СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2024 года по МПК B24D18/00 B24D3/28 B24D3/34 C09K3/14 

Изобретение относится к производству алмазно-абразивного инструмента и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях производства для обработки высокопрочных труднообрабатываемых материалов; обработки деталей и заточки режущего инструмента из твердых сплавов; заточки и доводки инструмента из сверхтвердых материалов; порезки, обработки и доводки изделий из феррита, ситала и керамики; резки и обработки всех видов огнеупорного материала и т.п.

В современных условиях ужесточаются требования к абразивным материалам, в частности к глубине и скорости обработки, что приводит к необходимости создания абразивного инструмента высокой износостойкости. Повышение износостойкости алмазного абразивного материала может быть достигнуто повышением износостойкости матрицы (связки), удерживающей алмазные зерна в рабочем (поверхностном) слое материала. При обработке деталей абразивным инструментом возникает трение, сопровождающееся повышением температуры, которое провоцирует снижение удержания алмаза в составе покрытия инструмента и последующее разрушение связки и выход инструмента из строя.

Из уровня техники известны составы для абразивного инструмента, предназначенного для обработки различных высокопрочных материалов.

Например, известен состав для алмазного инструмента, содержащий в качестве связующего эпоксидную смолу и отвердитель, алмазный порошок, наполнитель и функциональную добавку (WO 94/17956, 18.08.1994). Недостатком данного состава является низкая эффективность его применения для обработки таких труднообрабатываемых материалов, как сапфир, кварц, различные полупроводниковые материалы. Применение состава прототипа при изготовлении инструмента для обработки указанных выше твердых материалов приводит к его быстрому засаливанию и необходимости частого вскрытия режущей поверхности инструмента. Кроме того, данный состав не работает в инструменте для финишных операций шлифования с применением алмазных порошков мелкой фракции (менее 10 мкм) и на операциях предварительного полирования по причине его засаливания.

Известно также, техническое решение по патенту № 2679807, МПК B24D 3/06, опубл. 13.02.2019г., в котором алмазный инструмент содержит корпус и рабочий алмазный слой, изготовленный спеканием в присутствии жидкой фазы из массы, содержащей алмазные порошки и порошки связки. Последняя включает основной твердофазный компонент и графен, в виде, по меньшей мере, однослойного покрытия, нанесенного на порошок связки, являющийся основным твердофазным компонентом. В результате получают инструмент с равномерным распределением графена в объеме рабочего слоя и с высокой теплопроводностью. Основным недостатком прототипа, по мнению заявителя, является высокая стоимость, применяемого в составе связки твердофазного компонента - графена, который используют в достаточно большом процентном соотношении и в сложном составе самого связующего.

Известно, также, авт.св. № 228557, МПК B24D 3/06, опубл. 08.10.1968 «Алмазная масса для изготовления шлифовального инструмента», в котором, в алмазную массу для изготовления шлифовального инструмента, содержащую зерна алмаза и наполнителя, скрепленные металлической связкой, с целью повышения износостойкости и улучшения режущей способности шлифовального инструмента, добавлено 3-15% по объему порошка графита, предварительно металлизованного, например железом, кобальтом, никелем. Недостатком известного технического решения является недолговечность рабочего покрытия инструмента и необходимости замены инструмента из стоя из-за изнашивания рабочего слоя.

Известен, также, состав для алмазного инструмента по патенту № 2169658 (МПК B24D3/32, опубл.27.06.2001), состав которого включает эпоксидную смолу, отвердитель, алмазный порошок, наполнитель, функциональную добавку и полигидридсилоксан. В качестве функциональной добавки состав содержит муравьиную кислоту. В качестве наполнителя использована смесь полирита, порошка графита и мелкодисперсного металлического порошка. Недостатком является сложный состав массы, низкая износостойкость алмазосодержащего покрытия инструмента из-за невысокой плотности удержания алмаза, вызванной повышенной температурой, обусловленной высокой степенью трения при контакте инструмента с поверхностью обрабатываемой детали.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является техническое решение, описанное в патенте № 2572903, МПК B24D3/06 опубл. 20.01.2016, «Способ изготовления высокоизносостойкого алмазного инструмента», который включает формирование брикета из алмазосодержащей шихты и пропитку брикета пропиточным материалом, при этом в состав шихты вводят легирующие металлические порошки, которые при пропитке образуют с пропиточным материалом адгезионно-активные сплавы по отношению к алмазному порошку, формирование брикета из алмазной смеси под давлением при термическом воздействии.

Недостатком прототипа является недостаточная долговечность инструмента из-за быстрого изнашивания рабочего слоя абразивно-алмазного покрытия инструмента.

Задачей изобретения является повышение, износостойкости и долговечности алмазного инструмента.

Задача решается путем добавления операции предварительного смачивания алмазного порошка фурфуролом, перед введением его в шихту, и кроме того, путем дополнительного введения в добавку порошка измельченной скорлупы грецкого ореха.

