CC BY
28
УДК 664
Современное состояние и пути производства специализированных абразивных покрытий
К.т.н. Головацкий В.А., Краснов И.В., к.т.н. Зуев Н.А.
При изготовлении абразивного инструмента методом гальваностегии может быть использован широкий спектр материалов [1,2]. Свойства некоторых из них приведены в таблице 1.
Таблица 1. Физико-механические свойства абразивных материалов
Параметр Алмаз Электрокорунд Карбид кремния
Плотность, г/см3 3,48-3,56 3,93-4,01 3,16-3,39
Микротвердость, ГПА 100 18-26 31-33
Предел прочности, МПА: на сжатие на изгиб 2000 210-490 760 80-90 1500 50-150
Модуль упругости,ГПА 900 - 365
Электрическое сопротивление, Ом-м 1010 - 3105
Коэффициент линейного расширения, К-1 (0,9-1,45) 10-6 7,5 6,5
Удельная теплоемкость, КДж/кг К 0,50 0,84-0,92 1,76-1,80
В качестве гальванически осаждаемой связки могут быть использованы различные металлы, свойства которых приведены ниже [3]. В настоящее время, несмотря на широкий выбор гальванически осаждаемых связок, наиболее широко используется в практике различных отраслей никелевая связка. Это объясняется технологичностью процесса никелирования и возможностью в зависимости от режимов процесса получать электроосажденный никель с такими физико-механическими свойствами, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к никелю не как к гальваническому покрытию вообще, а как к связке нужного инструмента. Ванны никелирования просты по составу, надежны в работе и удобны в эксплуатации [3].
Никелевая связка позволяет изготовленному на ее основе инструменту в течение длительного времени эксплуатации сохранять форму рабочей поверхности, при минимальном износе и повышенной стойкости, обладать хорошей режущей способностью и производительностью, прочным удержанием абразивных зерен.
Для никелирования в литературе встречается описание большого количества различных электролитов, но наибольшее распространение получили только два: сернокислый и сульфаматный [1].
Оба типа электролитов, особенно сернокислый, встречаются в практике гальванических цехов в весьма разнообразных вариантах, но различия в технологических свойствах вариантов в большинстве случаев менее резко выражены, чем между электролитами этих двух типов. Характеристики некоторых типов электролитических покрытий приведены в таблице 2.
Таблица 2. Физико-механические свойства электролитических металлов
Параметр Никель Медь Железо
Плотность, г/см 8,90 8,94 7,86
Микротвердость, ГПА 1,7-7,0 0,5-3,1 5,4-9,2
Предел прочности при растяжении, МПА 350-500 310-400 500
Модуль упругости, ГПА 220 100 190-220
Предельное удлинение, % 35-50 40-55 -
Электрическая проводимость, 10-10, Ом/м-1 15,5 65,5 11,4
Электрохимический эквивалент, г/(А ч) 0,73 11,19 0,69
Учитывая изложенное, а также рекомендации по проектированию абразивного инструмента [1], включающие конструктивное оформление дополнительных режущих кромок, и соображения необходимости самоочистки рабочих органов при работе машины, в качестве объекта исследования выбирали металлическую подложку с нанесенными на ней полосами терочными элементами на основе абразивного зерна, закрепленного никелевой связкой.
Изготовление образцов рабочих органов на основе абразивного зерна, закрепленного гальванически осажденной никелевой связкой, проводилось на экспериментальной установке, в состав которой входили:
- гальваническая ванна, сваренная из листов винипласта;
- термостат, обеспечивающий необходимую температуру электролита, И-8;
- рН-метр для контроля характеристик электролита марки рН-340;
- источники питания для различных режимов проведения процесса, ВСА-5К,Б5-46.
Процесс изготовления образцов включал в себя:
- предварительную подготовку абразивного зерна;
- раскрой и разметку заготовки из листовой стали 3;
- изолирование нерабочей поверхности;
- сборку в катодное приспособление;
- обезжиривание рабочих поверхностей;
- травление рабочих поверхностей;
- прикрепление абразивного зерна;
- закрепление абразивного зерна на высоту 2/3 размера зерна;
- промывку и разборку катодного приспособления;
- просушку изготовленных образцов.
Предварительная подготовка абразивного зерна к использованию включала его селекцию в соответствие с ГОСТ 3647-71 "Материалы абразивные в зерне" и выделение фракций зернистостью 16, 25, 40, 50, 80, т.е. абразивных зерен с размерами, приведенными в таблице 3.
Таблица 3. Размеры ячеек сит для выделения фракций абразивного зерна [1]
Номер зернистости Размеры ячеек, мкм
Верхнее сито Нижнее сито
160 2000 1600
80 1000 800
50 630 500
40 500 400
25 315 250
16 200 160
Изолирование нерабочей поверхности осуществляли после обезжиривания бензином и ацетоном нанесением лака марки АК-20 типа «Цапон» в соответствии с заданным рисунком. К нерабочей поверхности относили как тыльную часть образцов, так и зазоры между терочными полосами.
Сборка в катодное приспособление осуществлялась путем соединения заготовки образца проводником с отрицательным полюсом источника стабилизированного постоянного тока.
Подготовку рабочей поверхности образцов, включающую обезжиривание и травление, проводили в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9.047-75.
Обезжиривание проводили в растворе, состоящем из компонентов со
следующим содержанием:
углекислого натрия (Ш2С03) 30 г/л
фосфорнокислого натрия (Ш2Р04) 30 г/л
гидроокиси натрия (Ш0Н) 30 г/л
2
в течение 3 мин при плотности тока 20 А/дм .
Для травления использовали концентрированный раствор серной кислоты (Н2804, 30%). Процесс проводили в течение 5 мин при плотности тока 10 А/дм2. После завершения подготовки рабочей поверхности осуществляли предварительное прикрепление зерна. С этой целью подготовленные пластины в составе катодного приспособления опускали в
ванну, заполненную электролитом состава:
сернокислый никель семиводный (№804 7Н20) 300г/л
хлористый никель шестиводный (№С12 6Н20) 30 г/л
борная кислота (Н2В03) 30 г/л
Поверх погруженной пластины на рабочую поверхность засыпали предварительно промытое в дистиллированной воде абразивное зерно определенной фракции. После этого в сеть катода подавалось питание с заданной плотностью тока величиной 1-2 А/дм2.
Список литературы:
1. Абразивные материалы и инструменты. Каталог-справочник. Под ред. Рыбакова В.А.-М.: НИИМАШ, 1975- 256 с.
2. А.с.№1629025(СССР). Покрытие для рабочих органов картофелечистки/ Опубл. БИ, №7, 1991
3. А.с.№1654382(СССР). Устройство для прикрепления зерен абразивного материала к инструменту/ Алексеев Г.В., Шохин А.Н. - Опубл. БИ, №21, 1991
