Смазочно-охлаждающая жидкость для алмазной обработки оптического стекла

 

Сущность изобретения: жидкость содержит, %: полиэтиленимин мол. м. 8000-12000 0,09-2,5, ортофосфорная кислота 0,01 - 0,5 и вода остальное. 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к технологии обработки стекла, в частности к составам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), применяемым для шлифования алмазным инструментом оптических деталей на предприятиях оптико-механической промышленности.

В патентной литературе описаны многокомпонентные составы СОЖ для алмазной обработки оптического стекла разных марок (см. Авт. свид. СССР N 1326611, 1987). Такие СОЖ содержат эмульгаторы, ингибиторы коррозии и полимерные добавки. Известны СОЖ, содержащие в качестве полимерной добавки полиэтиленимин (ПЭИ) (см. Атв. свид. СССР N 1074895, 1983), а также полиэтиленполиамин, модифицированные акриловой кислотной или 2,3-эпокси-1-пропанолом (см. Авт. свид СССР N 1247417, 1986).

Указанные составы, повышая производительность шлифования, в то же время не обеспечивают высокого качества отшлифованной поверхности.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является СОЖ по патенту США N 3922821, 1975 для алмазной обработки оптического стекла, которая содержит воду и 0,1-5,0 мас. ПЭИ мол. м. 600-1000. Эта СОЖ однако не обеспечивает высокой производительности и стабильности шлифования и не позволяет поэтому получать оптические детали высокого класса точности.

Целью изобретения является повышение качества и стабильности шлифования высокого класса точности (число колец интерференции N=2, N=0,2).

Поставленная задача решается благодаря использованию в качестве СОЖ водного раствора, содержащего высокомолекулярный ПЭИ и орто-фосфорную кислоту, взятых в молярном соотношении (6-12):1, при следующем содержании их в смеси, мас.

ПЭИ с ММ 8000-12000 0,09-2,5 орто-фосфорная кислота 0,01-0,5 Вода 97,0-99,9 Введение орто-фосфорной кислоты обеспечивают ионизацию ПЭИ и тем самым облегчает процесс диспергирования стекла при шлифовании, что приводит к стабилизации режущей способности алмазного инструмента (инструмент не засаливается) и снижает коррозию оборудования.

Процесс приготовления заявленной СОЖ прост: готовят 50%-ный концентрат ПЭИ (мас.м. 8000-12000) и орто-фосфорной кислоты. Такая форма СОЖ весьма удобна для промышленного производства и применения. Затем смешивают два концентрата (орто-фосфорной кислоты и ПЭИ) в необходимых пропорциях для получения СОЖ с соотношениями ПЭИ: орто-фосфорная кислота, равными 1:1; 2:1; 4:1 и т.д.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая СОЖ отличается от известной введением нового компонента орфто-фосфорной кислоты. Таким образом, заявляемое техническое решение отвечает критерию "новизна".

Введение нового компонента орто-фосфорной кислоты привело к тому, что предлагаемая СОЖ позволяет производить шлифование оптического стекла 10-го класса точности (локальная ошибка Т=0,2). СОЖ Оптика-1, использующаяся в промышленности в настоящее время, не обеспечивает такой точности шлифования.

П р и м е р 1. Порцию (43 г, 1 г-моль) ПЭИ растворяли в равном объеме дистиллированной воды. Порцию 112 г 87,5%-ной орто-фосфорной кислоты (1 г-моль) растворяли в 84 мл дистиллированной воды. Полученные 50%-ные концентраты обоих компонентов СОЖ смешивали друг с другом, добавляя один к другому с такой скоростью, чтобы температура смеси не превышала 60^оС и перемешивали смесь еще 0,5 ч. Так как часть воды при этом испарялась, в полученный раствор добавляли недостающее до 282 г количество воды и получали 50% -ный концентрат СОЖ с соотношением ПЭИ к орто-фосфорной кислоте равным 1:1. Аналогично готовили 50%-ные водные концентраты СОЖ с соотношениями ПЭИ и орто-фосфорной кислоты, равными 2:1; 4:1; 6:1; 8:1; 9:1; 10:1; 12:1; 14:1; 16: 1.

Исследование вязкости водных растворов фосфатов ПЭИ.

