме абразивных зерен и дисперсных частиц керамической связки. Выгорая в процессе обжига инструмента, он создает открытую пористость, объем которой пропорционален количеству вводимого порообразующего наполнителя. Поры на рабочей поверхности за счет улучшения охлаждения и складирования стружки повышают эффективность обработки.

Введение в состав абразивной массы выгорающего наполнителя может улучшить технологичность изготовления абразивного инструмента и повысить его эффективности, в частности, при обработке конструкционных материалов.

Все заявленные в формуле изобретения интервалы были получены экспериментальным путем. В материалах заявки представлены примеры экспериментальной проверки только по шести композициям.

Прочность сырца измерялась на приборе Ватта на предварительно отформованных брусках размером 250×35×10 мм (Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю.М.Ковальчук, В.А.Букин, Б.А. Глаговский и др. Под общей ред. Ю.М.Ковальчука. М.: Машиностроение, 1984. 288 с. С.157).

Для определения объемной деформации после обжига и твердости использовались плашки с диаметром 80 мм и высотой 20 мм. Объемная деформация образцов устанавливалась по разнице объемов образца до и после обжига. Твердость определялась по глубине лунки пескоструйным методом в соответствии с ГОСТ Р 52587-2006.

Механическую прочность на разрыв на образцах-восьмерках определяли на разрывной машине УМ-500 согласно методике, описанной в книге (Любомудров В.Е., Васильев Н.Н. Абразивные инструменты и их изготовление. - М - Л: Машгиз. 1953. - 352 с. С.135).

Все примеры и результаты указанных испытаний сведены в таблицу.

Таблица
Масса для изготовления абразивного инструмента
№	Заявленная масса		Масса по прототипу
	Прочность сырца, КПа	Объемная деформация, %	Прочность сырца, КПа	Объемная деформация, %
1	64,1	1,8	39,3-43,7	5.2-12,8
2	59,2	1,1
3	58,9	3,6
4	50,4	3,2
5	47,8	4,3
6	47,9	4,4

Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле изобретения позволяет обеспечить повышенную прочность сырца, необходимую для формования инструмента с высокими номерами структуры, и устойчивость к объемной деформации в процессе его обжига.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначено для изготовления шлифовальных кругов;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.