PL215914B1

PL215914B1 - Masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona (54) do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do przecinania oraz ściernic do szlifowania

Info

Publication number: PL215914B1
Application number: PL390049A
Authority: PL
Inventors: Robert Andre; Elżbieta Socha
Original assignee: Andre Robert Zaklad Wytwarzania Artykulow Sciernych Andre Abrasive Articles
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2014-02-28
Also published as: PL390049A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do przecinania oraz ściernic do szlifowania.

Znany jest sposób wytwarzania narzędzi ściernych ze spoiwem żywicznym służących do szlifowania i przecinania metali i innych materiałów. Najczęściej produkuje się je na prasach przez sprasowanie w formie pod ciśnieniem masy ściernej, o odpowiednio dobranym dla danego wyrobu składzie, i późniejsze utwardzenie tak uformowanych wyrobów w odpowiednio dobranym cyklu temperaturowym.

W skład znanych mas ściernych wchodzi materiał ścierny, najczęściej ziarno elektrokorundowe lub ziarno węglika krzemu, plastyfikator, spoiwo, na które składa się żywica oraz substancje zwane wypełniaczami, których zadaniem, najogólniej, jest polepszenie właściwości eksploatacyjnych gotowego wyrobu i/lub obniżenie jego kosztów produkcji.

Wypełniacze ze względu na rolę, jaką spełniają w narzędziach, podzielić możemy na:

(1) używane w celu zmniejszenia zużycia żywic;

(2) wpływające na cykl utwardzania termicznego żywic, poprzez wiązanie chemiczne produktów ubocznych, na przykład wody, powstających w procesie polikondensacji; oraz (3) wypełniacze aktywne, ulegające reakcjom chemicznym i przemianom fizycznym podczas pracy ściernicy, wywierając pozytywny wpływ na jej parametry eksploatacyjne.

Wypełniacze aktywne spełniają następujące funkcje [opis patentowy USA Nr 4381188]:

- (I) zmniejszają tarcie pomiędzy ziarnem ściernym i przedmiotem obrabianym oraz pomiędzy ziarnem ściernym i wiórami metalu, co oznacza, że wypełniacze i/lub ich produkty rozkładu muszą wykazywać właściwości smarów wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych; mogą one tworzyć film stopionej masy na powierzchniach w strefie tarcia, jak na przykład kriolit, lub film smaru stałego (grafit, siarczek molibdenu). Wtórne filmy mogą również tworzyć się w strefie tarcia, w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury, w wyniku reakcji chemicznych, które zachodzą pomiędzy substancjami uwolnionymi z wypełniacza i obrabianym metalem;

- (II) działają ochronnie w wyniku powstawania filmu ochronnego na powierzchni ziarna ściernego, przedmiocie obrabianym i wiórach; zapobiega to przylepianiu się wiórów do ziaren ściernych i obrabianego przedmiotu oraz zapobiega niszczeniu ziaren ściernych w wyniku procesów dyfuzyjnych, na przykład tworzenia się spinelu na ziarnie elektrokorundowym podczas ścierania stali.

- (III) obniżają temperaturę w strefie tarcia, w obszarze pomiędzy wiórami i ziarnem ściernym, w wyniku intensywnego pobierania ciepła przez substancje ulegające przemianom fazowym (topnieniu, parowaniu lub sublimacji) lub w wyniku zachodzącej endotermicznej reakcji substancji wypełniacza.

Wypełniacz jest tym bardziej aktywny, im niższa jest jego temperatura przejścia fazowego (temperatura topnienia, wrzenia, sublimacji, temperatura rozkładu). Ponadto, aktywność wypełniacza wzrasta, jeżeli w obszarze tarcia, podczas pracy ściernicy, uwalniają się wysoce aktywne pierwiastki lub związki chemiczne, jak na przykład chlor, chlorowodór, siarka dwutlenek siarki, itp. Szczególnie aktywnymi wypełniaczami są, między innymi, halogenki (chlorek ołowiu (ll), fluoryt, kriolit, itp.), chalkogenki (piryt, siarczek antymonu (lll), siarczek cynku (ll), siarczek molibdenu (IV), selenki, tellurki, itp.), metale niskotopliwe (ołów, cyna, itp.), smary wysokociśnieniowe (np. grafit). W praktyce, chlorek ołowiu (II) i siarczek antymonu (IlI) okazały się najlepszymi wypełniaczami dla ściernic ze spoiwem żywicznym, mając na względzie niską temperaturę w strefie pracy ściernicy i dobre własności eksploatacyjne.