Технический результат заключается в том, что смачивание алмаза фурфуролом усиливает прочность удерживания алмаза в связке; добавление графита в алмазную смесь снижает рабочую температуру при работе инструмента, что повышает качество поверхности обрабатываемой заготовки, однако при снижении шлифовальной способности алмаза, растет сила трения, а вспомогательная разрыхляющая добавка в виде порошка измельченной скорлупы грецкого ореха, при нагревании, способствует разрушению внешнего слоя рабочей поверхности и удалении его, при этом оголяется новый алмазный слой, готовый к работе. Работоспособность инструмента восстанавливается без замены. И таким образом, повышается долговечность инструмента.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа изготовления алмазного инструмента, включающего формирование брикета из содержащей алмазные порошки шихты с вспомогательными добавками, порошок алмаза предварительно смачивают фурфуролом в соотношении 5:1. За счет своей влажности пульвербакелитовая смола приклеивается к поверхности алмаза. Таким образом, при расплаве, фурфурол прикрепляется к алмазу. Соответственно, размер алмазных частиц, покрытых фурфуролом, больше чем размер частиц алмаза, и за счет этого лучше удерживается в связке. Таким образом, получают более прочное удержание, контакта алмаза со связкой (смесью). Смоченный фурфуролом алмазный порошок тщательно перемешивают и добавляют к нему пульвербакелитовую смолу в количестве от 15 до 50%. Для повышения износостойкости, при работе изделия используют смазывающие (антифрикционные) добавки (для снижения температуры в точке контакта изделия с инструментом) в количестве от 2 до 20%, а в дополнение к уже существующим добавкам, таким как, например, молибден или карбид кремния в смесь (шихту) также добавляют измельченную в порошок скорлупу грецкого ореха . Вспомогательная разрыхляющая добавка в виде порошка мелко просеянной скорлупы грецкого ореха при нагревании выгорает, на рабочей поверхности алмазного инструмента образуются поры, внешний слой поверхности быстрее разрушается и удаляется, при этом оголяется новый алмазный слой, готовый к работе. При этом соотношение компонентов составляет следующий процентный объем от общей массы: алмазный порошок составляет 20-50%; пульвербакелитовая смола - 15-50%; добавки антифрикционные, - 2 - 20%; добавки вспомоготельные - 5-25%; порошок скорлупы грецкого ореха (дополнительная добавка) - 1-5%. Процесс спекания производят в несколько этапов. Смесь засыпают в пресс-форму алмазного круга и подогревают до температуры начала плавления пульвербакелита (70-90°С, в зависимости от марки пульвербакелита). Когда шихта нагревается до температуры 70-90°С, пресс-форму окончательно закрывают, нагрев увеличивают до температуры, превышающей температуру плавления пульвербакелита от 180 до 240°С, и происходит окончательное спекание шихты при повышенной температуре нагрева. После достижения заданной температуры шихту выдерживают в пресс-форме под давлением до снижения температуры до 90°С. После этого брикет отправляют в печь для дальнейшей полимеризации. Полимеризацию производят по заданному графику, зависящему от формы изделия, до окончательного спекания.

Способ изготовления алмазного инструмента, реализуется следующим образом.

Алмазный порошок смачивают фурфуролом, перемешивают с пульвербакелитовой смолой, а затем в полученную смесь добавляют остальные компоненты, такие как антифрикционные (смазывающие) добавки (порошок графита), вспомогательные абразивы и другие вспомогательные добавки, затем в шихту дополнительно вносят порошок из измельченной скорлупы грецкого ореха. Полученную шихту перемешивают в течение 120 минут. Шихту загружают в пресс-форму алмазного круга и нагревают до температуры начала плавления пульвербакелита. Когда шихта нагревается до заданной температуры, пресс-форму окончательно закрывают, температуру нагрева повышают и, при температуре от 180 до 240°С, происходит окончательное спекание смеси (шихты). Готовность брикета определяют приборами (термопара установленная в пресс форму). Полученный брикет выдерживают в пресс-форме под давлением до снижения температуры до 90°С. После этого, брикет отправляют в печь для дальнейшей полимеризации. Полимеризацию производят по заданному графику, зависящему от формы изделия и используемого пульвербакелита, до окончательного спекания шихты. После полимеризации получается брикет (готовое изделие), который потом дополнительно обрабатывают: балансируют, вскрывают, протачивают для придания точных геометрических размеров.

Пример 1

Алмазный порошок засыпали в рабочую емкость, обработали фурфуролом в соотношении 5:1, тщательно перемешали, добавили пульвербакелитовую смолу, антифрикционную (смазывающую) добавку (порошок графита), затем добавили порошок измельченной скорлупы грецкого ореха. При этом состав компонентов был заложен в следующем соотношении:

Алмаз 100/80: процентный объем 46,84%;

Смола

Пульвербакелитовая процентный объем 28,19%;

Антифрикционная добавка:

(порошок графита) - процентный объем 13,96%;

Карбид кремния

(вспомогательная добавка) - процентный объем 8,01%;

Порошок скорлупы грецкого ореха - процентный объем 3%.

