Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Предлагаемое изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известны способы импрегнирования абразивного инструмента, включающие предварительную стадию обработки поверхности и пор инструмента водным раствором поверхностно-активных веществ (ПАВ) в течение определенного промежутка времени и последующую стадию сушки (см. авт. св. СССР №1248779, кл. B24D 3/34, 1986, бюл. №29; авт. св. СССР №1604590, кл. B24D 3/34, 1990, бюл. №41).

Признаки, совпадающие: пропитка абразивного инструмента водным раствором ПАВ в течение определенного времени, последующая стадия сушки.

Причины, препятствующие поставленной задаче: стадия пропитки абразивного инструмента водным раствором ПАВ занимает продолжительное время; из-за неравномерной пористости абразивного инструмента импрегнирование также проходит неравномерно, что снижает работоспособность инструмента; стадия сушки после пропитки абразивного инструмента занимает много времени.

Известен способ импрегнирования абразивного инструмента, при котором применяемый импрегнатор повышенной адгезионной способности (ПАВ) растворяется в водной среде, в нее для пропитки импрегнатором помещается абразивный инструмент, который затем подвергается длительной сушке (см. авт. св. СССР №1726222, кл. B24D 3/34, 1992, Бюл. №14).

Признаки, совпадающие: пропитка абразивного инструмента водным раствором ПАВ, последующая сушка инструмента.

Причины, препятствующие поставленной задаче: сложность процесса импрегнирования из-за постоянного изменения состава водного раствора ПАВ; операция пропитки инструмента водным раствором ПАВ и последующая его сушка от воды требует большого промежутка времени.

За прототип принят известный способ импрегнирования абразивного инструмента, включающий пропитку последнего водным раствором, содержащим 20-25 г дийодида хрома на литр воды, при комнатной температуре в течение 10-15 минут в емкости при ее периодическом встряхивании для фиксации дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента и конвективную сушку абразивного инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с^-1 в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C (см. патент РФ №2532660, МПК B24D 3/34, 2014, бюл. №31).

Признаки, совпадающие: пропитка абразивного инструмента водным раствором в емкости, содержащем 20-25 г дийодида хрома на литр воды, и конвективная сушка абразивного инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с^-1 в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C.

Признаки, препятствующие поставленной задаче: большое время пропитки и недостаточно прочная фиксация дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени пропитки и повышение прочности фиксации дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента.

Технический результат достигается тем, что пропитку абразивного инструмента осуществляют в кипящем водном растворе дийодида хрома, а время пропитки t_п принимают равным , мин, где ν - объем абразивного инструмента в см³; a_o - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава, %; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента, %.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе импрегнирования абразивного инструмента, включающем пропитку последнего водным раствором в емкости, содержащим 20-25 г дийодида хрома на литр воды, и конвективную сушку абразивного инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с^-1 в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C, пропитку абразивного инструмента осуществляют в кипящем водном растворе дийодида хрома, а время пропитки t_п принимают равным , мин, где ν - объем абразивного инструмента в см³; a_o - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава, %; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента, %.

Для определения времени пропитки абразивного инструмента в кипящем водном растворе дийодида хрома t_п был использован метод планирования эксперимента типа 2^к (см. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1971. - 283 с.). В качестве варьируемых переменных были приняты: объем абразивного инструмента ν, см³; соотношение , где a₀ - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава, принимаемая в соответствии с ГОСТ P 52781-2007 «Круги шлифовальные и заточные. Технические условия» и книги Островского В.И. «Теоретические основы процесса шлифования», М.: Машиностроение, 2010, 284 с.; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента; количества дийодида хрома в одном литре воды. Испытаниям подвергались шлифовальные круги из электрокорунда нормального 14А, зернистости F60, среднемягкой твердости K7, на керамической связке V (ГОСТ P 52587-2006). Достаточность времени пропитки t_п фиксировалась весовым способом путем взвешивания импрегнируемого абразивного инструмента через каждые 10 секунд нахождения его в кипящем водном растворе дийодида хрома до момента, когда вес импрегнируемого круга перестает изменяться.

В таблице 1 приведена матрица планирования эксперимента для определения оптимального времени пропитки t_п абразивного инструмента в кипящем водном растворе дийодида хрома.

Математическая обработка полученного при проведении экспериментальных исследований уравнения регрессии позволила установить следующую зависимость между временем пропитки абразивного инструмента t_п в кипящем водном растворе, содержащем 20-25 г дийодида хрома на один литр воды, объемом абразивного инструмента ν и соотношением , где а_o - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава в соответствии с ГОСТ P 52781-2007 «Круги шлифовальные и заточные. Технические условия»; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента: . При этом установлено, что изменение содержания дийодида хрома в пределах 20-25 г на один литр воды не оказывает существенного влияния на время пропитки абразивного инструмента t_п (проверка значимости коэффициента регрессии при факторе X₃ по критерию Стьюдента показала его незначимость).