Toksyczność wielu aktywnych wypełniaczy, wymogi ochrony środowiska i czynniki ekonomiczne są czynnikami, które przyczyniły się do zrezygnowania ze stosowania wielu z nich.

W patencie USA Nr 4236016) dla przykładu zaproponowano, w miejsce silnie toksycznych chlorku ołowiu (ll) i siarczku antymonu (lll), zastosowanie w narzędziach ściernych chlorożelazianów (ll, III) jako wypełniaczy aktywnych.

Wiele substancji wykorzystywanych, jako dobre aktywne wypełniacze, jest uciążliwych dla środowiska naturalnego, emitując do otoczenia szkodliwe substancje, na przykład dwutlenek siarki, dlatego dąży się do ich wyeliminowania lub ograniczenia ich zawartości w gotowych ściernicach. Przykładowo, piryt powszechnie stosowany w narzędziach ściernych ze spoiwem żywicznym, a zwłaszcza w ściernicach do przecinania, jest uciążliwy dla środowiska, ponieważ podczas pracy ściernicy z jego udziałem emitowane są do otoczenia związki siarki.

W patencie USA Nr 4475926 ujawniono wykorzystanie dodatku siarczanu potasu jako wypełniacza aktywnego, przez co zwiększa się efektywność działania kompozycji wypełniaczy, a zarazem ilość pirytu, wchodzącego w skład kompozycji wypełniaczy, może zostać zmniejszona nawet o połowę.

PL 215 914 B1

Masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do przecinania według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera 50-54% objętościowych elektrokorundowego ziarna ściernego oraz 32-37% objętościowych spoiwa, przy czym spoiwo zawiera 18-24% objętościowych ciekłej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, 51-55% objętościowych sproszkowanej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu nowolakowego oraz jako wypełniacze aktywne 4-8% objętościowych sproszkowanego pirytu, 1-4% objętościowych sproszkowanej czerwieni żelazowej, 3-7% objętościowych sproszkowanego litoponu, 2-5% objętościowych sproszkowanego calfixu, 4-7% objętościowych sproszkowanego żużla pomiedziowego, 0,5-3% objętościowych sproszkowanej sadzy i 0,5-5% objętościowych, korzystnie 1-4% objętościowych sproszkowanego naturalnego lub syntetycznego zeolitu w postaci uwodnionej o wielkości ziarna poniżej 71 μm, korzystnie poniżej 45 μm.

Masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do szlifowania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera 50-54% objętościowych elektrokorundowego ziarna ściernego oraz 28-34% objętościowych spoiwa, przy czym spoiwo zawiera 18-24% objętościowych ciekłej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, 54-62% objętościowych sproszkowanej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu nowolakowego oraz jako wypełniacze aktywne 7-10% objętościowych sproszkowanego fluoroglinianu potasu, 7-10% objętościowych sproszkowanego barytu, 0,5-2% objętościowych sproszkowanej sadzy i 0,5-5% objętościowych, korzystnie 1-4% objętościowych sproszkowanego naturalnego lub syntetycznego zeolitu w postaci uwodnionej o wielkości ziarna poniżej 71 μm, korzystnie poniżej 45 μm.

Zaletą masy ściernej według wynalazku jest zastąpienie części wypełniaczy masy ściernej, które w gotowym wyrobie podczas jego pracy emitują do otoczenia szkodliwe substancje, przez substancje bezpieczne dla środowiska naturalnego, dodatek których do masy ściernej w procesie formowania tych wyrobów, co najmniej nie pogarsza właściwości eksploatacyjnych wyrobów lub je polepsza.

