СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ И ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ [14]
В работе [15] перечислены факторы, существенно влияющие на свойства шлифовальных кругов:
Тип абразива, форма и размеры абразивных зерен (от 3 мм до 20 мкм);
Тип связующего;
Структура шлифовального круга;
Твердость шлифовального круга, зависящая от типа связующего, и, следовательно, адгезии к абразивным зернам.
Шлифовальные круги на синтетических связующих в отличие от керамических гораздо менее чувствительны й изменениям давления, температуры и к ударным нагрузкам. Важным их свойством является повышенная твердость, что объясняется сопротивлением связующего выкрашиванию зерен из поверхностного слоя в процессе шлифования. Улучшенные прочностные показатели обеспечивают более высокую производительность шлифовальных кругов при повышенных скоростях вращения. Тошше круги в качестве отрезных дисков при Окружной скорости до 80 м/с могут использоваться для пропиливания и разрезания металлов и неметаллов.
Сырье
Из-за высоких, требований в отношении твердости, вязкости, режущей способности шлифовального инструмента в настоящее время получили широкое применение синтетические абразивы, в частности электрокорунд (А1203), карборунд (БЮ), а в особых случаях — алмазы и карбид бора (В4С).
Связующие необходимы для фиксирования абразивных зерен в структуре режущего материала. К наиболее экономичным и легко перерабатываемым связующим относятся фенольные смолы. Применение находят парошкообразные новолаки и жидкие резольные смолы. Предпочтение отдается немодифицированным смолам* При изготовлении шлифовальных кругов на основе вулканизованной фибры используют преимущественно смолы умеренной реакционной способности с высоким содержанием сухого остатка, тогда как для шлифовальных бумаг и абразивных шкурок подходят высокореакционноспособные смолы [16].
С целью повышения прочности при комнатной температуре в связующее добавляют термопластичные материалы, например полиамиды, полиэфиры, полиакрилонитрил, поливинилацетали. Так, при изготовлении плоских абразивных изделий используют композицию, состоящую, из полиамидов, растворимых в спирте, и фенольных смол, полученных конденсацией в щелочной среде при соотношении компонентов в смесд от 19 : 1 до 1 : 4 [17].
В производстве водостойких абразивных инструментов с улучшенными механическими свойствами к твердой смоле добавляют каменноугольный пек, обладающий высокой реакционной способностью по отношению к формальдегиду [18]. Для этой цели также пригодны активированные воздухом продукты перегонки каменноугольной смолы, кубовые остатки перегонки сырого фенола или остатков после экстракции нефти.
К новолакам, полученным кислой поликонденсацией фенола с формальдегидом при мольном соотношении 1:1, можно добавлять
До 20% (масс.) продуктов, полученных из каменноугольного дегтя после алкилирования его бензолом и последующей отгонки алкилбензола. Алкилированные дегти состоят из смеси высокоал - килированных соединений бензола и конденсированных соединений фенола, таких, как дифенил. Набухаемость и водопогло - щение бумаги, идущей на изготовление слоистых пластиков, после пропитки модифицированными смолами лучше, чем после пропитки немодифицированными [19].
В качестве сырья для получения шлифовальных кругов могут использоваться фенолокрезольные и фенолофурфурольные смолы.
Порошкообразные смолы, как правило, содержат уротропин. Чем больше содержание уротропина, тем тверже шлифовальные круги. Из фенольных смол с меньшим содержанием уротропина изготовляют шлифовальные круги, отличающиеся повышенной стойкостью к охлаждающим жидкостям.
Перед смешением со смолой (порошкообразной) абразивные зерна можно смачивать фурфуролом (или смесью фурфурола и крезола в соотношении 80 : 20). Соотношение компонетов в смеси зависит от размера абразивных зерен. Абразивные зерна и смачивающий агент хорошо перемешивают в смесителе. После добавления смолы и хорошей гомогенизации массу формуют вручную. Соотношение смачивающего агента и порошка смолы должно быть таким, чтобы после перемешивания порошок не мог отсеиваться. Полученную смесь затем прессуют без нагревания под давлением около 150 кгс/см2, после чего помещают в нагревательную печь для отверждения (бакелизации).
