Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке Советский патент 1992 года по МПК B24D18/00 

Изобретение относится к области инструментальной промышленности и различных областей техники и касается способа изготовления алмазного инструмента на гальванической связке.

Наиболее распространенный метод изготовления алмазных инструментов на гальванической связке предусматривает нанесение алмазных зерен на поверхность инструмента и закрепления зерен на этой поверхности посредством гальванического заращивания их металлом-связкой.

Первая операция нанесения алмазов может производиться путем осаждения зерен из электролита, предварительного приклеивания зерен к корпусу, погружения корпуса инструмента в слой порошка, расположенный в корнизке и т д.

Метод осаждения является, наряду с погружением в слой порошка, наиболее распространенным и осуществляется путем

взмучивания механическим перемешиванием или барбатирования порошка находящегося в ванне, а также путем погружения в электролит кисточки с налипшими зернами алмаза в процессе предварительного контакта с порошком.

Недостатками инструмента, изготовленного таким способом, является высокий расход алмазов, недостаточные эксплуатационные показатели, невозможность регулирования концентрации алмазов для конкретных условий обработки.

Частично эти недостатки устранены способом изготовления по патенту Японии № 56-42429. Согласно этому способу для регулирования распределения зерен алмаза или эльбора на корпус инструмента к ним примешивают частицы неорганического соединения, твердостью меньшей твердости алмаза или эльбора, размерами равными зернам последних. Неорганические соедиssj

ел

4 00 О VI

нения неэлектропроводны и инертны к электролиту, в качестве таковых рекомендуются окислы, сульфиды различных металлов, например, SI02; Рв20з и т.п. Этот способ изготовления принят нами за прототип.

Недостатками данного способа изготовления инструмента применительно к варианту, когда алмазные зерна наносятся на поверхность инструмента методом осаждения из электролита смеси алмазных и абразивных зерен, плотность которых в 1,1 - 1,17 раза больше плотности алмаза, являются недостаточные эксплуатационные показатели и качество обработанной поверхности.

Это объясняется тем, что на инструменте образуются участки с преимущественно расположенными абразивными зернами. И именно эти участки предопределяют эксплуатационные показатели инструмента и пониженное качество обработанной поверхности.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных показателей инструмента и качества обработанной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления алмазного инструмента на гальванической связке путем осаждения из электролита смеси алмазных и абразивных порошков, плотностью в 1,1 - 1,17 раза большей, чем плотность алмаза, предварительного их закрепления и заращивания металлом-связкой, согласно изобретению алмазный порошок берут зернистостью в 1,2 -1,5 раза больше зернистости абразива и количество алмазов берут в 1,1 - 1,4 раза больше требуемой концентрации алмазов в инструменте.

Как уже указано было выше одним из главных условий использования неорганических соединений, в частности, абразивов, при изготовлении инструментов гальваническим способом является их неэлектропроводность. Это обеспечивает отсутствие наростов и позволяет получать покрытия равномерной толщины.

Из широкого спектра абразивов этому требованию отвечают электрокорунд и разные марки корунда. Плотность этих абразивов находится в пределах 3,9 - 4,1 г/см , в то время как плотность алмаза составляет 3,5 - 3,54, т.е., плотность абразива выше плотности алмаза в 1,1 - 1,17 раза.

Это оказывает очень большое влияние на скорость осаждения зерен в электролите, которая для зерен правильной формы пропорциональна плотности материала.

Однако, наряду с плотностью, большое влияние на скорость осаждения оказывает форма частиц. Анализ абразивных зерен показал, что они имеют более неправильную

форму, чем различные марки природных и синтетических алмазов. Их различная форма проявляется также в том, что они в пограничном слое по разному парусят и отклоняются при осаждении от прямоли0 нейной траектории.

Экспериментально установлено, что для зернистостей алмазов в диапазоне 40/28 - 500/400 равномерного осаждения смеси алмазов и абразивов (электрокорунда

5 и корунда) можно добиться если зернистость алмаза в 1,2- 1,5 раза больше зернистости абразива. При этом, чем крупнее зернистость алмазов, тем меньше разница с соответствующей зернистостью абразива.

0 Если для зернистости алмазов 40/28-63/50 зернистость абразива, как показали эксперименты, должны быть в 1,5 раза меньше, то для зернистостей 200/160 - 500/400 эта разница должна составлять 1,2 раза.

5 Важным достоинством заявляемого способа изготовления является возможность регулирования концентрации алмазов в инструменте. Обычно при нанесении зерен из алмазных порошков относитель0 ная концентрация алмазов в инструменте составляет 175 - 200%. Для обработки же различных материалов требуется различная концентрация алмазов.

Путем смешивания различных долей аб5 разива и алмаза можно добиться требуемой концентрации алмаза. В то же время для обеспечения требуемой концентрации алмазов, как показали эксперименты, необходимо вносить в расчетное содержание

0 массы алмазной корректив путем увеличения ее в 1,1 - 1,4 раза. Этим снижается влияние формы зерен порошков алмазов на их равномерность осаждения.

Известно, что в соответствии с ГОСТ

5 9206-80 на порошки алмазные более высоким маркам алмазов соответствует более лучшая форма алмазов. У природных алмазов увеличивается доля изометрических зерен и их доля для алмазов марок А2 и A3

0 изменяется с 20% до 80%, а у синтетических алмазов коэффициент формы основной доли зерен в порошке изменяется с 1,3 до 1,1. Зерна же более правильной формы осаждаются быстрее и меньше парусят, витают

5 в пограничной с инструментом зоне.