Полученную шихту перемешали и загрузили в пресс-форму. Затем, когда шихту нагрели до температуры 90°С , закрыли пресс-форму. Температуру нагрева повысили до 220°С. Полученный брикет выдержали под давлением в течение 120 минут до естественного снижения температуры до 90°С. Затем брикет направили в печь на полимеризацию до окончательного спекания шихты. Готовность определили по приборам (термопара).

После окончательного спекания шихты в брикет, изделие подается на дополнительную обработку: балансировку, доводку и т.д.

Пример 2

Алмазный порошок засыпали в рабочую емкость, обработали фурфуролом в соотношении 5:1, тщательно перемешали, добавили пульвербакелитовую смолу, вспомогательную добавку (карбид кремния) и антифрикционную добавку (порошок графита), затем добавили порошок измельченной скорлупы грецкого ореха. При этом состав компонентов был заложен в следующем соотношении:

Алмаз 100/80: - процентный объем 9,14%;

Алмаз в никеле: - процентный объем 12,53%;

Смола (пульвербакелитовая) - процентный объем 42,84%;

Антифрикционная добавка

(порошок графита) - процентный объем 19,45%;

Карбид кремния

(вспомогательная добавка) - процентный объем 13,04%;

Порошок скорлупы грецкого ореха - процентный объем 3%.

Полученную шихту перемешали и загрузили в пресс-форму. Затем, когда шихту нагрели до температуры 80°С, закрыли пресс-форму. Температуру нагрева повысили до 200°С. Полученный брикет выдержали под давлением (под прессом) в течение 120 минут до естественного снижения температуры до 90°С. Затем брикет направили в печь на полимеризацию до окончательного спекания шихты. Готовность определили по приборам (термопара).

Изготовлены опытные образцы алмазно-абразивного инструмента. На производственной базе предприятия проведены испытания по обработке детали из сплава ВК8 (твердоспеченый сплав вольфрамовой группы).

В материалах приведена таблица сравнительных данных обработки детали стандартным кругом и кругом, изготовленным по предлагаемому способу.

Инструмент показал более высокую износостойкость (297% и 195%), более высокую скорость съема материала обрабатываемого изделия (177% и 208%) по сравнению со стандартом и более низкую температуру в точке контакта инструмента с обрабатываемым изделием (температура в точке контакта ниже на величину от 5 до 15°С). Кроме того, повышается качество (гладкость) обрабатываемой поверхности.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Способ изготовления высокоизносостойкого алмазного инструмента

Таблица испытаний опытного образца изделия, изготовленного по описанному способу.

В таблице указаны показатели относительно стандартного круга.

1
пример 1 2
пример 2 стандарт Съем пластины на 1 грамм круга 64,30 38,46 21,05 % износостойкости относительно стандартного круга 297% 195% 100% Максимальный потенциальный съем кругом 2218 1455 747 Вес круга 34,49 37,84 35,5 Скорость съема пластины в минуту 1,768 2,077 1,320

Изобретение относится к производству алмазно-абразивного инструмента и может быть использовано для обработки высокопрочных труднообрабатываемых материалов. Способ включает формирование при термическом воздействии брикета из шихты. Алмазный порошок предварительно смачивают фурфуролом в соотношении 5:1, перемешивают и смешивают с пульвербакелитовой смолой. Загружают вспомогательные и антифрикционные добавки, включающие порошок графита, и порошок измельченной скорлупы грецкого ореха. Перемешивают шихту и засыпают ее в пресс-форму. Подогревают шихту до температуры начала плавления пульвербакелита, составляющей 70-90°С, закрывают пресс-форму, повышают температуру до 180-240°С и осуществляют окончательное спекание шихты с получением брикета, который выдерживают под давлением в пресс-форме до понижения температуры до 90°С, после чего осуществляют его полимеризацию до получения алмазного инструмента заданной формы. Приведено соотношение компонентов шихты. Повышается износостойкость и долговечность алмазного инструмента и гладкость обрабатываемой поверхности. 1 табл.

Способ изготовления алмазного инструмента, включающий формирование при термическом воздействии брикета из шихты, содержащей алмазный порошок и вспомогательные добавки, отличающийся тем, что алмазный порошок предварительно смачивают фурфуролом в соотношении 5:1, перемешивают и смешивают с пульвербакелитовой смолой, затем загружают антифрикционные добавки, включающие порошок графита, вспомогательные добавки и порошок измельченной скорлупы грецкого ореха, перемешивают шихту и засыпают ее в пресс-форму, подогревают шихту до достижения температуры начала плавления пульвербакелита, составляющей 70-90°С, закрывают пресс-форму, затем температуру повышают до 180-240°С и осуществляют окончательное спекание шихты с получением брикета, который выдерживают под давлением в пресс-форме до понижения температуры до 90°С, после чего осуществляют его полимеризацию до получения алмазного инструмента заданной формы, при этом выбирают следующее соотношение компонентов шихты, мас.%:

Алмазный порошок 20-50 Пульвербакелитовая смола 15-30 Антифрикционные добавки 2-20 Вспомогательные добавки 15-35 Порошок скорлупы грецкого ореха 1-5