Во избежание вздутия массы температуру бакелизации следует повышать постепенно. Диски толщиной до 15 мм отверждают ло такому режиму: 3 ч при 80 °С, 4 ч при 90 °С, 3 ч при 100 °С, 3 ч при 110 °С, 1 ч при 120 °С, 1 ч при 140 °С, 1 ч при 160 °С,
1 Ч при 180 °С и 4 ч при 180—190 °С. Далее их медленно охлаждают вместе с печью [15].
Для повышения прочности при разрыве и ударной вязкости абразивные круги армируют стеклотканью, которую предварительно пропитывают фенольной смолой с целью улучшения адгезии. В последнее время используют также модифицированные эпоксидами фенольные смолы, поскольку они обладают высокой адгезией к стеклянному волокну.
В производстве дисковых тормозов, эксплуатируемых при кратковременных высокотемпературных нагрузках, пригодными оказались модифицированные фенольные смолы на основе фенилбо - рата.
Для снижения хрупкости смолы модифицируют высыхающими маслами (касторовым, маслом скорлупы ореха кэшью), а для повышения эластичности — пербунаном.
С целью повышения прочности и влагостойкости тормозных и фрикционных материалов используют подложки — обычные асбестовые ткани или ткани с вплетенной металлической прово-
Локой, нетканые прослойки из коротковолокнистого асбеста (хризотила), иногда металлы (в виде нитей, проволоки, вплетенной в тканое полотно, металловаты, спрессованных волокон и т. д.). |3| В качестве наполнителей для абразивных и тормозных материалов находят применение барит, каолин, сланцевая мука, окислы Ре, Си, А1, криолит, асбестовая мука, мел, пирит и др., способствующие улучшению теплостойкости инструмента, повышению прочности при изгибе и предотвращающие образование пузырьков и усадочных раковин.
В производстве шлифовальных кругов (дисков),на основе синтетических смол абразивный порошок смешивают в смесителе сначала с жидкой, а затем с порошкообразной смолой и с наполнителями. При этом образуется влажная клейкая масса, которая утрачивает клейкость после выдержки на воздухе в течение 1—2 ч. Абразивные материалы обрабатывают водным раствором жидкой смолы требуемых концентрации и вязкости. Смолы, применяемые в производстве фибровых дисков, обычно растворяют в спирте- ректификате, поскольку последний при последующей сушке легко улетучивается.
Подготовленную для переработки массу прессуют при комнатной температуре в полуфабрикаты. Неотвержденные смолы чувствительны к изменениям температуры и влажности, поэтому температура в помещении и относительная влажность воздуха при изготовлении шлифовальных инструментов играют важную роль. Порошкообразная смола, находясь в смеси с жидкой смолой, начинает плавиться уже при температурах ниже 80 °С. Поэтому температуру в печи после загрузки полуфабрикатов быстро доводят до 80—85 °С с тем, чтобы вокруг абразивных зерен образовалась равномерная пленка связующего. Последующее повышение температуры до 100 °С должно происходить медленно, что является важным условием постепенного перехода смолы (с удалением воды или растворителя) в твердое состояние. При 100—120 °С начинается непосредственное отверждение. Охлаждение материала до - 50 °С производится также медленно во избежание возможной деформации. Набухания охлажденных изделий при их выдержке в ацетоне при 20 °С в течение 1 ч не наблюдается. Новолачные смолы, как правило, отверждаются уротропином. О степени отверждения смолы судят по ее растворимости в бутаноне в течение 2 мин (рис. 9.1). Вид кривой 1 свидетельствует о том, что степень отверждения чистой смолы в период бакелизации при 35 и 50 °С не изменяется, но потом, через 40 мин при 100 °С происходит дальнейшее отверждение. При добавлении к смоле 10% уротропина отверждение начинается уже при 50 °С и быстро прогрессирует спустя несколько минут при 100 °С. Помимо уротропина можно использовать и другие отвердители.