Порции 10 мл каждого концентрата упаривали на роторном испарителе при 40^оС и остаточном давлении 15-20 мм рт.ст. остаток сушили в вакууме 2 мм рт. ст. над пятиокисью фосфора. Таким образом были получены в безводном состоянии соответствующие фосфаты ПЭИ. Например, при соотношении ПЭИ: орто-фосфорная кислота 1: 1 элементный состав полученного продукта был: найдено/вычислено, C 16,3/16,0; H 5,7/6,0; N 8,83/9,3; P 20,6/20,6. При соотношении ПЭИ: орто-фосфорная кислота 2:1 элементный состав выделенного продукта был: найдено/вычислено, C 23,2/24,0; H 7,4/7,6; N 13,3/14,0. Для каждого из выделенных фосфатов определяли приведенную вязкость (дл/г) в 0,1 н. растворе хлористого натрия или в дистиллированной воде с помощью капиллярного вискозиметра Оствальда при 25^оС для пяти концентраций в интервале от 1,0 до 10 мас. Из зависимости характеристической вязкости фосфатов ПЭИ от содержания орто-фосфорной кислоты представленной на фиг. 1 видно, что вязкость в 0,1н. растворе хлорида натрия имеет минимальное значение при соотношении ПЭИ: орто-фосфорная кислота 2:1.

Испытания полученных СОЖ.

Опыты по шлифования методом притира производили на станке ШП-50 мм. Обрабатывали блоки плоских заготовок из оптического стекла К-8, диаметр блока 70 мм, исходная шероховатость поверхности заготовки 2 мкм. Скорость вращения шпинделя станка 1100 об/мин, давление на инструмент 1 кг/см², цикл обработки 40 с. Инструмент сборный, состоит из 24 алмазных таблеток на бронзовой связке состава Cu6Sn, концентрация алмаза 25% скорость подачи СОЖ при циркуляции в замкнутом объеме 3 л/мин. Обработку производили по принятой в оптической технологии схеме в два перехода алмазами АСМ 28/20 и АСМ 10/7. Поскольку на практике основные трудности с точки зрения обеспечения требуемой производительности и стабильности шлифования возникают при обработке стекол средней и высокой твердости (определение твердости по ГОСТ 1369-68), то предлагаемые эксперименты производили на стекле К-8, применяющемся в качестве эталона.

В таблице показаны результаты эффективности алмазного шлифования в зависимости от содержания орто-фосфорной кислоты в ПЭИ и от концентрации СОЖ.

Из представленной таблицы видно, что положительный эффект шлифования достигается в интервале соотношений ПЭИ: орто-фосфорная кислота 6:1-12:1 и при концентрациях СОЖ в интервале 0,1-3,0% При уменьшении концентрации до 0,05% эффект действия СОЖ становится малоощутимым, увеличение концентрации до 5% также нецелесообразно, поскольку не дает повышения положительного эффекта СОЖ. Испытание СОЖ по прототипу обнаружило ее непригодность для высокоточного шлифования.

Таким образом, заявляемая СОЖ обеспечивала стабильное шлифование 10-го класса точности с локальной ошибкой N=0,2.

На фиг. 2 представлены графически зависимости съема стекла (в мкм) за цикл (20 поверхностей) при алмазном шлифовании с использованием 3%-ных водных растворов СОЖ, содержащих ПЭИ разной молекулярной массы при его соотношении с орто-фосфорной кислотой равном 8:1. Из приведенного рисунка видно, что стабильный положительный эффект съема стекла во втором переходе (точная притирка) обеспечивают лишь СОЖ, содержащие высокомолекулярный ПЭИ с мол.м. в интервале от 8000 до 12000.

Формула изобретения

СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ АЛМАЗНОЙ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА, содержащая воду и полиэтиленимин, отличающаяся тем, что в качестве полиэтиленимина жидкость содержит полиэтиленимин мол.м. 8000 - 12000 и дополнительно содержит ортофосфорную кислоту в их мольном соотношении (6 - 12) : 1 при следующем содержании компонентов в составе жидкости, мас.%: Полиэтиленимин мол.м. 8000 - 12000 - 0,09 - 2,5 Ортофосфорная кислота - 0,01 - 0,5 Вода - 97,0 - 99,9

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4