Введение к работе
Актуальность работы, В настоящее время основной областью использования порошков природных алмазов (ППА) является производство абразивного инструмента для резки, шлифовки, полировки и точной обработки изделий из металлов, сплавов и минералов.
Выпускаемый отечественной промышленностью инструмент на органической основе ограничен практически двумя видами связок -бакелитовой и вулханиговой. Несмотря на их известные достоинства, задача существенного повышения основных технических характеристик связующего — износостойкости, термостойкости и прочности, а также улучшения эксплуатационных параметров инструмента - производительности, качества обрабатываемых поверхностей, удельного расхода алмазов сохраняет высокую актуальность.
Анализ научной и патентной литературы также показывает недостаточно широкий ассортимент исследованных органических материалов, перспективных для использования в качестве связующего. Выявление новых композиционных алмазосодержащих материалов (КАМ), отличающихся повышенными износостойкостью и улучшенными антифрикционными свойствами, может в значительной мере способствовать созданию инструмента с необходимыми техническими параметрами.
Решение проблемы создания абразивного инструмента на органической основе с применением ППА проводилось на основании плановых заданий научно-исследовательских работ программ фундаментальных и прикладных исследований СО РАН по темам:
1. "Разработка модифицированных материалов на основе термостойких полимеров и эластомеров с повышенными триботехническими характеристиками и морозостойкостью и технологии изготовления узлов трения" Кч гос.рег. 01900038133 (1991-1995г.).
-
"Исследование и разработка алмазосодержащих абразивных материалов на органической основе." № гос.рег. 01.9.70000656 (1996-1998 г.).
-
"Разработка и исследование алмазосодержащих полимерных композитов триботехнического назначения." № гос.рег. 01.9.90001619. (1999-200ІГ.)
Цель работы заключается в создании . абразивных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и порошков природных алмазов для повышения эффективности шлифования, полирования и точной обработки поверхностей материалов.
Основные задачи исследования:
- анализ номенклатуры выпускаемых и используемых в
промышленности полимерных композиционных материалов
инструментального назначения, современных требований к ним и
выбор объектов и методов исследований;
изучение влияния ППА на физико-механические, теплофизические и триботехнические свойства и структуру ПТФЭ;
выбор и обоснование рецептур композиционных алмазосодержащих материалов для создания эффективного и экономичного абразивного инструмента на основе ПТФЭ и ППА различных зернистостей и модификаторов;
разработка технологии получения и переработки алмазосодержащих материалов на основе ПТФЭ;
экспериментальное исследование и анализ факторов, определяющих качество, работоспособность, характер и особенности износа КАМ и инструмента на основе ПТФЭ и ППА;
проведение опытно-промышленных испытаний
инструмента и разработка рекомендаций по определению допустимых режимов эксплуатации инструмента на органической основе при обработке различных материалов.
Научная новизна работы. На основании результатов исследований впервые определены физические (плотность, твердость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость,
температурный коэффициент линейного расширения) и триботехнические свойства (износостойкость, коэффициент трения) композиционных материалов на основе ПТФЭ в зависимости от дисперсности и концентрации ППА. Установлены рациональные значения концентрации и зернистости ППА в ПТФЭ, позволяющие получить КАМ, обладающий наиболее высоким комплексом эксплуатационных характеристик.
Рентгеноструктурными исследованиями установлено, что при увеличении концентрации ППА в ПТФЭ происходит ориентация алмазов преимущественно более твердой, прочной и износостойкой плоскостью (III). Одной из причин такой ориентации является оптимальное сочетание количества полимера и абразива, соответствующее концентрациям ППА от 30 до 40 мас.%.
Экспериментальными исследованиями триботехнических и эксплуатационных характеристик КАМов на основе ПТФЭ установлено, что модификация связующего соединениями неорганической и органической природы приводит к повышению прочностных характеристик и износостойкости КАМ, а также показателей работоспособности инструмента и снижает потерю режущих свойств ППА, происходящую по причине налипания на частицы алмаза продуктов износа.
Практическая ценность работы. Разработаны рецептуры эффективных шлифовальных материалов на основе ПТФЭ и ППА.
Разработана технология получения КАМ и изготовления инструмента из него, практически исключающая потерю дорогостоящего алмазного сырья, за счет получения инструмента различных типоразмеров с точными геометрическими параметрами и качественными рабочими поверхностями.
На основании результатов исследований теплофизических свойств КАМ разработана и апробирована в лабораторных условиях методика оперативного выбора допустимых режимов обработки различных материалов (сталь, нефрит) инструментом на основе ПТФЭ, позволяющая исключить возможность износа КАМ, связанного с термодеструкцией органической основы.
Проведены опытно- промышленные испытания инструментов: типа А8, ТУ 2-037-582-84, А2, ТУ 16168-80Е, 1А1, ТУ 2-037-228-83 и специальных шлифовальных кругов размерами 52x50x10 мм на основе ПТФЭ и ППА при обработке природных полудрагоценных (яшма, оникс, агат) и поделочных (нефрит, мрамор, змеевик) камней, драгоценных металлов и сплавов (золото, серебро, мельхиор). Эксплуатационные показатели инструмента свидетельствуют, что процессы обработки происходят с высокой производительностью и качеством. При обработке камнецветных поверхностей разработанным инструментом сокращается вдвое цикл производства изделий за счет исключения ряда технологических операций шлифования.
Результаты исследований и разработанный инструмент внедрены на камнеобрабатывающих, предприятиях Республики Саха (Якутия) и Якутском государственном университете им. М.К. Аммосова.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ и подана 1 заявка на изобретение.
Апробация работы. Основные результаты работы были
представлены на следующих конференциях: Американо-восточно
европейской конференции "Новые материалы и технологии в
трибологии" (Минск, 1997г.); Международной научно-технической
конференции "Полимерные композиты-98" (Гомель, 1998г.);
Международной конференции "Новые материалы и технологии"
(Байкальск,1999г.); Научно-практической конференции
"Образование. Общество. Технический прогресс" (Мирный, 1999г.); конференциях молодых ученых ЯНЦ СО РАН (1995-1997г.). Алмазный абразивный инструмент на основе ПТФЭ отмечен серебряной медалью Международной выставки "EAST-WEST EURO INTELLEKT-95", Varna, Bulgaria (1995r.).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, содержащего обоснование актуальности данной темы, пяти глав, раскрывающих содержание работы, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 168 страницах
машинописного текста, содержит 31 рисунок, 21 таблицу, список литературы из 143 наименований и 4приложения.