Поэтому корректируют коэффициент для более низких марок алмазов (АСМ, АС6, АС15) составляют 1,3 - 1,4, а для более высоких (АСН, АС50 и выше составляет 1,1-1,2).

Известно применение различной зернистости алмазов для повышения эксплуатационных показателей инструмента. При этом достигаются различные цели, например, повышается его износостойкость за счет нанесения мелких алмазов в поверхностном слое (авт.свид. № 35168S) или повышается режущая способность за счет повышенной концентрации крупных зерен (авт.св.№ 1283067).

В нашем случае различные размеры алмазных и абразивных зерен необходимы для того, чтобы добиться равномерного распределения этих зерен при осаждении в электролите. Нам известно использование такого решения.

Способ осуществляется следующим образом.

В зависимости оттребуемой концентра- ции алмазов в инструменте, рассчитывается масса алмазов и абразивов. При этом масса алмазов увеличивается в зависимости от марки алмазов на величину 1.1 - 1,4. Выбирается зернистость абразива с учетом по- правочного коэффициента 1,2 - 1,5. Отвешиваются выбранные алмазы и абразивы и тщательно смешиваются.

Например, для инструмента требуется стопроцентная относительная концентра- ция алмазов АСМ 60/40. Поскольку средняя концентрация алмазов в инструменте, изготовленном методом гальваностегии, равня2 187,5%, то часть алмазов

100

ется

составляет в смеси

0,53. Так как

187,5

используются алмазы с пониженным содержанием основной фракции, то принимаем поправочный коэффициент равным 1,3. Тогда доля алмазов е смеси составляет 0,53 1,,689 - 0,69. Поэтому доля абразива 24А М40 в смеси составляет 0,31. При массе алмазов для смеси в 1000 карат 2,00 г, масса

200 31 абразива составит -gg- 89,9 г.

Затем смесь помещается в ванну, если используется метод взмучивания или в чашку, предварительно смачивается электролитом и с помощью кисточки наносится на инструмент.

Операции предварительного закрепления алмазно-абразивной смеси и заращива- ния металлом-связкой производятся известными методами гальваностегии.

На РЗАИ были изготовлены круги фор- мы 6A2Јf 200 мм с шириной рабочей поверхности 20 мм. Использовался сернокислый электролит, режимы закрепления смеси и заращивания использовались стандартные.

Смесь порошков на круги наносилась с помощью кисточки, которую после опускания в чашу со смесью порошков опускали в электролит. Использовался электрокорунд белый плотностью 3,95 г/см3.

Испытания кругов производились на Калининском стеклозаводе при обработке кромок стеклоизделия на станках фирмы Бибейк. Частота вращения круга 2000 об /мин. Усилие прижима - 4 кгс, сож - вода, средняя стойкость определялась по результатам испытаний 3-х кругов.

Особенности исполнения кругов и результаты испытаний приведены в таблице 1. Относительная концентрация алмазов контролировалась визуально под микроскопом путем подсчета количества зерен в поле зрения.

Приведенные данные показывают, что изготовленные в соответствии с заявляемым способом круги обеспечивают большую стойкость инструмента и более высокое качество обработки. Причем, на круге, выполненном по варианту № 4, также как и по варианту № 2, имели место отдельные участки с повышенным содержанием абразива (пятнистое покрытие), что снижает режущую способность круга и приводит к образованию сколов.

Кроме того, изготовлялись круги формы мм с отверстием #20 мм.

Круги устанавливались на настольно- сверлильном станке и прижимались с усилием 8 кгс к стеклянному образцу размерами 10 х 10 мм, расположенному в ванне с водой Контролировался съем стекла за 1 мин. работы.

Круги изготовлялись с алмазами АС15 125/100 и смеси этих алмазов и электрокорунда 24А.

Особенности исполнения кругов и результаты испытаний приведены в таблице 2.

Эти данные показывают, что и режущая способность инструментов, изготовленных согласно заявке, выше чем чисто алмазных

Применение предложенного решения для инструментов, предназначенных для обработки стекла и древесно-стружечных материалов может обеспечить эффект свы- ше 0,5 млн. руб.

Формула изобретения Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке, при котором берут смесь алмазного и абразивного порошков с плотностью, последнего в 1,1 - 1,7 раза большей плотности алмазного, помещают в гальваническую ванну, затем

осаждают, предварительно закрепляют и заращивают металлом-связкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных показателей инструмента, алмазный порошок берут зернистостью, в 1,25 -1,5 раза большей зернистости абразивного порошка, в количестве, выбираемом из следующего условия:

М-(1,1-1,4)-К,

где М - количество алмазного порошка, К - заданная концентрация алмазного инструмента.

Использование: область инструментальной промышленности и различные области техники. Сущность: способ включает смешивание алмазных и абразивных порошков, плотность которых в 1.1 - 1,17 раза выше плотности алмаза, осаждение смеси на корпус, предварительное закрепление и заращивэние металлом-связкой. Алмазный порошок берут зернистостью, в 1.2 - 1,5 раза большей зернистости абразива, и количество алмазов берут в 1,1-1,4 раза больше заданной концентрации. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2