CC BY
13
УДК 621.922.02
РАЗРАБОТКА ЭЛАСТИЧНЫХ АБРАЗИВНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИРОВАЛЬНО-ШЛИФОВАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА
Е. В. Харьянова, С. И. Левченко*, В. Р. Пен
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: levchenko167@inbox.ru
Разработаны новые эластичные абразивные композиции на основе модифицированного эпоксидно-новолачного блок-сополимера для шлифовально-полировального инструмента, обладающего улучшенной износостойкостью и качеством обрабатываемой поверхности при интенсивных режимах обработки различных материалов для радиоэлектронной, судостроительной и авиационной промышленности.
Ключевые слова: абразивные композиции, шлифовально-полировальный инструмент, полимерное связующее, модифицирующая система.
DEVELOPMENT OF ELASTIC ABRASIVE-POLYMER COMPOSITIONS FOR THE MANUFACTURE OF POLISHING AND GRINDING TOOLS
E. V. Kharyanova, S. I. Levchenko*, V. R. Pen
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: levchenko167@inbox.ru
Developed new elastic abrasive composition based on modified epoxy-novolac block copolymer for the grinding and polishing tool with improved wear resistance and surface quality under intense processing conditions of various materials for electronic, shipbuilding and aviation industries.
Keywords: abrasive compositions, the polishing tool, a polymeric binder, the modifier system.
В машиностроении, авиационной промышленности, судостроении и приборостроении качество выпускаемой продукции предопределяется степенью обработки поверхностей деталей на завершающем этапе цикла производства. Существует большой объем технологических операций финишной обработки деталей сложного профиля, в том числе и крупногабаритных изделий, выполняемых с использованием специальных абразивных инструментов. Для качественной обработки таких деталей из вязких и пластичных материалов требуются абразивные инструменты, сочетающие в своей структуре высокую пористость, ввысоке физико-механические характеристики и эластичность. Поэтому при шлифовании и полировании вязких металлов типа меди, бронзы, титановых сплавов и изделий из нержавеющей стали для достижения необходимых свойств обработки встает необходимость применения соответствующего абразивного инструмента.
В связи с этим разработка нового полимерного связующего для абразивного полировально-шлифовального инструмента, является в настоящее время актуальной научной задачей, имеющей важное прикладное значение.
Анализ литературных и экспериментальных данных показывает, что эпоксидно-новолач-ные блок-сополимеры являются эффективными связующими для конструкционных пленочных клеев, конструкционных пенопластов, абразивных материалов и высокопористых инструментов для шлифования [1-3].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
В качестве полимерного связующего были исследованы эпоксидно-новолачные блок-сополимеры марки 6ЭИ60-1, полученные из эпоксидно-дианового олигомера марки и новолачно-го фенолоформальдегидного олигомера марки СФ-0112, модифицированные бутадиен-нитрильным каучуком марки СКН-40 в комбинации с хиноловым эфиром п-динитрозобензола. Также полимерную композицию вводились целевые добавки: газообразователь - порофор ЧХЗ-57, пенорегулятор, катализатор - триэтаноламин, твердая смазка - криолит марки К-1. В качестве шлифовального материал использовали абразивный карбид кремния зеленый марки 63С зернистостей 25-М40.
Полимерные композиции готовили по известной методике [4] путем смешения на лабораторных вальцах каучука СКН-40, хинолового эфира и эпоксидно-новолачно блок-сополимера с целевыми добавками и шлифовальным материалом. Вырубленные заготовки вспенивались и отверждались в закрытых формах при температуре 145-160 °С в течение различного времени. В работе использованы методы исследования: определение размеров пор в полимерном композиционном материале, по фотографиям его макроструктуры при 40-кратном увеличении; определение степени эластичности, предусматривающий измерение глубины вдавливания индентора в образец (прибор Роквелла). Исследования обрабатываемости полированием проводили на плоскошлифовальном и зачистном станках шлифовально-полировальным инструментом (круги), с использованием стандартных измерительных приборов и инструментов. Обрабатывали следующие виды материалов: печатная плата (диэлектрик, фольгированный медью), сплавы на основе меди, сплавы на основе алюминия и титана, нержавеющая сталь.
В работе использованы стандартные методы исследования физико-механических и тепло-физических свойств образцов полимерных композиционных материалов и шлифовально-полировальных инструментов.