Реализация предлагаемого способа импрегнирования абразивного инструмента включает выполнение следующих операций:

- приготовление в специальной емкости (например, баке) водного раствора дийодида хрома, содержащего 20-25 г дийодида хрома на литр воды;

- нагрев водного раствора дийодида хрома до кипения;

- окунание в кипящий водный раствор дийодида хрома абразивного инструмента;

- выдержка абразивного инструмента в кипящем водном растворе дийодида хрома в течение времени, определяемом по формуле , мин, где ν - объем абразивного инструмента в см³; a_o - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента;

- вынимание абразивного инструмента из емкости с кипящим водным раствором дийодида хрома;

- конвективная сушка абразивного инструмента путем обдува его вентилятором, подающим нагретый до температуры 40-50°C воздух в течение 1,5-2 часов при вращении инструмента угловой скоростью 0,3-0, 5 с^-1;

- визуальный контроль импрегнированного абразивного инструмента.

Окунание абразивного инструмента в кипящий водный раствор дийодида хрома уменьшает время пропитки и повышает прочность фиксации дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента за счет усиления его адгезионных свойств.

В качестве примера проведены испытания различных абразивных кругов типа ПП ГОСТ 2424-83, подвергнутых импрегнированию по предлагаемому способу, при обработке на круглошлифовальном станке мод. 3M151 образцов из стали 35ХГСА диаметром 30 мм и длиной 320 мм. Были приняты следующие режимы шлифования образцов: скорость резания V_к=35 м/с; скорость вращения детали V_д=0,314 мс; продольная подача S_пp=0,02 м/с; подача врезания S_вр=0,01 мм/дв. ход; число двойных ходов круга m=3. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5%-ный водный раствор эмульсола Укринол - 1. Для импрегнирования абразивных кругов использовался водный раствор, содержащий 22,5 г дийодида хрома на один литр воды. Время пропитки абразивных кругов в кипящем водном растворе дийодида хрома t_п устанавливалось, используя зависимость , мин, где ν - объем абразивного инструмента в см³; a_o - нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава; a - пористость импрегнируемого абразивного инструмента. Конвективная сушка абразивного инструмента, прошедшего пропитку в кипящем водном растворе дийодида хрома, осуществлялась путем обдува его вентилятором, подающим нагретый до температуры 40-50°C воздух в течение 1,5-2 часов, при вращении абразивного инструмента с угловой скоростью 0,3-0,5 с^-1. Оценка эффективности предлагаемого способа импрегнирования абразивных инструментов проводилась по интенсивности изнашивания кругов J и параметрам качества получаемого поверхностного слоя обработанных образцов: шероховатости Ra, числу прижогов N на площади 3×10⁴ мм², относительной площади поверхности S, подвергнутой прижогам. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Проведены сравнительные испытания эффективности предлагаемого способа импрегнирования абразивного инструмента и известного способа импрегнирования по прототипу (см. патент РФ №2532660, МПК B24D 3/34, 2014, бюл. №31).

Испытаниям подвергались абразивные круги ПП 320×40×127 14AF60K7V 35 м/с ГОСТ P 52781-2007. Шлифовались образцы из сталей 35ХГСА, 20ХН2МА и сплава ХН62МВКЮ диаметром 30 мм и длиной 320 мм. Шлифование осуществлялось на круглошлифовальном станке мод. 3М151 на следующих режимах: скорость резания V_кр=35 м/с, скорость вращения шлифуемого образца V_д=0,5 м/с, продольная подача инструмента S_пp=0,02 м/с, подача врезания S_вр=0,01 мм/дв. ход, число двойных ходов круга n=3. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5-процентный водный раствор эмульсола Укринол-1.

Оценка эффективности предлагаемого способа импрегнирования абразивных инструментов по сравнению с прототипом (патент РФ №2532660, МПК B24D 3/34, 2014, бюл. №31) осуществлялась по следующим показателям: времени пропитки абразивного инструмента t_п; интенсивности изнашивания круга J; шероховатости обработанной поверхности Ra; относительной площади прижогов S.

Результаты испытаний приведены в таблице 3, из анализа которой следует, что применение предлагаемого способа импрегнирования абразивного инструмента по сравнению с прототипом (патент РФ №2532660, МПК B24D 3/34, 2014, бюл. №31) более чем в 6 раз сократит время пропитки абразивного инструмента, на 20-30% уменьшит интенсивность изнашивания круга и на 5-15% улучшит показатели качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей по параметрам шероховатости Ra и относительной площади прижогов S за счет более прочной фиксации дийодида хрома в поровом пространстве абразивного инструмента. При этом на 20-25% сокращаются расходы на электроэнергию, связанные с импрегнированием абразивных инструментов, и снижаются общие затраты на импрегнирование одного шлифовального круга в зависимости от его размеров и технических характеристик с 15,4-18,8 руб. по прототипу до 8,6-11,3 руб. по предлагаемому способу импрегнирования.