способ изготовления абразивных изделий

Формула изобретения

Способ изготовления абразивных изделий, при котором формообразуют абразивный порошок электрокорунда при статическом и динамическом нагружении ударной волной, после чего производят термообработку, отличающийся тем, что мощность ударной волны при динамическом нагружении выбирают в пределах 0,5 - 0,65 МВт/г формообразуемого порошка, при этом перед формообразованием в абразивный порошок электрокорунда дополнительно вводят порошок окиси магния в количестве 3 8% от массы абразивного порошка, а термообработку производят при 1500 1600^oС в течение 2 4 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству абразивного инструмента преимущественно для финишной обработки и может быть использовано для изготовления абразивного инструмента.

Известен способ изготовления абразивных изделий на основе оксида алюминия, включающий формообразование абразивного изделия в две стадии, первая из которых включает статическое прессование до обеспечения плотности 0,6-0,7 от плотности готового изделия. На второй стадии на полученную заготовку воздействуют ударной волной с мощностью 0,75-1,0 МВт/г порошка, а термическую обработку ведут при 1800-1850^oC в течение 2-4 ч. Вторая стадия повторяется 5-7 раз. Динамическое нагружение может быть осуществлено электрогидравлической ударной волной.

Однако многократность нагружения ударной волной не обеспечивает равномерную плотность изделия, т.к. при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, которые снижают плотность абразивного изделия и соответственно его качество.

Кроме того, многократное нагружение ударной волной приводит к значительному дроблению абразивных зерен, в результате чего в абразивном изделии присутствует большое количество порошка такой мелкой зернистости, которая не участвует в микрорезании, что снижает качество абразивных изделий.

Известен также способ изготовления абразивных изделий путем приготовления шихты на основе порошка оксида алюминия, его гамма-модификации; формообразование изделий производится в две стадии при статическом и однократном динамическом нагружении с последующей термообработкой.

Но гамма-оксид алюминия является неустойчивой модификацией оксида алюминия и при спекании происходит фазовый переход гамма-оксида алюминия в альфа-оксид алюминия, т.е. значительная часть энергии тратится на кристаллографические изменения, а не на уменьшение микронапряжений в структуре зерна и не на активизацию процесса диффузии между зернами по контактным поверхностям. В результате полученное изделие не обладает необходимыми абразивными характеристиками и высоким качеством.

Известен также способ динамического прессования композиционного материала, содержащего алмаз, предусматривающий ударное уплотнение композиционных порошков и создание экзотермической химической реакции. При этом смесь порошков, содержащая алмаз и экзотермические добавки бор, кремний, алюминий, переходные металлы и их смеси, включая карбиды, оксиды, нитриды, бориды и силициды, перемешивается, помещается в капсулу или контейнер и подвергается динамическому прессованию с помощью ударной волны, вызывающей экзотермическую реакцию, в результате чего не требуется дополнительной термообработки для спекания, т.е. наружного нагрева.

Использование указанного способа изготовления приводит к получению алмазного инструмента высокой твердости и плотности, что затрудняет его применение в качестве инструмента для отделочных видов обработки: суперфиниширования, хонингования и т.д. Кроме того, неравномерность протекания экзотермической химической реакции приводит к тому, что твердость и плотность алмазного инструмента будет неравномерной по всему объему, что приводит к неравномерному износу его во время работы и как следствие к ухудшению качества обработанных деталей из-за потери геометрической точности.

Задачей изобретения является получение абразивного инструмента повышенного качества при пониженных энергозатратах на его изготовление.

Техническим результатом изобретения является повышение качества абразивных изделий.

Поставленный технический результат достигается тем, что формообразуют абразивный порошок электрокорунда при статическом и динамическом нагружениях ударной волной мощностью 0,5-0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка с последующей термообработкой, а перед формообразованием в абразивный порошок электрокорунда дополнительно вводят порошок окиси магния в количестве 3%-8% от массы абразивного порошка, а после формообразования проводят термообработку при 1500-1600^oC в течение 2-4 ч.

При этом добавление порошка окиси магния активизирует процессы когезионного взаимодействия между зернами абразивного порошка электрокорунда при спекании. В результате снижаются энергозатраты на изготовление, т.к. спекание проводится при более низкой температуре и повышается его режущая способность, т. к. при добавлении порошка окиси магния не происходит образования пор в зернах абразивного порошка электрокорунда при спекании. Кроме того, при более высокой температуре спекания происходит частичное оплавление режущих кромок абразива, снижающее его режущую способность, т.е. снижающее качество инструмента.

