АЛМАЗНОЕ ТОНКОСТЕННОЕ СВЕРЛО Российский патент 2011 года по МПК B23B51/04 B28D1/14 

Изобретение относится к инструментальному производству, в частности, к тонкостенным кольцевым алмазным сверлам, изготавливаемым методом гальванического осаждения алмазных зерен на тонкостенный корпус инструмента.

Алмазные трубчатые сверла, изготовленные гальваническим способом, представляют собой корпус, выполненный из тонкостенной трубки, на наружной и внутренней поверхности которой нанесено алмазосодержащее покрытие. Торцевая режущая поверхность такого инструмента представляет собой чередование материала корпуса и двух алмазосодержащих слоев. От соотношения толщин стенки корпуса и алмазосодержащих слоев значительно зависит работоспособность инструмента.

В патенте РФ №2259260, кл. B23B 51/04, 2005 г., заявке РФ №2004100261, кл. B23B 51/00 отмечается, что толщина стенки цилиндрической основы - корпуса должна быть меньше толщин алмазосодержащих слоев. Это обеспечивает разрушение в процессе работы сверла основы и повышение стойкости инструмента. Однако не даны рекомендации по выбору соотношения толщины стенки основы и алмазосодержащих слоев, обеспечивающих требуемую работоспособность инструмента.

Известно алмазное трубчатое сверло, изготавливаемое гальваническим способом, содержащее трубчатый корпус и алмазосодержащие слои, нанесенные на проточки, выполненные на наружной и внутренней поверхностях корпуса (а.с. СССР №1044456, кл. B24D 17/00, 1982 г.) В этом сверле толщина стенки корпуса сверла, где выполнены проточки, составляет 0,7 мм, а оптимальное выступание слоев над корпусом составляет по 0,2-0,5 мм с наружной и внутренней цилиндрических поверхностей корпуса. С учетом глубины проточки соотношение толщины корпуса и алмазосодержащих слоев составляет 1:(2,5-3). Выбранная толщина алмазосодержащих слоев, осажденных на цилиндрических поверхностях корпуса, служит для образования зазора между корпусом сверла и обрабатываемым материалом, необходимым для полного выноса шлама из зоны резания. Однако в процессе работы после износа алмазосодержащего слоя, расположенного на торцевой его части, рабочий торец будет представлять чередование алмазосодержащих слоев и корпуса. При соотношении толщины корпуса и алмазосодержащих слоев, равном 1:(2,5-3), материал корпуса в зоне резания будет занимать достаточно большую часть поверхности рабочего торца. Это обстоятельство приведет к увеличению осевых и тангенциальных нагрузок на сверло и, соответственно, к снижению работоспособности и стойкости инструмента.

Технической задачей является создание сверла с рабочей частью, выполненной в виде гальванических алмазосодержащих слоев, нанесенных на внутреннюю и наружную поверхность трубчатого корпуса, имеющего повышенную работоспособность и стойкость, обеспечиваемые оптимальным износом корпуса сверла и алмазосодержащих слоев в процессе работы инструмента.

Техническая задача решается тем, что в алмазном тонкостенном сверле, содержащем трубчатый корпус с образующими утоненную часть корпуса кольцевыми проточками, выполненными на наружной и внутренней его поверхностях, и рабочую часть, полученную нанесением на корпус гальванических алмазосодержащих слоев, толщина стенки утоненной части корпуса выбрана из условия b₁ =(2,5÷4,0)A, где b₁ - толщина стенки утоненной части корпуса, A - суммарная толщина алмазосодержащих слоев, нанесенных на наружную и внутреннюю поверхности корпуса, а толщина стенки b части корпуса, не содержащей проточек, выбрана из условия b=(1,2-3,0)b₁, при этом высота алмазосодержащих слоев в осевом направлении превышает длину проточек.

Превышение высоты алмазосодержащих слоев составляет величину, равную (0,1-0,25) длины проточек.

Соотношение толщины утоненной части корпуса и алмазосодержащих слоев обеспечит при работе инструмента необходимый опережающий износ корпуса и свободное резание обрабатываемого материала алмазными зернами. При этом образующееся занижение корпуса относительно алмазоносных слоев облегчит выход шлама из зоны резания и поступление туда охлаждающей жидкости.

Толщина части корпуса, не содержащей проточки, выбранная из условия b=(1,2-3,0)b₁, обеспечит необходимую жесткость сверла, при которой сверло не будет деформироваться в процессе работы и смещаться относительно оси симметрии.