Zaletą wynalazku jest też zmniejszenie zawartości związków siarki, żelaza i halogenków, w kompozycji wypełniaczy w masie ściernej ze spoiwem żywicznym fenolowo-formaldehydowym z ziarnem elektrokorundowym, przez zastąpienie części związków siarki, żelaza i halogenków przez substancje mineralne, obojętne dla środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku opisany jest poniżej w przykładach wykonania masy ściernej według wynalazku, przy czym przykłady 1-4 dotyczą masy ściernej do wytwarzania ściernic do przecinania, zaś przykłady 5-6 dotyczą masy ściernej do wytwarzania ściernic do szlifowania. Przykłady opisują także sposób wytwarzania ściernic z mas ściernych według wynalazku oraz przedstawiają wyniki badań eksploatacyjnych ściernic wytworzonych z masy ściernej według wynalazku. Dla celów porównawczych oraz w celu przedstawienia zalet masy ściernej według wynalazku przykłady 1 i 5 dotyczą masy ściernej bez zawartości zeolitu.

P r z y k ł a d 1

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 24 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 35% objętościowych zawierające żywicę fenolowoformaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,04% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach: żywica fenolowo-formaldehydowa sproszkowana typu nowolakowego - 53,96% objętościowych, piryt 6% objętościowych, czerwień żelazowa 2% objętościowych, litopon 5% objętościowych, calfix 4% objętościowych, żużel pomiedziowy 6% objętościowych; sadza 1% objętościowych.

W celu wytworzenia ściernic do przecinania komponenty spoiwa mieszano razem, dodawano na zwilżone żywicą ciekłą ziarno i mieszano, aż do uzyskania homogenicznej mieszanki. Tak przygotowaną masę ścierną sezonowano 24h w temperaturze 10°C. Następnie uformowano ściernice do przecinania typu 42 o charakterystyce 95A24RBF, wymiarach 230x3x22,2 mm o konstrukcji: tuleja wzmacniająca otwór - etykieta - siatka wzmacniająca z włókna szklanego impregnowana żywicą masa ścierna - siatka wzmacniająca z włókna szklanego impregnowana żywicą. Uformowane ściernice utwardzano przez 14h w temperaturze180°C.

Utwardzone ściernice poddano szczegółowej kontroli jakości pod względem parametrów geometrycznych i wytrzymałościowych.

Następnie ściernice poddano badaniom eksploatacyjnym na dwóch stanowiskach badawczych uzyskując następujące wyniki:

- dwadzieścia przecięć na pręcie ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr//min - względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf określono w celach porównawczych

PL 215 914 B1 jako 100%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - dobry, zaobserwowane przypalenia na poziomie - 30% powierzchni obrabianej;

- dwadzieścia przecięć dwuteownika ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr/min - względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf określono w celach porównawczych jako 100%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - dobry, zaobserwowane przypalenia na poziomie - 25% powierzchni obrabianej.

P r z y k ł a d 2

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 24 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 35% objętościowych zawierające żywicę fenolowo-formaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,04% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach: żywica fenolowo-formaldehydowa sproszkowana typu nowolakowego 53,96% objętościowych, piryt 5% objętościowych, czerwień żelazowa 2% objętościowych, litopon 5% objętościowych, calfix 4% objętościowych, żużel pomiedziowy 6% objętościowych, sadza 1,0% objętościowych; zeolit 1,0% objętościowych.

W celu wytworzenia ściernic do przecinania wykonano czynności zgodnie z opisem w Przykładzie 1.

- dwadzieścia przecięć na pręcie ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr/min - względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 105%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki

- bardzo dobry, zaobserwowane przypalenia o 30-40% mniejsze niż w Przykładzie 1;

- dwadzieścia przecięć dwuteownika ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr/min - względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 118%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry, zaobserwowane przypalenia na poziomie - 35% powierzchni obrabianej.

