Способ обработки изделий перед шлифованием алмазными кругами

(5 ) МИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАР СТВ Е ННЫ ИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР Т И дых материалов А чно-исследовател тут тугоплавких м мазном шлифовании рамических материтения: перед шлифокругами изделие ти в течение заданстве жидкости берут азателем рН = 7.9 С. Время выдержки танавливают из прибл,В.В. Ш клярени А, Ю. Рыбкин ьство СССР/ОС, 1987. аавваюЪ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 30,06.92, Бюл. ГФ 24 (71) Институт сверхтвер УССР и Всесоюзный нау ский и проектный инсти таллов и твердых сплав (72) В,И.Лавриненко А,А,Сытник, А,А.Зленко (53) 621,923.5(088.8) (56) Авторское свидетел М. 1315243, кл. В 24 В 1 Изобретение относится к Области применения неметаллических материалов, в частности керамических, и может быть использовано в процессах их обработки, например при алмазном шлифовании.Алмазное шлифование керамических пластин сталкивается с серьезными трудностями иэ-за плохой обрабатываемости: быстрого износа алмазных кругов и повышенной шероховатости обработанной поверхности пластин,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ обработки стекла шлифованием и полированием с применением абразивных материалов. В данном способе с целью повышения производительности обработки малокремнеземистого стекла предварительно перед процессом шлифования и полирования стекло выдерживают в течение 0,2 - 24 ч в водных суспензиях или растворах, содержащих от 0,05 до 1,5 г/л водорастворимых соединений кремнезема, Однако такой способ 1743807 А"(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ПЕ: РЕД ШЛИФОВАНИЕМ АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ(57) Назначение: при алиэделий из пористых кеалов, Сущность изобреванием алмазнымивыдерживают в жидкосного времени т, В качеводу с водородным покпри температуре 1530из диапазона 4. 96 ч усведенного условия. 1 та направлен на улучшение обрабатываемости кремнеэемистого стекла, имеющего невысокую температуру его формирования (до 1000 С) и не пригоден для дисперсных порошковых керамических материалов, спек ющихся при температурах около 1600 С, Керамические материалы изготавливаются методами порошковой металлургии и поэтому имеют другую структуру, чем литое стекло. В связи с вышеизложенным целесообразно было бы разработать такой способ обработки многогранных пластин из режущей керамики, который позволил бы улучшить их обрабатываемость.Целью изобретения является повышение эФФективности обработки изделий из пористых керамических материалов путем снижения износа алмазных кругов и повышения качества шлифованной поверхности за счет пропитки пор материалов на величину припуска под шлифование.Зта цель достигается тем, что в способе обработки изделий перед шлифованием ал 1743807мазнымл кругами изделие выдерживают в жидкости в течение заданного времени т, причем в кацестве жидкости берут воду с водородным показателем рн =-7,9 при температуре 15 - ЗООС, а время (в часах) выбира ют из условия: 4 г=- -- 96, :1,185 где 1 - коэффициент диффузии воды в порь материала обрабатываемого изделия;: - площадь контакта изделия с водой, мм-; О - плотность материала изделия, г/см;з,Ь. - . припуск на обработку изделия, мм,Соотноц ение ,1; получено эмпирически на оснозе гроведенных опытов, При этом становлано, цто ГОи,ск на Обработку должен бьггь равен или менее величины пропитки пор керамического материала, Быявлеио, что величина пропитки прямо пропорционально зависит от времени выдержки и пищади контакта материала с водой и обратно пропорциональна плотно. сти кеоамического материала, Показатель степе и 0,185 опредегялся эмпирически на основании проведен 14 ых экспериментов и характеризует скорость диффузии. Так,например, при предварительной обрабо 1 е керамики БОК 60 Г зт 1 ость 4,3 г/см , раз,личных размеров полуцень следуощие дан ь д оказа Ге 1;С .спея ьППло- Бремя вы-Ппуск ри" гцадьонтакта, мм 0,1850,1860,.184 40 Среднее значение, 0,1 По срецним значениям показатель с;еени у площади контакта принят равным 45 ,185. Физическая сущность положительных эффектов заключается в следуОщем, Изобретение предусматривает проведение г 1 еред шлифованием предваритегьной 50 обработки в жидкой среде таким образом, чтобы пропитать поры керамических материалов на величину припуска под шлифование, Известно, что вода В той или иной степени понижает прочность твердых тел, В 55 особенности, если в воду добавлять добавки поверхностно-активных веществ,ПАБ), вследствие проявления эффекта Ребиндера. Ярким примером использования этого эффекта является прототип, Однако для керамических пористых материалов применение такого эффекта невозможно, так как вода без добавок ПАБ на керамику не оказывает ощутимого воздействия, а введение ПАБ ухудшает эксплуатационные свойства будущ 1 лх керамических изделий. Поэтому предлагаемый способ основан на том, цтс для пропитки керамических материалов необходимо применять только воду без добавок каких-либо солей, и на том, что сос-с- . 8 Воды в порах отличается от свойств 6 ь 814 О Й в Оды, О тл и ч и 8 связанной ВОды В пор:.;х от свободной Объясняется перестро 1 л ООЙ сегки межмолекулярных Водороднь 1 х связей В 88 структупе под влиянием пОля поверхности сил з порах, Б порах под влияниел твердой поверхносли формируется устпйцивая по отношенио 1 внешним Возд 8 Й тв 11 ям ориентациОнная структура воды, отличная от изотропного состояния в эбь 81 ле, Это вода, между молекулами которой ействуат более сильные, чем дисперс;ь 8, силы водороднОЙ сэ. Позоу Водапорах имеет двойной положительный зфсет, вп-первых, в силу уникальных свойств связа,ной водь она имеет увеличенное число поверхностньх ОН-групп, способных к ОбразованиО связей С-О - Н с ювенильной поверхностью алмаза, в результате уменьшается схватьВание алмаза с керамикой и снижается износ алмазных зерен; Во-Втог 1:,а, известно, что В зону резания алмазом охлждаощая жидкость при шлифовании не 1" 01 ЗДВЯГ, поэтому вода В порах Га рантировс 1 нно ГОпадзеГ В зо 4 у резания происходит охлах.