СПОСОБ ОБТОЧКИ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК B28D5/02 B24B9/16 

Изобретение относится к области технологии обработки сверхтвердых материалов: алмаза, нитрида бора, а также композитов на их основе, и может быть использовано в алмазообрабатывающей промышленности.

Известен способ обточки сверхтвердых материалов, в частности алмаза, заключающийся в обработке поверхности вращающейся заготовки алмазным резцом, который возвратно-поступательно перемещается вдоль обрабатываемой поверхности [1].

Недостатком данного способа является низкое качество обработанной поверхности, на которой формируется грубый, шероховатый рельеф с микротрещинами, уходящими в глубину заготовки (кристалла).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ обточки сверхтвердых материалов, в частности алмаза, который заключается в том, что обработку поверхности вращающейся заготовки производят алмазным резцом, а затем шлифуют ее алмазным кругом, который вращается в направлении, противоположном направлению вращения заготовки, и по поверхности которого заготовка возвратно-поступательно перемещается относительно оси вращения круга. При этом поверхность круга электрохимически обрабатывают в растворе электролита [2].

Недостатком этого способа является низкое качество обработанной поверхности. При обработке поверхности заготовки сверхтвердого материала, например природного алмаза, алмазным резцом на поверхности формируется грубозернистый рельеф с микротрещинами, уходящими в глубину кристалла. Последующее шлифование заготовки алмазным кругом снижает шероховатость поверхности. Однако при обработке заготовки алмазным кругом полностью устранить грубозернистый рельеф не удается, даже при дополнительной электрохимической обработке поверхности круга. Это обусловлено тем, что электрохимическая обработка приводит к неравномерному растворению связки. Изношенные (затупленные) вершины зерен скользят по обрабатываемой поверхности, а вершина зерна, быстро возникающая из связки в области с повышенной скоростью растворения, внедряясь в поверхность заготовки, формирует на ее поверхности расширяющуюся и углубляющуюся царапину. Это приводит к образованию углублений и формированию грубозернистого рельефа.

Задачей изобретения является повышение качества обработки (обточки) сверхтвердых материалов.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе обточки сверхтвердых материалов, который включает обработку поверхности вращающейся заготовки алмазным резцом и последующее ее шлифование вращающимся в направлении, противоположном вращению заготовки алмазным кругом, поверхность которого обработана в водном растворе, при возвратно-поступательном перемещении заготовки относительно оси вращения алмазного круга заготовку дополнительно шлифуют при жестком ее закреплении относительно оси вращения алмазного круга и изменении направления его вращения на противоположное, а для обработки поверхности круга используют водный раствор с рН 3-10.

В процессе обработки алмазным кругом, поверхность которого обрабатывается в водном растворе с рН 3-10, растворение связки происходит более равномерно (из-за отсутствия пассивации поверхности). В результате процесс обнажения зерен из связки происходит с близкими скоростями, нагрузка на зерна одинакова, что способствует формированию более однородного по шероховатости рельефа. Последующее закрепление заготовки относительно оси вращения круга и изменение направления вращения круга (на противоположное) снижают и выравнивают нагрузки на зерна и способствуют формированию однородного, менее шероховатого рельефа с небольшим количеством мелких микротрещин, уходящих в глубину кристалла. Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в повышении качества обрабатываемой поверхности. В частности, у алмазной заготовки на пояске отсутствуют металлы, улучшается качество поверхности рундиста будущего бриллианта, улучшаются цветовые характеристики.

Необходимо отметить, что увеличение показателя рН более 10 снижает скорость растворения связки и приводит к формированию грубозернистого рельефа. Снижение величины показателя рН менее 3 ведет к резкому увеличению скорости растворения связки и появлению на ее поверхности множества острых вершин. В результате шероховатость обработанной поверхности возрастает.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Алмазную заготовку закрепляют в оправке и предварительно обрабатывают алмазным резцом при скорости вращения заготовки 3000 об/мин. После удаления выступов поверхность заготовки шлифуют алмазным кругом, вращающимся со скоростью 300 об/мин в направлении, противоположном вращению заготовки, причем заготовку возвратно-поступательно перемещают по поверхности круга. Для равномерного растворения связки поверхность алмазного круга обрабатывают в водном растворе с рН 3-10. Требуемая величина рН создается введением в раствор тетрабората натрия (рН 7-10) либо соляной кислоты (рН 3-7). Для формирования менее шероховатого рельефа алмазной заготовки проводят дополнительное шлифование. Для этого заготовку жестко закрепляют относительно оси вращения алмазного круга, поверхность которого обработана водным раствором с рН 3-10, а направление вращения круга изменяют на противоположное.

По предлагаемому способу были обточены 5 кристаллов алмаза массой по 0,3 карата. Шероховатость поверхности обработанных заготовок (бриллиантов) представлена в таблице.

При обработке кристалла по известному способу (прототипу) шероховатость поверхности составила 0,6 мкм, что в 2 раза выше, чем по предлагаемому способу.

Источники информации

1. В.И.Епифанов, А.Е.Песина, Л.В.Зыков. Технология обработки алмазов в бриллианты. - М.: Высшая школа, 1987, с.132-152.

2. В.И.Епифанов, А.Е.Песина, Л.В.Зыков. Технология обработки алмазов в бриллианты. - М.: Высшая школа, 1987, с.165 (прототип).

Изобретение может быть использовано при обработке сверхтвердых материалов, таких как алмаз, нитрид бора, а также композитов на их основе. Способ включает обработку поверхности вращающейся заготовки алмазным резцом, а затем шлифование вращающимся в направлении, противоположном вращению заготовки, алмазным кругом, по поверхности которого заготовка возвратно-поступательно перемещается относительно оси вращения круга. Поверхность круга обрабатывают в водном растворе с рН 3-10, а заготовку дополнительно шлифуют, жестко закрепляя ее относительно оси вращения круга и меняя направление вращения круга на противоположное. Изобретение позволяет повысить качество обработки. 1 табл.

Способ обточки сверхтвердых материалов, в том числе алмаза, включающий обработку поверхности вращающейся заготовки алмазным резцом и последующее ее шлифование вращающимся в направлении, противоположном вращению заготовки алмазным кругом, поверхность которого обработана в водном растворе, при возвратно-поступательном перемещении заготовки относительно оси вращения алмазного круга, отличающийся тем, что заготовку дополнительно шлифуют при жестком ее закреплении относительно оси вращения алмазного круга и изменении направления его вращения на противоположное, а для обработки поверхности круга используют водный раствор с рН 3-10.