Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов
Доказана возможность использования фторсодержащего и нефторированного аморфнокристаллических линейных полиолефинов с низкой поверхностной энергией в качестве полимерной матрицы для создания эффективных алмазных инструментов. Доведена можливість використання фторвмісних і нефторірованних аморфно-крис...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63285 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов / Е.Ю. Шиц // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 468-471. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859468414044602368 |
|---|---|
| author | Шиц, Е.Ю. |
| author_facet | Шиц, Е.Ю. |
| citation_txt | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов / Е.Ю. Шиц // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 468-471. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Доказана возможность использования фторсодержащего и нефторированного аморфнокристаллических линейных полиолефинов с низкой поверхностной энергией в качестве полимерной матрицы для создания эффективных алмазных инструментов.
Доведена можливість використання фторвмісних і нефторірованних аморфно-кристалічних лінійних поліолефінів з низькою поверхневою енергією в якості полімерної матриці для створення ефективних алмазних інструментів.
Employment possibility of fluorated and nofluoreted amorphous –crystalline liner polyolefins with low surface energy as polymer matrix for efficient dimond instruments developments is proved.
|
| first_indexed | 2025-11-24T08:03:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
468
3. Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф. Влияние электронно-импульсного облучения на микрострукту-
ру поверхностного слоя металлокерамического сплава // Металловедение и термическая об-
работка металлов. – 2008. – № 7(637). – С. 48–52.
4. Electron-beam treatment of Tungsten-free TiC/NiCr. Cermet II: Structural Transformation in the
Subsurface Layer / Yu Baohai, V. E. Ovcharenko, S. G. Psakhie, O. V Lapshin // Journ. Mater. Sci.
& Technol.– 2006. – V. 22. – N 4. – P. 511–513.
5. Овчаренко В.Е., Моховиков А.А., Ласуков А.А. Влияние электронно-пучкового облучения на
стойкость металлокерамических пластин при резании металла // Обработка металлов. – 2008.
– № 2(39).– С. 23–24.
6. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машинострое-
ние, 1968. – 156 с.
Поступила 06.06.11
УДК 621.891
Е. Ю. Шиц, канд. техн. наук
Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск, РФ
ШЛИФОВАЛЬНЫЙ АЛМАЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ НА ОСНОВЕ
МОДИФИЦИРОВАННОГО ФТОРИРОВАННОГО И НЕФТОРИРОВАННОГО
ПОЛИОЛЕФИНОВ
Доказана возможность использования фторсодержащего и нефторированного аморфно-
кристаллических линейных полиолефинов с низкой поверхностной энергией в качестве полимерной
матрицы для создания эффективных алмазных инструментов.
Ключевые слова: политетрафторэтилен (ПТФЭ), сверхвысокомолекулярный полиэтилен
(СВМПЭ), порошки природных алмазов (ППА), композиционный алмазосодержащий материал,
структура композитов, самозатачивание, работоспособность.
Применение современных материалов в авиационной, космической и других отраслях точно-
го машиностроения, а также при создании сложных приборов, надежного технологического оборудо-
вания тесно связано с использованием высокопроизводительного и ресурсосберегающего обрабаты-
вающего инструмента.
Выпуск инструментов на органической основе составляет около 60 % общего объема произво-
димых абразивных изделий. Так, многолетний опыт их промышленной эксплуатации свидетельствует,
что инструмент на основе полимеров обладает как шлифующей, так и полирующей способностью.
Однако несмотря на известные достоинства серийных композитов, содержащих традицион-
ные и сверхтвердые искусственные абразивы, в силу дефектности граничного слоя полимера вблизи
поверхности твердой фазы, характеризующейся незавершенностью химического сшивания макромо-
лекул, приводит к снижению износостойкости материала и потере работоспособности инструмента.
Кроме того предъявляемые к полимерматричным основам требования, такие как: высокие прочность,
износо-, термо-, химическая стойкость, низкий и стабильный коэффициент трения, минимальная
экологическая напряженность технологии производства, физиологическая безвредность и экономич-
ность как при переработке, так и при эксплуатации лимитируют прогресс создания новых эффектив-
ных шлифовальных материалов.
Тем не менее, в области создания абразивных материалов практически не востребованными
остаются аморфно-кристаллические линейные полиолефины с весьма ценным сочетанием свойств и
уникальными антифрикционными и антиадгезионными характеристиками, что положительно с пози-
ции технологических возможностей шлифования, однако отрицательно для формирования износо-
стойкого и долговечного композита.
Таким образом, цель настоящей работы – создать и исследовать новые износостойкие компо-
зиционные алмазосодержащие полимерные материалы на основе полиолефинов и порошков природ-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
469
ных технических алмазов для применения в абразивных инструментах, повышающих эффективность
шлифования различных материалов.
