СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1994 года по МПК B22F3/26 

Изобретение относится к технологии изготовления абразивных инструментов и может быть использована, например, при изготовлении тонкостенных трубчатых алмазных сверл диаметром менее 2 мм.

Известен способ изготовления алмазных инструментов, включающий формовку изделия холодным прессованием смеси металлического и алмазного порошков, спекание отформованной заготовки в пресс-формах из жаропрочной стали и допрессовка изделия в горячем состоянии (1).

Однако данный способ не обеспечивает надежного соединения алмазоносной части инструмента к его корпусу, а при изготовлении трубчатых сверл малого диаметра (менее 3 мм) возникают сложности, связанные с нестабильностью размеров и формы алмазоносной части инструмента, возникающих в результате падения жесткости мелкоразмерных деталей стальных пресс-форм.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ изготовления абразивного инструмента, включающий размещение в форме металлического корпуса инструмента и вставки для формирования внутренней полости абразивсодержащей части инструмента, засыпку шихты, содержащей порошок металлизированного абразива в зазор между графитовой формой и вставкой, размещение в зазоре навески пропитывающего металла или сплава, нагрев и выдержку в вакуумной печи, охлаждение, удаление графитовой формы и вставки. Согласно известному изобретению как форму, так и вставку, выполняют из графита, а при изготовлении трубчатых сверл малого диаметра вставку в виде графитового стержня при размещении ее в графитовой форме устанавливают в канале трубчатого корпуса инструмента.

Из-за хрупкости графита вставки для формирования внутренней полости абразивного инструмента быстро выходят из строя, а при изготовлении трубчатых сверл малого диаметра вообще являются одноразовыми, причем в процессе пропитки возможны затеки и частичное или полное заплавление канала сверла пропитывающим материалом, что приводит к неисправимому браку. Неудовлетворительные механические свойства графита часто приводит к разрушению вставки и браку при изготовлении абразивного (например алмазного) инструмента.

Кроме того, при неопределенности соотношения массовых долей абразивсодержащей шихты и пропитывающего металла или сплава возможно изменение механических свойств инструмента в широком диапазоне, а также качества пайки абразивоносной части инструмента с корпусом.

Задачей настоящего изобретения является повышение выхода годных за счет повышения равномерности пропитки и механической прочности вставки. Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в известном способе изготовления абразивного инструмента, включающем размещение в технологической форме металлического корпуса инструмента и вставки для формирования внутренней полости абразивсодержащей части инструмента, засыпку шихты, содержащей порошок металлизированного абразива, в зазор между формой и вставкой, размещение в зазоре навески пропитывающего металла или сплава, нагрев и выдержку в вакуумной печи, охлаждение, удаление формы и вставки и вскрытие абразивной части инструмента, согласно данному изобретению, после засыпки в зазор между формой и вставкой абразивсодержащую шихту смачивают связующим, уплотняют, покрывают слоем содержащую шихты смачивают связующим, уплотняют, покрывают слоем порошка металла, увеличивающего смачиваемость металлизированного абразива, а массу М навески пропитывающего металла или сплава выбирают из соотношения
M/m_a = 2 - 4, где m_a - масса навески алмазосодержащей шихты, (г), причем нагрев осуществляют при давлении не более 0,133 Па до температуры 1030-1070^оС, со скоростью 15-20^оС/мин, при выдержке 1-4 мин.

В качестве материала для изготовления формы может использовать, например, жаростойкая керамика, а вставка может быть изготовлена из молибдена, нихрома или торированного вольфрама и плакирована слоем, содержащим нитрид бора и графит.

При изготовлении алмазных сверл диаметром менее 3 мм вставку выполняют из указанных выше металлов или сплавов в виде проволоки, которую при размещении в форме протягивают через металлический трубчатый корпус сверла и жестко закрепляют в нем.

При осуществлении способа в качестве порошка металла, увеличивающего смачиваемость металлизированного абразива, используют порошок молибдена, причем толщину слоя молибденового порошка выбирают в пределах 0,3-0,5 г/см². Для этих целей может также использоваться порошок вольфрама.

Используемое для осаждения и уплотнения абразивсодержащей шихты связующее содержит 3% раствор целлюлозы в этиловом эфире уксусной кислоты, а его расход выбирают в пределах 2-3 мл на 1 см³ шихты. При этом шихта кроме порошка металлизированного алмаза может содержать такие абразивные материалы, как, карбид бора и карбид кремния, а массу навески шихты выбирают из выражения
m_a = gV где g - расход абразивсодержащей шихты(2-3 г/см³);
V - объем абразивоносной части инструмента, (см³).

С целью уменьшения искажения формы металлического трубчатого корпуса алмазного сверла диаметром менее 3 мм при нагреве в вакуумной печи часть корпуса, расположенную вне технологической формы, защищают тепловым экраном.

На фиг. 1 изображена форма с размещенными в ней деталями и материалами, используемыми при изготовлении алмазного инструмента (сверла); на фиг. 2 - форма по окончании процесса изготовления алмазного инструмента (сверла).

Способ осуществляется следующим образом. В форме 1 из жаропрочного материала (графита или керамики) размещают металлический трубчатый корпус 2 алмазного сверла и вставку 3 из жаропрочного материала. Вставка может быть выполнена из металла или сплава, например из ряда молибден, хром, торированный вольфрам, и в этом случае ее рабочую поверхность плакируют, нанося слой 4 из нитрида бора и графита, например, в равных долях, толщиной 0,1-0,2 м. Слой 4 предотвращает смачивание вставки 3 при пропитке алмазосодержащей шихты металлом или сплавом.