даОщее действие, что способствует до Олнительнсму снижени о износа алмазов и алмазных круГОВ в цело 4.Однако обыкновенная пропитка водой керамических материалов не даст эффекта, ";спи на будут соблюдаться следующие условия, Экспериментами, впервые проведенными, установлено, что выдержка керамических материалов в воде должна быгь в Диапазоне 4.9 б ч, При меньшем Времени Выдержки в результате сил структурного отталкивания в порах происходит неполное нгсыгцение их водой, При выдержке более 96 ц из-за возрастающего порового давления вода внедряется в керамику уже не по порам, а по сплошным беспористым границам зерен керамик, Это приводит к повышенным сколам в процессе шлифования, то повышает шероховатость обработ:.нной поверхности керамик, кроме того, острые продукты сколов попадают в зону шлифования и приводят к повышенному цараг;анию связки алмазных кругов и, соответственно, к увеличению износа кругов, Посольку пропитка имеет определеннуОгде ". - коэффициент диффузии воды в порыобрабатываемого изделия;50 р - плотность материала изделия;Л- припуск на обработку изделия,скорость по порам керамики, то установлена эмпирическая зависимость 1) времени вь 1 держки от величины припуска, снимаемого при шлифовании керамики.В связи с изложенным выше механизмом связанная вода в порах формирует избыток числа поверхностных ОН-групп. В случае, когда вода имеет водородный показатель рН менее 7, то такого избытка не формируется и эффект защиты алмаза связью С-О-Н отсутствует, соответственно растет-износ круга и шероховатость обработанной поверхности. В случае использования воды с водородным показателем рН 9 происходит улучшение смачивания керамик в результате адсорбции потенциалоопределяющих ОН-ионов. Например, в оксидной. керамике в порах появляется гидроксильная группа основного характера - А 1 ОН, Однако это связывает ОН-группы и приводит к отсутствию эффекта защиты алмаза связью С - О - Н и, соответственно, ведет к росту износа круга и шероховатости поверхности.Температура воды должна находиться в диапазоне 15.,30 С, При повышении температуры выше 30 С вязкость воды снижается и растет скорость фильтрации, возрастает коэффициент обьемной и поверхностной диффузии. Вода начинает внедряться в керамику уже не по порам, а по границам зерен. Это приводит к уже описанным повышенным. сколам в процессе шлифования и к росту износа круга и шерохоьатости шлифованной поверхности, При снижении температуры ниже 15 С повышается вязкость воды в порах и повышается межфазная энергия, В результате не формируется избытка ОН-ионов и эффект защиты алмаза связью С-О-Н отсутствует, соответственно растет износ круга и шероховатость.Приведем пример конкретного осуществления данного способа. Берем пластины из режущей керамики ВОК 60 оазмером 15 х 15 х 8 мм, имеющие плотность,о = 4,3 г/см и площадь поверхности 940 мм, Устанавливаем, что готовые изделия должны иметь размеры 12 х 12 х 5 мм. Определяем припуск на обработку для одной стороны образца, Он равен разнице в линейных размерах заготовки и готового изделия: Л= (15- 12): 2 = 3; 2 = 1,5 мм, Коэффициент диффузии мы определили эмпирически на основании впервые проведенных экспериментов. По средним значениям коэффициент диффузии воды в поры керамических материалов принят равным 5 10, Зная ве-гличину припуска, а значит, и максимальную глубину пропитки, можно по формуле (1) определить время выдержки в воде,5 О 1,5 4,3 - 36,4 чт, ф,185 5, 10 - 2,9400,185 Далее образцы из керамики на 37 ч помеща- "0 ем в воду с водородным показателем рН = 8и температурой 22 С. После 37 ч образцы шлифовали по стандартным методикам на станке мод, ЗВ 642, Режимы шлифования: скорость круга - 15 м/с, продольная подача - 0,3 м/мин, поперечная подача - 0,25 мм/дв,ход, Устанавливаем, что относительный расход алмазов в кругах при этом равен 0,39 мг/г, а шероховатость обработанной поверхности по параметру В = 0,27 мкм. Остальные параметры приведены в таблице,Как видно иэ таблицы, при использовании способа эффективность обработки пластин из керамики повышается: снижается износ алмазных кругов в 1,21,6 раза и шероховатость шлифованной поверхности пластин в 1,31.5 раза в сравнении с прототипом.Данный способ позволяет улучшить обрабатываемость пластин из керамики и, в 30 частности, их качество минимум в 1,3 раза. Формула изобретения Способ обработки изделий перед шлифованием алмазными кругами, при котором изделие выдерживают в жидкости в течение заданного времени х, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности и качества обработки изделий из пористых керамических материалов, в качестве жид кости берут воду с водородным показателемрН = 7-9 при температуре 15-30 ОС, а время в часах выбирают иэ условия1743807 Сравнительные данные по влиянию режимовпредварительной обработки на обрабатываемость пластйн из керамики ВОК 60 Составитель В,ЛавриненкоТехред М.Моргентал Корректор С,Черни Редактор Н.Коляда Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул:Гагарина, 101 Заказ 2154 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5