АЛМАЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1998 года по МПК B24D3/14 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента, в частности инструмента из алмаза на стеклосвязке, предназначенного для шлифования изделий из твердых сплавов и неметаллических материалов.

Для шлифования изделий из неметаллических материалов и твердых сплавов необходим инструмент, который можно легко править для придания ему необходимой формы и который обладает необходимой механической прочностью.

Известен алмазный инструмент на органических и металлических связках, но этот инструмент практически невозможно править [1].

Известен алмазный инструмент на износостойкой стеклокристаллической связки, которая содержит, мол.%: оксид щелочного металла 10 - 30; оксид бора 20 - 60; оксид молибдена 20 - 60 [2]. Но сложные режимы спекания делают невозможным получение алмазного инструмента другого типоразмера, кроме брусков.

Наиболее близким к заявляемому является инструмент из алмаза и абразивного наполнителя на стеклосвязке, в состав которой входят, мас.%: SiO₂ 40,2 - 42,0; B₂O₃ 20,8 - 22,5; AL₂O₃ 5,2 - 6,0; Na₂O 10,4 - 12,0; Li₂O 4,5 - 5,5; BaO 6,0 - 6,5; Fe₂O₃ 0,5 - 1,5; K₂O 3,2 - 4,0 [3]. Недостатком этого инструмента является то, что его состав исключает возможность изготовления всех принятых для алмазного инструмента характеристик и типоразмеров. Кроме того, производство известного инструмента предусматривает раздельное изготовление алмазоносного рабочего слоя и корпуса и последующее их склеивание.

Предлагаемый инструмент содержит алмаз, абразивный наполнитель и стеклосвязку, представляющую собой боратное стекло состава, мас.%: ZnO 3,85 - 9,85; CdO 3,77 - 17,77; BaO 6,0 - 20,0; CaO 2,7 - 6,7; SrO 5,66 - 11,66; B₂O₃ 24, 77 - 44,47; Na₃AlF₆ 8,1 - 20,1; Li₂O 1,35 - 3,35; V₂O₅ 2,7 - 6,7; WO₃ 0,1 0 0,7, при этом он содержит алмаз, абразивный наполнитель и стеклосвязку при следующем соотношении, мас.%:
Алмаз - 15,3 - 90,9
Абразивный наполнитель - 1,1 - 54,7
Стеклосвязка - 8,0 - 30,0
Соотношения соединений CaO: V₂O₅, Li₂O : V₂O₅ и Na₃AlF₆ : V₂O₅ в стеклосвязке составляют 1:1, 1:2 и 3:1, соответственно.

Инструмент предложенного состава может изготавливаться по технологии, принятой для инструмента на керамической связке, исключающей изготовление рабочего слоя и корпуса и последующее их спекание, не требует сложных режимов обжига, легко подается плавке. Возможно изготовление практически всех типоразмеров с широкой гаммой характеристик (твердость, пористость, концентрация алмаза).

Граничные пределы содержания алмаза, абразивного наполнителя и стеклосвязки определены экспериментально, исходя из технологии изготовления инструмента.

Содержание алмаза выше 90,9% экономически нецелесообразно, а ниже 15,3% не дает эффекта от применения алмаза.

Содержание абразивного наполнителя определяется концентрацией алмаза и структурой инструмента.

Интервалы содержания стеклосвязки определяются твердостью и технологией изготовления. При содержании связки менее 8% резко уменьшается механическая прочность инструмента, а при содержании выше 30% наблюдается деформация изделий.

Выбор боратного стекла в качестве стеклосвязки объясняется его легкоплавкость. Выбор такого состава стекла при указанном соотношении его компонентов определен экспериментально и обеспечивает стабильность свойств инструмента.

Содержание компонентов B₂O₃ и ZnO в указанных пределах обеспечивает хорошее стеклообразное состояние связки и способствует снижению коэффициента термического линейного расширения. Увеличение содержания ZnO вызывает кристаллизацию, а уменьшение ZnO увеличивает коэффициент термического линейного расширения связки, Увеличение количества B₂O₃ снижает химическую устойчивость стекла, что приводит к снижению прочности удержания зерна при работе с СОЖ. Уменьшение содержания B₂O₃ повышает коэффициент термического линейного расширения и тугоплавкость связки.

Оксиды CdO, CaO, BaO, SrO способствуют повышению кристаллизационной устойчивости стекла. При увеличении содержания этих компонентов снижаются термомеханические свойства, а при уменьшении возрастает вероятность кристаллизации связки.

Введение Na₃AlF₆ и Li₂O способствует улучшению варочных свойств, гомогенизации расплава, снижению вязкости стекла. Увеличение их содержания повышает коэффициент термического линейного расширения, а снижение приводит к увеличению вязкости, что вызывает изменение температуры растекания связки.