Zawartość siarki w masie ściernej w tym przykładzie w stosunku do zawartości siarki w recepturze z Przykładu 1 jest obniżona o 16,2% wagowych, zaś zawartość żelaza jest obniżona o 16,2% wagowych.

P r z y k ł a d 3

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 24 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 35% objętościowych zawierające żywicę fenolowo-formaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,04% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach: żywica fenolowo-formaldehydowa sproszkowana typu nowolakowego 53,96% objętościowych; piryt 4% objętościowych, czerwień żelazowa 2% objętościowych, litopon 5% objętościowych, calfix 4% objętościowych, żużel pomiedziowy 6% objętościowych; sadza 1% objętościowych; zeolit 2% objętościowych.

- dwadzieścia przecięć na pręcie ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr//min, względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 109%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki

- najlepszy spośród przedstawionych przykładów, zaobserwowane przypalenia o 50-80% mniejsze niż w Przykładzie 1;

- dwadzieścia przecięć dwuteownika ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr/min, względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 118%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry, zaobserwowane przypalenia na poziomie - 4,5% powierzchni obrabianej.

Zawartość siarki w masie ściernej w tym przykładzie w stosunku do zawartości siarki w recepturze z Przykładu 1 jest obniżona o 33,05% wagowych, zaś zawartość żelaza jest obniżona o 33,05% wagowych.

P r z y k ł a d 4

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 24 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 35% objętościowych zawierające żywicę fenolowo-formaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,04% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach; żywica fenolowo-formaldehydowa sproszkowana typu nowolakowego 53,96% objętościowych; piryt 3% objętościowych, czerwień żelazowa 2% objętościowych, litopon 5% objętościowych,

PL 215 914 B1 calfix 4% objętościowych, żużel pomiedziowy 6% objętościowych; sadza 1% objętościowych; zeolit 3% objętościowych.

- dwadzieścia przecięć na pręcie ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr//min, względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 117%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry, zaobserwowane przypalenia o 50-60% mniejsze niż w Przykładzie 1;

- dwadzieścia przecięć dwuteownika ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 6500 obr/min, względny współczynnik wydajności pracy ściernicy kf - 110,5%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - dobry, zaobserwowane przypalenia na poziomie - 7-8% powierzchni obrabianej.

Zawartość siarki w masie ściernej w tym przykładzie w stosunku do zawartości siarki w recepturze z Przykładu 1 została obniżona o 49,57% wagowych, zaś zawartość żelaza została obniżona o 49,57% wagowych.

P r z y k ł a d 5

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 30 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 30% objętościowych zawierające żywicę fenolowo-formaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,68% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach: żywica sproszkowana fenolowo-formaldehydowa typu nowolakowego 58,32% objętościowych; fluoroglinian potasu 9%, baryt 9% objętościowych, sadza 1% objętościowych.

W celu wytworzenia ściernic do szlifowania komponenty spoiwa mieszano razem, dodawano na zwilżone żywicą ciekłą ziarno i mieszano, aż do uzyskania homogenicznej mieszanki. Tak przygotowaną masę ścierną sezonowano 24h w temperaturze 10°C. Następnie uformowano ściernice typu 27 o charakterystyce 95A30QBF do szlifowania o wymiarach 125x6x22,2 mm o konstrukcji: tuleja wzmacniająca - siatka wzmacniająca z włókna szklanego impregnowana żywicą - masa ścierna - siatka wzmacniająca z włókna szklanego impregnowana żywicą - masa ścierna - siatka wzmacniająca z włókna szklanego impregnowana żywicą - etykieta - tuleja. Uformowane ściernice utwardzano przez 14h w temperaturze 180°C.