При изготовлении абразивного инструмента, работающего под особенно большими нагрузками, адгезию синтетической смолы к абразивным зернам можно улучшить, предварительно покрывая зерна силиконами. Для этой цели подходят мономерные силаны, содержащие аминогруппы. Они хорошо растворимы в воде, и их легко наносить на абразивные зерна. Их можно также добавлять
Время, пан -59° С*--------- ШТ- |
-л°с- |
Рис. 9.1. Изменение растворимости чистой фенольной смолы (1) и с 10% уротропина (2) в бутаноне в течение
2 мин.
К смоле в количестве до^%. Использование подобных соединений позволяет значительно увеличить срок службы абразивного инструмента.
Изготовление абразивных инструментов
Гибкие шлифовальные круги и отрезные доски изготавливают следующим образом. На подложку (в основном — тонкая бумага) наносят жидкий фенольный резол и посыпают корундом. Подготовленные таким’путем полотна или полуфабрикаты подвергают форкойденсации при 90—95 °С (можно с помощью инфракрасных ламп) и получают твердую (после охлаждения) смолу. В случае применения раствора смолы в метаноле температуру снижают до 65 °С. Содержание смолы в пропитанном и высушенном полотне должно составлять 20—35%.
Из высушенного полотна вырезают круглые диски соответствующих размеров, набирают в пакеты и прессуют при температурах 140—180 °С и давлении 150—250 кгс/см2. Продолжительность прессования складывается из основного времени, равного 2 мин, и дополнительного времени из расчета 1 мин на 1 мм толщины пакета.
В производстве шлифовальных кругов, работающих при высокой частоте вращения, применяют подложки из высококачественных тканей (хлопчатобумажные, стеклоткани, металлоткани, полиамидные ткани), а также из специального бумажного полотна с целью повышения прочности при растяжении. Особенно хорошо зарекомендовали себя стеклоткани, предварительно пропитанные фенольной смолой.
Продолжительность прессования существенно зависит от того, как была проведена форконденсация резола. При соблюдении режима форконденсации шлифовальные круги (диски) бакели- зуются в течение 3—5 ч. Окончательное отверждение происходит без давления при 120 °С.
Тарельчатые шлифовальные круги, армированные тканями, прессуют в этажщдх прессах при нагревании. При поточном производстве обычно смешивают композицию из смолы и наполнителя с абразивным порошком. Полученную смесь с послойно заложенными полотнами ткани подвергают предварительному холодному прессованию. В качестве иллюстрации на дис. 9.2 показана зави-
100 |
50 |
0,5 1 1,5 Продолжительность бакелизации., пин |
Рис. 9.2. Зависимость стойкости бумажной шкурки при шлифовании от продолжительности бакелизации инфракрасными лучами (абразив — карбид кремния № 16, связующее — фенольная смола, температура поверхности 250 °С).
Симость стойкости бумажной шкурки при шлифовании от продолжительности бакелизации инфракрасными лучами.
В качестве подложки применяют также вулканизованную фибру толщиной 0,5—0,8 мм. Смолу наносят в два этапа. На первом, необходимом для связывания абразивного порошка, наносят фенольный резол высокой вязкости, иногда смешанный с наполнителем. В дисках может содержаться до 40% мела и некоторое количество редоксайда. Расход смолы равен 100—400 г/м2.
Предварительное отверждение в зависимости от толщины наносимого слоя длится 0,5—1 ч при 90 °С, 1—2 ч при 90—95 °С,
0, 5—1 ч при 120 °С. Быстрое повышение тепмературы недопустимо из-за образования пузырьков. После предварительного отверждения проводят последующую обработку смолой средней вязкости. Полное отверждение происходит при повышений температуры до 120—125 °С в течение 90 мин и последующей выдержке при этой температуре в течение 2 ч. После пребывания во влажной среде к отвержденным фибровым дискам возвращается первоначальная эластичность. Для придания дополнительной щбкрстй дискам их слегка изгибают на вальцах.