В области создания инструментальных материалов принципиально новыми полимерами, про-
мышленный выпуск которых хорошо освоен, являются политетрафторэтилен (ПТФЭ) и сверхвысокомо-
лекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Уникальная совокупность свойств и характеристик, таких как: низкий
коэффициент трения, широкий рабочий интервал температур эксплуатации, стойкость к большинству
агрессивных сред, нетоксичность и экологичность при изготовлении и эксплуатации, высокие твердость,
ударопрочность и износостойкость СВМПЭ, термостойкость, доказанная возможность в сотни раз повы-
сить твердость, износостойкость, физическую модификации – ПТФЭ, позволяет считать эти полимеры
перспективными в качестве основы материалов инструментального назначения [1, 2].
От условий получения и переработки алмазосодержащего композита напрямую зависит каче-
ство создаваемого инструмента. В процечче исследований отработали технические детали индивиду-
альных технологических процессов, тем самым впервые осуществили переработку алмазосодержа-
щих композитов на основе полиолефинов (ПТФЭ и СВМПЭ), отличающихся отсутствием вязкотеку-
чего состояния [3]. Таким образом, адаптированные процессы горячего прессования в ускоренном
режиме, а также холодного с последующим свободным спеканием и разработанные специальные, для
переработки термопластов, содержащих наполнитель с непревзойденной абразивной способностью,
пресс-формы позволили изготовить качественный инструмент с точными (усадкой не более 4%) гео-
метрическими параметрами, в различных видах: диски, кольца, таблетки, цилиндры, номенклатура,
типы и размеры которых соответствуют, серийно выпускаемому [4].
Эксплуатационные характеристики абразивного инструмента определяются при прочих равных
условиях структурой матрицы. Впервые установили, что твердый дисперсный кристаллический мине-
ральный наполнитель вызывает изменения в аморфно-кристаллической полиолефиновой основе являю-
щиеся следствием поверхностных эффектов и обычных адгезионных взаимодействий, реализуемых по
границе раздела фаз [5, 6]. Таким образом, для полной реализации функционального назначения компо-
зитов с отсутствием между абразивом и полимером-основой связей химического типа требуется тщатель-
ное определение рациональной зернистости и концентрации наполнителя. Установили, что в зависимо-
сти от состава, технологических условий получения композитов полиолефины формируют различные
структурные типы – от ленточной до сферолитной, а отсутствие между полиолефинами и порошками
природных алмазов адгезионных связей химического типа и как следствие механический охват алмазных
зерен полимером компенсируются равномерной с плотностью, близкой к аддитивной, структурой компо-
зита, формируемой температурно-силовыми параметрами процессов переработки [5, 6].
Также оценивали работоспособность природных шлифпорошков для инструмента на основе
фторированного и нефторированного полиолефинов [7].
Чем более высокий ресурс работы абразивных зерен, тем более износостойкой должна быть
основа. В результате исследований [6] установлили, что введение алмазных частиц не приводит к
образованию в ПТФЭ кинетически более выгодных прочных структур типа сферолитов, поэтому на
основе анализа современных методов модификации для повышения износостойкости системы, со-
держащей полимерную основу и алмазный порошок, а также для повышения работоспособности ин-
струмента выбрали два пути. Первый – использование ультрадисперсных наполнителей неорганиче-
ской природы, которые, являясь искусственными зародышами структурообразования, в процессе
кристаллизации ПТФЭ инициируют сферолитообразование; второй – применение модификатора ор-
ганической природы для повышения прочности переходных слоев на границе раздела фаз полимер–
наполнитель в сочетании с УДН, т. е. так называемого комплексного наполнителя (КН).
Установили, что при введении КН улучшаются не только прочностные характеристики алма-
зосодержащего композита, но и значительно улучшает триботехнические показатели материала
(табл. 1). Таким образом, модифицированный алмазный инструмент обладает в 1,5–3 раза более вы-
сокой износостойкостью и более низким (в 1,2–1,3 раза) коэффициентом трения при лучшем качестве
обрабатываемых поверхностей различной физической природы.
Показатели износа чистого СВМПЭ высоки сами по себе, кроме того, по сравнению с лучшим
алмазосодержащим составом на основе ПТФЭ он имеет в 4 раза меньший износ по стали (табл. 1),
поэтому модификация полимера, в целях дополнительного повышения триботехнических показате-
лей не являла на этом этапе исследований целесообразной.