Введение V₂O₅ и WO₃ способствует снижению поверхностного натяжения, увеличению адгезии связки к алмазу. Увеличение их содержания повышает тугоплавкость, а уменьшение снижает адгезию связки.

При соотношениях компонентов CaO : V₂O₅-1:1, Li₂O : V₂O₅-1:1, Na₃AlF₆ • V₂O₅-3: 1 достигается оптимальное значение вязкости связки, необходимое для получения качественного инструмента при температуре обжига. Если эти соотношения не выдерживаются, то при обжиге наблюдается деформация инструмента и снижается его механическая прочность.

Инструмент в соответствии с изобретение изготавливают известным способом из синтетических или природных алмазов. В качестве абразивного наполнителя используют электрокорунд марки 24A или зеленый карбид кремния марки 63C.

Для получения стеклосвязки берут расчетные количества исходных компонентов, измельчают их и смешивают. Из полученной смеси варят стекло при температуре 1000-1200^oC, продолжительность варки при конечной температуре 1,5 ч, выработка стекла в воду. После остывания стекло измельчают до удельной поверхности 5000±500 см²/с. Составы стеклосвязок приведены в табл.1.

Для изготовления алмазного инструмента необходимых форм и размеров берут расчетные количества алмаза и абразивного наполнителя, смешивают их, полученную смесь увлажняют обычно применяемым в абразивной промышленности временным связующим и полученную массу смешивают с необходимым количеством связки до получения однородной смеси, из которой формуют заготовку методом полусухого прессования. Обжиг заготовок при температуре 650-750^oC.

Были изготовлены алмазные круги разных характеристик и составов в соответствии с изобретением. Конкретные составы и эксплуатационные показатели приведены в табл. 2. Круги по примерам 1, 3, 5 и 7 испытали на операции обработки изделий из термокорунда, по примерами 2,4 и 6 - из твердого сплава ВК8 при следующих режимах: скорость круга 8м/с; скорость продольной подачи 3 м/мин; глубина резания 0,02 мм/дв.ход. Выбор характеристики (соотношение компонентов) определялся требованиями по производительности обработки и стоимостью инструмента.

Источники информации:
1. Ю. М.Ковальчук и др. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. М.: Машиностроение, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1555117, кл. D 24 D 3/14, 1990.

3. Патент Великобритании N 1177118, кл. C 03 C 3/04, 3/30, 12/00, 1968.

Изобретение относится к производству абразивного инструмента из алмаза, предназначенного для шлифования изделий из твердых сплавов и неметаллических материалов. Инструмент имеет следующий состав, мас.%: алмаза 15,3 - 90,9, абразивного наполнителя 1,1 - 54,7, стеклосвязки 8,0 - 30,0. В качестве связки он содержит боратное стекло, включающее, мас.%: ZnO 3,85 - 9,85, CdO 3,77 - 17,77, BaO 6,0 - 20,0, CaO 2,7 - 6,7, SrO 5,66 - 11,6, B₂O₃, 24,47 - 44,47, Na₃AlF₆ 8,1 - 20,1, Li₂O 1,35 - 3,35, V₂O₅ 2,7 - 6,7, WO₃ 0,1 - 0,7. Соотношение CaO, V₂O₅, Li₂O и Na₃AlF₆ в стеклосвязке составляют CaO : V₂O₅ 1:1, Li₂O : V₂O₅ 1:2 и Na₃AlF₆ : V₂O₅ 3:1. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Алмазный инструмент, включающий алмаз, абразивный наполнитель и стеклосвязку, отличающийся тем, что в качестве стеклосвязки он содержит боратное стекло состава, мас.%: ZnO 3,85 - 9,85; CdO 3,77 - 17,77; BaO 6,0 - 20,0; CaO 2,7 - 6,7; SrO 5,66 - 11,66; B₂O₃ 24,47 - 44,47; Na₃AlF₆ 8,1 - 20,1; Li₂O 1,35 - 3,35; V₂O₅ 2,7 - 6,7; WO₃ 0,1 - 0,7, при этом алмаз, абразивный наполнитель и стеклосвязку он содержит в следующем соотношении, мас.%:
Алмаз - 15,3 - 90,9
Абразивный наполнитель - 1,1 - 54,7
Стеклосвязка - 8,0 - 30,0
2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что соотношения соединений Ca, V, Li и Nа в стеклосвязке составляют CaO : V₂O₅ 1 : 1, Li₂O : V₂O₅ 1 : 2; Na₃AlF₆ : V₂O₅ 3 : 1.