- szlifowanie przez dziesięć minut płyty ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 11000 obr/min, względny współczynnik wydajności masowej ściernicy kg wykonanej według opisanego schematu określono w celach porównawczych jako 100%, względny współczynnik wydajności czasowej kt ściernicy wykonanej według opisanego schematu określono w celach porównawczych jako 100%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry;

- szlifowanie przez dziesięć minut rury o średnicy 0 159x4,5 z materiału oznaczonego R-35 przecinarką ręczną pracującą z prędkością 11000 obr/min

- względny współczynnik wydajności masowej kg ściernicy wykonanej według opisanego schematu określono w celach porównawczych jako 100%, względny współczynnik wydajności czasowej kt ściernicy wykonanej według opisanego schematu określono w celach porównawczych jako 100%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry.

P r z y k ł a d 6

Przygotowano masę ścierną zawierającą elektrokorundowe ziarno ścierne 95A nr 30 w ilości 52% objętościowych, spoiwo w ilości 30% objętościowych zawierające żywicę fenolowoformaldehydową ciekłą typu rezolowego w ilości 22,68% objętościowych oraz żywicę i wypełniacze w postaci sproszkowanej w ilościach: żywica sproszkowana typu nowolakowego 58,32% objętościowych; fluoroglinian potasu 7% objętościowych, baryt 9% objętościowych, sadza 1% objętościowych; zeolit 2% objętościowych.

Z masy ściernej o tym składzie wytworzono ściernice do szlifowania wykonując czynności analogiczne jak w Przykładzie 5.

PL 215 914 B1

- szlifowanie przez dziesięć minut płyty ze stali St3S przecinarką ręczną pracującą z prędkością 11000 obr/min, względny współczynnik wydajności masowej ściernicy kg - 101%, względny współczynnik wydajności czasowej ściernicy kt - 103%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry.

- szlifowanie przez dziesięć minut rury o średnicy 0 159x4,5 z materiału oznaczonego R-35 przecinarką ręczną pracującą z prędkością 11000 obr/min, względny współczynnik wydajności masowej kg ściernicy - 110%, względny współczynnik wydajności czasowej kt ściernicy 100%, komfort pracy ściernicy oceniony przez operatora przecinarki - bardzo dobry.

Zawartość fluoru w masie ściernej w tym przykładzie w stosunku do zawartości fluoru w recepturze z Przykładu 5 została obniżona o 22,26% wagowych.

Claims

1. Masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do przecinania, znamienna tym, że zawiera 50-54% objętościowych elektrokorundowego ziarna ściernego oraz 32-37% objętościowych spoiwa, przy czym spoiwo zawiera 18-24% objętościowych ciekłej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, 51-55% objętościowych sproszkowanej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu nowolakowego oraz jako wypełniacze aktywne 4-8% objętościowych sproszkowanego pirytu, 1-4% objętościowych sproszkowanej czerwieni żelazowej, 3-7% objętościowych sproszkowanego litoponu, 2-5% objętościowych sproszkowanego calfixu, 4-7% objętościowych sproszkowanego żużla pomiedziowego, 0,5-3% objętościowych sproszkowanej sadzy i 0,5 - 5% objętościowych, korzystnie 1-4% objętościowych sproszkowanego naturalnego lub syntetycznego zeolitu w postaci uwodnionej o wielkości ziarna poniżej 71 μm, korzystnie poniżej 45 μm.

2. Masa ścierna zawierająca ziarno ścierne i spoiwo żywiczne, przeznaczona do wytwarzania narzędzi ściernych zwłaszcza ściernic do szlifowania, znamienna tym, że zawiera 50-54% objętościowych elektrokorundowego ziarna ściernego oraz 28-34% objętościowych spoiwa, przy czym spoiwo zawiera 18-24% objętościowych ciekłej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, 54-62% objętościowych sproszkowanej żywicy fenolowo-formaldehydowej typu nowolakowego oraz jako wypełniacze aktywne 7-10% objętościowych sproszkowanego fluoroglinianu potasu, 7-10% objętościowych sproszkowanego barytu, 0,5-2% objętościowych sproszkowanej sadzy i 0,5-5% objętościowych, korzystnie 1-4% objętościowych sproszkowanego naturalnego lub syntetycznego zeolitu w postaci uwodnionej o wielkości ziarna poniżej 71 μm, korzystnie poniżej 45 μm.