Таким образом, разработаны и доведены до практического использования композиционные
алмазосодержащие материалы на основе ПТФЭ и СВМПЭ. Результаты исследований и разработан-
ный инструмент внедрены на предприятиях Республики Саха (Якутия). Оригинальность разработок
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
470
подтверждена актами внедрения и патентами РФ [8, 9]. Разработки представлены на постоянно дей-
ствующей выставке СО РАН (г. Новосибирск), в ГУП «Государственное хранилище ценностей Рес-
публики Саха (Якутия)», сведения о композиционных алмазосодержащих материалах для абразивно-
го инструмента включены в электронный сборник разработок СО РАН:
(http:/www.sbras.nsc.ru/dvlp/rus/index.htm).
Таблица 1. Триботехнические свойства алмазосодержащих композиций на основе ПТФЭ и
СВМПЭ
Состав Износ при
обработке
стали, мг
Износ при
обработке
минерала,
мг
Шероховатость
обработанной
поверхности
стали, мкм
Шероховатость
обработанной
поверхности
минерала, мкм
Коэф.
трения
(по стали)
ППА-ПТФЭ 14,0 5,0 0,42 0,5 0,42
ППА – ПТФЭ –
Модификаторы (КН) 8,5 1,5 0,36 0,4 0,36
ППА – СВМПЭ 2,0 3,5 0,40 0,27 0,42
Из изложенного следует, что потенциальные возможности органических матриц при создании ал-
мазоабразивных материалов не исчерпаны. Так, разработаны эффективные алмазосодержащие материалы
инженерно-технического назначения на основе полиолефинов, для применения в промышленности при
обработке различных материалов. Для спектра разработанных инструментов приемлемы следующие виды
шлифования: круглого наружного и внутреннего, плоского периферией и торцом круга, бесцентрового,
профильного, резьбо- и зубошлифования в целях удаления дефектного слоя после литья или штамповки при
так называемой подготовке поверхности к окончательной обработке, а также шлифования-копирования со
снятием тонких слоев обрабатываемого материала и получением деталей высокой точности.
Установлено, что инструмент обеспечивает шероховатость всех типов обрабатываемых материа-
лов в диапазоне 0,3–0,7 мкм. Дефекты в виде шлифовочных прижогов и трещин на поверхностях обраба-
тываемых материалов, характерные для такого рода процессов, отсутствуют даже в условиях сухого не-
прерывного трения стали (5 мин), когда максимальная температура в зоне контакта у алмазосодержащего
ПТФЭ составляет 90 °С, у СВМПЭ – 118°С. В целях исключения перегревания материалов и потери ра-
ботоспособности целесообразно использовать инструменты на полиолефиновой основе совместно с
СОЖ, так как безупречная химическая стойкость ПТФЭ и СВМПЭ, а также алмазного наполнителя не
приводит к существенной потере долговечности испытуемых инструментальных материалов, а темпера-
тура контакта с обрабатываемой деталью не превышает 28 °С для ПТФЭ, для СВМПЭ – 30 °С.
Удельной расход алмазов для разработанных инструментов составляет 20 – 24 мг/см3, произ-
водительность обработки – 0,01–0,025 см3/мин.
Результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний показали, что технический эф-
фект от применения алмазного инструмента на полиолефиновой основе обеспечивается его износостой-
костью и долговечностью, наличием развитого рабочего профиля и эксплуатационной стабильностью,
совместимостью со смазочно-охлаждающими жидкостями (водные, щелочные и кислые среды), качест-
вом и точными размерами, а также физиологической безвредностью в процессе работы инструмента.
Выводы
В целях создания новых шлифовальных инструментов для производительной, качественной и
экономичной обработки физически различных материалов впервые материаловедчески доказана це-
лесообразность применения полиолефиновых матриц в сочетании с техническими шлифпорошками
природных алмазов. Также впервые показана существенная роль полиолефиновой основы в обеспе-
чении износостойкости и работоспособности алмазного инструмента в режиме равномерного самоза-
тачивания, которая состоит в том, что полимер за счет упруго-эластичного поведения в процессе
шлифования удерживает алмазные зерна при контактных деформациях и способствует их локальным
перемещениям из глубины алмазосодержащего слоя.
Доведена можливість використання фторвмісних і нефторірованних аморфно-кристалічних
лінійних поліолефінів з низькою поверхневою енергією в якості полімерної матриці для створення
ефективних алмазних інструментів.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
471
Ключові слова: політетрафторетилен (ПТФЕ), надвисокомолекулярний поліетилен
(СВМПЕ), порошки природних алмазів (ППА), композиційний матеріал алмазовмісних, структура
композитів, самозаточування, працездатність.
Employment possibility of fluorated and nofluoreted amorphous –crystalline liner polyolefins with
low surface energy as polymer matrix for efficient dimond instruments developments is proved.
Key words: polytetrafluorethylene (PTFE), ultra-high molecular polyethylene (UHMPE) powders of
natural diamonds (PND), diamond-bearing composite material, structure of composites, self-sharpening,
efficiency.