Вставку 3 при изготовлении сверл малого диаметра выполняют в виде проволоки, которую при размещении в форме протягивают через трубчатый корпус 2 и жестко фиксируют в нем. Вставка 3 может быть выполнена также из жаропрочной керамики. В зазор между формой 2 и вставкой 3 засыпают шихту 5, содержащую порошок металлизированного алмаза. Кроме алмазного порошка шихта может включать и другие порошки абразивных материалов, например, карбида кремния и/или карбида бора. Расход шихты выбирают в пределах 2-3 г на 1 см³ объема алмазоносной части инструмента. Шихту смачивают связующим из расчета 2-3 мл/см³, уплотняют и засыпают равномерным слоем 6 молибденового порошка, который при пропитке увеличивает смачиваемость металлизированного алмазного порошка.

Сверху на слой 6 молибденового порошка помещают навеску 7 пропитывающего металла или сплава. Форму помещают в вакуумную печь и по достижении давления менее 0,133 Па нагревают со скоростью 15-20^оС/мин до температуры 1030-1070^оС, с выдержкой при этой температуре от 1 до 4 мин в зависимости от назначения и величины инструмента.

При нагреве и выдержке происходит пропитка алмазосодержащей шихты металлом или сплавом и пайка алмазосодержащей части инструмента к корпусу. При этом на поверхности инструмента остается некоторое количество пропитывающего металла или сплава. После охлаждения форму с потовым инструментом вынимают из вакуумной печи и, удаляя излишки пропитывающего материала, вскрывают рабочую поверхность инструмента.

Использование данного способа позволяет повысить выход годных абразивных инструментов за счет снижения брака, связанного с непрочностью материала вставки и неравномерной пропиткой абразивсодержащей шихты. Использование связующего и молибденового порошка улучшает качество пропитки, что приводит к улучшению износостойкости инструмента. (56) Авторское свидетельство СССР N 2609891, кл. В 22 F 5/00, 1970.

Использование: изготовление тонкостенных трубчатых сверл и др. Сущность изобретения: в технологической форме размещают металлический корпус инструмента и вставку для формирования внутренней полости абразивсодержащей части инструмента и засыпают в шихту, содержащую порошок металлизированного абразива, в зазор между формой и вставкой, размещают в зазоре навеску пропитывающего металла или сплава, проводят нагрев и выдержку в вакуумной печи, при этом после засыпки шихты ее смачивают связующим и уплотняют, а затем покрывают слоем порошка металла, через размещение в зазоре навески пропитывающего металла или сплава, ее массу М определяют из соотношения M=(2÷4)m_a, где m_a - масса навески абразивсодержащей шихты, нагрев осуществляют при давлении, не превышающем 0,133 Па, до температуры 850 - 1170С, со скоростью 15 - 20 град/мин, выдержку осуществляют в течение 1 - 4 мин. 12 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий размещение в технологической форме металлического корпуса инструмента и вставки для формирования внутренней полости абразивосодержащей части инструмента, засыпку шихты, содержащей порошок металлизированного абразива, в зазор между формой и вставкой, размещение в зазоре навески пропитывающего металла или сплава, нагрев и выдержку в вакуумной печи, охлаждение, удаление формы и вставки, выполненных из жаропрочного материала, не смачиваемого пропитывающим металлом или сплавом, и вскрытие абразивной части инструмента, отличающийся тем, что после засыпки шихты ее смачивают связующим, уплотняют, покрывают слоем порошка металла, увеличивающего смачиваемость металлизированного абразива, а массу M навески определяют из соотношения M= (2 - 4)m_a, где m_а - масса навески абразивосодержащей шихты, г, нагрев осуществляют при давлении, не превышающем 0,133 Па, до 850 - 1170^oС со скоростью 15 - 20 град/мин, выдержку осуществляют в течение 1 - 4 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала формы используют керамику. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала вставки используют металл или сплав, а рабочую поверхность вставки плакируют. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала вставки используют керамику. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве металла или сплава для вставки используют молибден, или нихром, или торированный вольфрам. 6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при плакировании рабочей поверхности вставки на нее наносят слой, содержащий нитрид бора и графит. 7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных трубчатых алмазных сверл диаметром менее 3 мм, вставку из металла или сплава выполняют в виде проволоки, которую протягивают через металлический трубчатый корпус и жестко закрепляют. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошка металла, увеличивающего смачиваемость металлизированного алмаза, используют порошок молибдена, причем толщину слоя молибденового порошка выбирают равной 0,3 - 0,5 г/см². 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют 3% -ный раствор целлюлозы в этиловом эфире уксусной кислоты, а расход связующего выбирают равным 2 - 3 мл на 1 см³ абразивосодержащей шихты. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве абразивного материала используют алмаз. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит карбид кремния и/или карбид бора. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массу m_а навески абразивосодержащей шихты устанавливают из выражения
m_а = gV,
где g = 2 - 3 г/см³, расход абразивосодержащей шихты;
V - объем абразивосодержащей части инструмента, см³. 13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при нагреве в вакуумной камере часть трубчатого корпуса, расположенную вне технологической формы, защищают теплоизолирующим экраном.