Выполнение высоты алмазосодержащих слоев в осевом направлении с превышением длины проточек повышает прочность сверла в переходной зоне, где заканчивается утоненная часть корпуса.

Конструкция сверла поясняется чертежом, где показано осевое сечение кольцевого сверла.

Сверло содержит трубчатый корпус 1, на наружной и внутренней поверхности которого выполнены проточки 2 и 3, образующие утоненную часть корпуса 4. Алмазосодержащие слои 5 и 6, образующие рабочую часть сверла, нанесены на внутреннюю и наружную поверхности утоненной части корпуса и частично на часть корпуса, не содержащую проточек. Рабочий торец сверла, обеспечивающий резание материала, представляет собой чередование алмазосодержащих слоев a₁ и a₂ и материала корпуса b₁ . Толщины алмазосодержащих слоев определяются зернистостью алмазного порошка и количеством слоев алмазных зерен, нанесенных на корпус инструмента. Высота алмазосодержащих слоев L превышает длину l проточек на величину l₁, равную (0,1-0,25) длины l проточки. Выполнение превышения алмазосодержащих слоев на величину менее 0,1 длины проточки не обеспечит необходимые прочностные характеристики корпуса сверла, а выполнение превышения более чем 0,3 длины проточки экономически нецелесообразно.

При работе сверла в зоне резания образуется шлам, включающий стружку обрабатываемого материала, осыпающиеся с алмазосодержащих слоев алмазные зерна и т.п., в результате происходит истирание материала корпуса как образующимся шламом, так и за счет трения об обрабатываемую поверхность. Выбранное соотношение толщины утоненной части корпуса и алмазосодержащих слоев обеспечит износ корпуса инструмента, при котором из зоны резания полностью будет выноситься шлам, а сверло при этом сохранит свою работоспособность и стойкость до полного износа. При меньшей толщине корпуса сверла занижение, образующееся на рабочем торце, будет иметь недостаточные размеры для размещения образовавшегося при резании шлама; при большей толщине корпуса будут возрастать осевые и тангенциальные нагрузки из-за увеличенного трения материала корпуса об обрабатываемый материал. Выбранное соотношение толщины стенки неутоненной части корпуса к толщине стенки утоненной его части обеспечит необходимую жесткость и прочность инструмента при работе. Выбор толщины неутоненной части стенки корпуса в пределах (1,2-3,0)b₁ обеспечивает необходимую жесткость инструмента и оптимальное выступание алмазосодержащих слоев относительно стенок корпуса сверла для образования зазора между корпусом сверла и обрабатываемым материалом.

Испытания сверл при обработке неметаллических материалов, таких как кварцевое стекло, показали, что сверла работали до полного износа рабочей части, отклонения от оси сверления не наблюдались.

Сверло содержит трубчатый корпус с образующими утоненную часть корпуса кольцевыми проточками, выполненными на наружной и внутренней его поверхностях, и рабочую часть, полученную нанесением на корпус гальванических алмазосодержащих слоев. Для повышения работоспособности и стойкости за счет обеспечения оптимального износа корпуса сверла и алмазосодержащих слоев толщина стенки утоненной части корпуса выбрана из условия b₁=(2,5÷4,0)(a₁+а₂), где b₁ - толщина стенки утоненной части корпуса; a₁ и а₂ - толщина алмазосодержащих слоев соответственно на наружной и внутренней поверхностях корпуса, а толщина стенки b части корпуса, не содержащей проточек, выбрана из условия b=(1,2-3,0)b₁, при этом высота алмазосодержащих слоев в осевом направлении превышает длину проточек. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Алмазное тонкостенное сверло, содержащее трубчатый корпус с образующими утоненную часть корпуса кольцевыми проточками, выполненными на наружной и внутренней его поверхностях, и рабочую часть, полученную нанесением на корпус гальванических алмазосодержащих слоев, отличающееся тем, что толщина стенки утоненной части корпуса выбрана из условия b₁=(2,5÷4,0)(a₁+а₂), где b₁ - толщина стенки утоненной части корпуса; a₁ и а₂ - толщины алмазосодержащих слоев соответственно на наружной и внутренней поверхностях корпуса, а толщина стенки b части корпуса, не содержащей проточек, выбрана из условия b=(1,2÷3,0)b₁, при этом высота алмазосодержащих слоев в осевом направлении превышает длину проточек.

2. Сверло по п.1, отличающееся тем, что высота алмазосодержащих слоев превышает длину проточек на величину, равную (0,1÷0,25) длины проточек.