Методом композиционного планирования с применением контурно-графического анализа проведена оптимизация состава полимерного композиционного материала для высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов. Оптимизацию производили по основным компонентам; эпоксидно-новолачных блоксополимерам, СКН-40, хиноловому эфиру и шлифовальному материалу. В качестве основных показателей использовали физико-механические свойства полимерных композиционных материалов (разрушающее напряжение при сжатии, теплостойкость по Вика, эластичность), так и эксплуатационные свойства высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов - скорости разрушения и изнашивания
Приведены исследования по выбору соотношений термореактивных связующих на основе эпоксидно-новолачных блоксополимеров модифицированных бутадиен-акрилонитрильным каучуком с хиноловым эфиром.
По полученным данным установлены оптимальные соотношении (мас.ч.) эпоксидно-новолачно блок-сополимера (100), бутадиен-нитрильного каучука (80-120) и хинолового эфира (5,0-10,0), шлифовального материала (250-400) в полимерных композициях.
На основе изученных рецептур полимерных композиций и проводилась разработка технологии изготовления высокопористых эластичных шлифовально-полировальных кругов. Изучены закономерности взаимодействия эпоксидно-новолачно блок-сополимера, СКН-40 и хинолового эфира при смешении и термообработке на свойства кругов. Установлено, что на свойства отвержденного материала влияет режим смешения (порядок введения компонентов при смешении) и продолжительность отверждения. Экспериментальным путем были установлены оптимальные температура и продолжительность вспенивания композиции в зависимости от плотности массы заготовки, которую изменяли содержанием шлифовального материала. Были оптимизированы составы композиций (см. таблицу), режимы смешения и отверждения. Установлено, что рациональным является ступенчатый режим отверждения: нагрев при температуре 140 °С в течение 1-2 ч с последующим отверждением при 160 °С в течение еще 2-4 ч. Эти условия были выбраны для отверждения шлифовально-полировальных кругов на основе разработанных композиций.
Влияние состава полимерной композиции на свойства кругов
Компоненты Содержание на 100 мас. ч. эпоксидно-новолачного блок-сополимера, мас.ч.
Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 80 90 100 110
Эфир хиноловый 5,0 7,0 10,0 10,0
Шлифовальный материал марки 63 С12 400 350 300 250
Целевые добавки: Порофор ЧХЗ-57 10,0 9,0 8,0 7,0
Триэтаноламин 0,6 0,8 1,0 1,2
Пенорегулятор КЭП-1, КЭП-2 3,0 2,8 2,6 2,4
Криолит 45 45 45 45
Свойства композиции и к ругов
Разрушающее напряжение при сжатии, МПа 7,2 8,1 8,8 9,4
Эластичность, усл. ед. 82 87 93 90
Скорость разрушения кругов, м/с 62 72 70 67
Скорость изнашивания, х100, мм3/с 2,6 2,2 1,6 1,4
Таким образом, изучено влияние компонентов эпоксидно-новолачных блок-сополимеров, модифицированных бутадиен-нитрильным каучуком с хиноловы эфиром и шлифовального материала на свойства высокопористой эластичной полимерной композиции. Проведена оптимизация рецептуры абразивных композиций для получения различных видов шлифовально-полиро-вального инструмента. Определены оптимальные характеристики инструмента и эксплуатационные показатели кругов при интенсивных режимах обработки различных материалов, предназначенных для судостроительной и авиационной, радиоэлектронной промышленности, а также товаров народного потребления.
Библиографические ссылки
1. Эфрос М. Х., Миронюк В. С. Современные абразивные инструменты. 3-е изд. Л. : Машиностроение, 1987. 158 с.
2. Рыбаков В. А. Абразивные материалы и инструменты. М. : НИИмаш, 1981. 360 с.
3. Абразивно-полимерная композиция для шлифовально-полировального инструмента / А. А. Агич, Н. Я. Окладская и др. № 98105115/02; заявл. 23.03. 98; опубл. 27.10. 99. Пат. 2140347 Российская Федерация, МПК В24, БЗ/22.
4. Цой В. В., Дворко И. М., Москалев Е. В. Высокопористая полимерная абразивная композиция. № 2011143207/02; заявлено 25.10.11. опубл. 27.05.13, Бюл. № 15. Пат. 2482955 Российская Федерация, МПК В24Б 3/32, С 08Ь 63/04.
© Харьянова Е. В., Левченко С. И., Пен В. Р., 2018