Использование ударной волны при динамическом нагружении мощностью менее 0,5 МВт/г не создает достаточно развитых контактных поверхностей, по которым происходит адгезионное взаимодействие зерен абразива, и не создает предпосылок для получения прочного абразивного изделия при дальнейшей термообработке.

Использование ударной волны мощностью более 0,65 МВт/г приводит к значительному измельчению абразивного порошка электрокорунда, в результате чего получается очень плотное, с малым количеством пор абразивное изделие, которое не может быть успешно применено при отделочных видах обработки.

Добавление окиси магния в количестве меньше 3% от массы абразивного порошка практически еще не влияет на активизацию когезионного взаимодействия между зернами абразивного порошка и для получения абразивного инструмента спекание необходимо проводить при более высокой температуре.

Добавление окиси магния в количестве более 8% от массы порошка электрокорунда уже перестает оказывать эффект дальнейшего увеличения активизации когезионного взаимодействия между зернами электрокорунда, поэтому качество абразивного изделия не повышается.

Проведение термической обработки после формообразования при температуре ниже 1500^oC не приводит к повышению качества абразивного изделия, т.к. прочность его недостаточна для проведения обработки деталей с высокой производительностью. Этим же объясняется получение абразивного изделия низкого качества при проведении термической обработки в течение менее 2 ч.

Проведение термической обработки после формообразования при температуре выше 1600^oC и при длительности более 4 ч также не позволяет получить абразивное изделие высокого качества, т.к. начинает происходить частичное оплавление режущих кромок абразивного порошка электрокорунда, происходит частичное закрытие пор в объеме изделия, что снижает производительность обработки и износостойкость абразивного изделия.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ изготовления абразивных изделий включает приготовление шихты из порошка электрокорунда и окиси магния, причем количество последнего берут 3-8% от массы порошка электрокорунда, последующее двухстадийное прессование заготовки путем статического прессования и динамического нагружения ударной волной мощностью 0,5-0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка. Процесс изготовления завершают термической обработкой изделия при 1500-1600^oC с выдержкой 2-4 ч.

Испытание абразивного изделия, полученного описанным способом, приводили при обработки стали 40Х в состоянии нормализации (НВ 229) методом хонингования при следующих режимах: окружная скорость 3 м/мин, скорость возвратно-поступательного движения 1,8 м/мин, давление прижима брусков к обрабатываемой поверхности 0,005 МПа.

Пример 1. Для изготовления абразивного изделия приготавливают шихту из порошка электрокорунда зернистостью 250 мкм, добавляют порошок окиси магния в количестве 3% от массы порошка электрокорунда. После тщательного перемешивания компонентов шихты ее засыпают в пресс-форму и производят статическое прессование. Затем, не снимая статической нагрузки, производят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощностью 0,5 МВт/г массы формообразуемого порошка. Затем изделие извлекают из пресс-формы, помещают в печь и термообрабатывают при 500^oC в течение 2 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 61 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработки по сравнению с известным составляет 124% износ уменьшился в 1,36 раза.

Пример 2. Для изготовления абразивного изделия приготавливают шихту из порошка электрокорунда зернистостью 250 мкм, добавляют порошок окиси магния в количестве 8% от массы порошка электрокорунда. После тщательного перемешивания компонентов шихты ее засыпают в пресс-форму и производят статическое прессование. Затем, не снимая статической нагрузки, производят динамическое нагружение электрогидравлической ударной волной мощностью 0,65 МВт/г массы формообразуемого порошка. Затем изделие извлекают из пресс-формы, помещают в печь и термообрабатывают при 1600^oC в течение 4 ч. Полученное абразивное изделие имеет предел прочности на сжатие 66 МПа, при хонинговании на указанных режимах производительность обработка по сравнению с известным составляет 128% износ уменьшился в 1,42 раза. Примеры получения абразивных изделий приведены в таблице.

Как следует из таблицы оптимальными параметрами технологии изготовления абразивного изделия повышенного качества являются следующие:

Мощность ударной волны 0,5-0,65 МВт/г

Количество окиси магния 3-8% от массы абразивного порошка

Температура термообработки 1500-1600^oC

Длительность термообработки 2-4 ч.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для изготовления абразивного инструмента, применяющегося при обработке деталей на финишных операциях: хонингование, суперфиниширование, тонкое шлифование;

для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств;

средство, воплощающее изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".