Литература
1. Адрианова О. А., Попов С. Н., Шиц Е. Ю. Перспективы создания абразивного инструмента на
основе самосмазывающихся полимеров и алмазов различной дисперсности// Трение и износ.–
1998.– Т. 19. № 1.– С. 71–74.
2. Абразивный инструмент на основе полимеров и технических алмазных порошков природного
происхождения для обработки камнецветного сырья / Е. Ю. Шиц, Е. С. Семенова, С. Г. Попо-
ва, Н. Н. Петрова // Значение промышленных минералов в мировой экономике: Месторожде-
ния, технология, экономическая оценка: Сб. докл.– М.: ГЕОС, 2006.– С. 124–127.
3. Шиц Е.Ю., Семенова Е.С., Корякина В.В. Технологические аспекты создания абразивного ин-
струмента на алмазосодержащей полимерной основе// Химическая технология.– 2010.–
№.11.– С. 677–683.
4. Алмазный инструмент// Отраслевой каталог.– М.: ВНИИТЭМЭР, 1989.– 143 с.
5. Исследование структурной организации композитов абразивного назначения на основе сверх-
высокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и порошков природных алмазов (ППА) /
Е. Ю. Шиц, Е. С. Семенова, В. В. Корякина, А. С. Сыромятникова // Пластические массы.–
2009.– № 9.– С. 30–33.
6. Okhlopkova A. A., Shitz E. Yu. Structure and properties of Teflon composites with natural diamond
powders// Mechanics of Composite Mater. 2004.– Vol. 40. – N 2.– P. 145–150.
7. Шиц Е. Ю., Семенова Е. С., Охлопкова А. А. Исследование триботехнических и эксплуатаци-
онных характеристик алмазосодержащих материалов на основе СВМПЭ и ПТФЭ//Трение и
износ.– 2008.– Т. 29.– № 1.– С. 64–68.
8. Пат. 2164522 РФ, МКИ С08J 5/14. Композиционный алмазосодержащий полимерный матери-
ал для абразивного инструмента/ Е. Ю. Шиц, А. А. Охлопкова, М. Д. Соколова, А. А. Василь-
ев.–Заяв. 27.07.1999; Опубл. 27.03.01; Бюл. № 9.
9. Пат. 2326136 РФ, МКИ С08J 5/14. Композиционный алмазосодержащий полимерный матери-
ал для абразивного инструмента/ Е. Ю. Шиц, А. А. Охлопкова, Е. С. Семенова и др..– Заяв.
23.03.2006; Опубл. 10.06.2008, Бюл. № 16.
Поступила 20.06.11
УДК 621.9.048.3:621.921
О. Ф. Саленко, д-р техн. наук, М. В. Костюнін, А. М. Федотьєв, канд. техн. наук
Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського м. Кременчук, Україна
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЗАЄМОДІЇ ОДИНИЧНОГО АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА ІЗ ПОВЕРХНЕЮ
ОБРОБЛЮВАНОГО ТВЕРДОГО СПЛАВУ
Досліджено взаємодію одиничного абразивного зерна із поверхнею оброблюваного твердого
сплаву при обробці методом гідроабразивного різання шляхом проведення віртуального експеримен-
ту. Отримано математичну модель для визначення величини напруження у зоні взаємодії одинично-
го абразивного зерна із поверхнею оброблюваного твердого сплаву.
Ключові слова: гідроабразивне різання, абразивне зерно, твердий сплав.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63285 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T08:03:08Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шиц, Е.Ю. 2014-05-31T09:21:19Z 2014-05-31T09:21:19Z 2011 Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов / Е.Ю. Шиц // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 468-471. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63285 Доказана возможность использования фторсодержащего и нефторированного аморфнокристаллических линейных полиолефинов с низкой поверхностной энергией в качестве полимерной матрицы для создания эффективных алмазных инструментов. Доведена можливість використання фторвмісних і нефторірованних аморфно-кристалічних лінійних поліолефінів з низькою поверхневою енергією в якості полімерної матриці для створення ефективних алмазних інструментів. Employment possibility of fluorated and nofluoreted amorphous –crystalline liner polyolefins with low surface energy as polymer matrix for efficient dimond instruments developments is proved. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов Article published earlier |
| spellingShingle | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов Шиц, Е.Ю. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| title_full | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| title_fullStr | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| title_full_unstemmed | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| title_short | Шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| title_sort | шлифовальный алмазный инструмент на основе модифицированного фторированного и нефторированного полиолефинов |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63285 |
| work_keys_str_mv | AT šiceû šlifovalʹnyialmaznyiinstrumentnaosnovemodificirovannogoftorirovannogoineftorirovannogopoliolefinov |