Состав для изготовления алмазных инструментов Советский патент 1982 года по МПК B24D3/00 

(5) СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента. Известен состав для изготовления алмазных инструментов, включающий свя з.ующее и в качестве абразива смесь из синтетических монокристаллических и природных алмазов 1 . Основным недостатком такой смеси является невозможность использования при изготовлении алмазного инструмента всей гаммы существующих связок и технологическ х процессов, так как термостойкость, а во многих случаях и прочность синтетических монокристаллических алмазов, успупает природному сырью. Применение этой смеси в определенных условиях обеспечивает достаточно высокую работоспособность инструмента, что объясняется структурными особенностямивходящих в ее состав алмазов. Монокристаллические алмазы представлены в основном отдельными кристаллами , которые, несмотря на высокую твердость, имеют большую хрупкость. Поликристаллы - это совокупность мелких кристаллов алмаза, сросшихся между собой или соединенных друг с другом каким-либо связывающим материалом, обычно металлом. Они отличаются от монокристаллических алмазов, в том числе природных, повышенной статической и динамической прочностью (по прочности на сжатие до двух раз), но пониженной режущей способностью. Наличие в смеси алмазов различных морфологических форм и прочности позволяет повысить работоспособность инструмента. Однако указанный состав обладает значительным недостатком, который состоит в низкой термостойкости синтетических монокристаллических алмазов. Термостойкость этих алмазов ниже, чем у природных и некоторых типов синтетических поликристаллических (например, поликристаллических алмазов типа СВ). По этой причине невозможно использовать эти смеси для изготовления инструмента на высокотемпературных связках, которые являются наиболее изно состойкими из всех известных в насто щее время, так как основой их служат высокотвердые карбиды тугоплавких металлов - в большинстве случаев вольфрам. На таких связках выпускается практически весь буровой и правящий инструмент, а также основной объем камнеобрабатывающего инструмен та, работающий в сильно агрессивных абразивных средах. Температуры спекания этих связок более . Так как термостойкость монокристаллических синтетических алмазов значительн ниже указанных значений температур, то их смесь с термостойкими поликристаллическими алмазами исключает возможность изготовления инструментов на высокотемпературных связках. Этот фактор значительно ограничивает область применения таких смесей, и они используются только со связками, температуры спекания которых не выходят за пределы порога термостойкости синтетических монокристалличес ких алмазов (обычно 7ClO-800°C) . Инструменты, изготовленные на низ котемпературных связках, рекомендуют ся для обработки материалов относительно невысокой твердости и абразив ности. При работе в крепких абразивных материалах они показывают низкую стойкость. Кроме того, изготовление инструментов на низкотемпературных связках осуществляется обычно по менее технологичным процессам (горячее прессование, горячая допрессовка и т.д.), которые по производительности и трудоемкости уступают процессам из готовления инструмента на высокотемпературных связках способом пропитки в проходных печах. В связи с тем, что инструменты на низкотемпературных связках имеют ограниченное применение, нет необходимости использовать в них смеси синте тических монокристаллических и природных алмазов в широкомдиапазоне. По этой причине соотношение алмазов находится в относительно низких пределах. Указанные недостатки состав из сме си синтетических монокристаллических и природных алмазов, заключающиеся в ограничении температуры спекания, сдерживают широкое распространение инструментов на их основе. Это ограничение обуславливает невозможность использования широкой гаммы связок и соотношений монокристаллических и природных алмазов в смеси. Цель изобретения - расширение номенклатуры используемых связок. Для достижения указанной цели в составе, выполненном из различных алмазов и связки, смесь состоит из природных монокристаллических и синтетических поликристаллических алмазов, взятых в соотношение от -.k до 4:1. Внедрение в производство смеси природных и синтетических поликристаллических алмазов, имеющих равную термостойкость, позволяет изготавливать инструмент по любой принятой технологии на всей известной гамме связок. Такими смесями могут оснащаться алмазные инструменты на органических, керамических и металлических связках без ограничения способа их изготовления (гальванический, горячее прессование, холодное прессование с последующим спеканием или пропиткой и т.д.) . Температуры термической обработки могут быть любые, принятые при изготовлении агмазного инструмента, в том числе высокие, необходимые для получения износостойких связок . Использование при изготовлении инструментов смеси природных и синтетических поликристаллических алмазов позволяет значительно расширить область его применения . В зависимости от вида обрабатываемого материала должно меняться в смеси соотношение природных монокристаллических и синтетических поликристаллических алмазов. Это объясняется различием их физико-механических свойств. Первые характеризуются повышенной хрупкостью, наличием гладких поверхностей скольжения и острых режущих .кромок. Поликристаллические алмазы менее хрупкие, обладают развитой поверхностью и в процессе работы приобретают округлую форму. Эти отличия, обусловленные структурой алмазов,обеспечивают более высокую режущую способность монокристаллических алмазов, но худшее - их удержание связкой и сопротивление ударным нагрузкам. Правильно подобранные соотношения природных монокристаллических и синтетических поликристаллических алмазов позволяет наиболее рационально использовать их в инструменте. Для уточнения соотношения природных и синтетических поликристаллических алмазов подготовлены пять смесей, из которых изготавливался алмазный инструмент. Смеси и инструменты выбраны с учетом свойств обрабатываемых материалов и процессов их разрушения, а именно: для легкоразрушаемых материалов процент синтетических поликристаллических алмазов выше, для труднообрабатываемых, разрушение которых требовало больше острогранных зерен, что характерно для природного сырья - ниже. Соотношение природных и дробленых синтетических поликристаллических алмазов в смесях составляло: 1:6, 1:4, 1:1, k-. и 6:1 Обработке подвергались три вида материалов: легкообрабатываемые известняки и ракушечники, граниты средней трудности обработки и одни из наиболее труднообрабатываемых материалов - бакоры. Экспериментальные работы проводились в лабораторных условиях, которые затем проверялись на промышленных предприятиях. За базу сравнения принят аналогичный серийно выпускаемый инструмент, изготовленный из природных алмазов и имеющий те же характеристики. Для легкообрабатываемых материалов изготовлены отрезные сегментные круги диаметром 500 мм с содержанием смеси природных и синтетических алмазов СВ в соотношении 1:6, 1:4, и 1:1 (содержание природных и синтетических алмазов соответственно составляет 7 и 43, 10 и 40, 25 и 25 кар). Все опыт ные и серийные круги содержат по 50 кар алмазов и изготавливаются на связке М50 при усилии холодного прессования твердосплавной смеси 1 тс/см подвергаются последующей пропитке медью при 1125°С. Испытания кругов проводятся при равной производительности, а за критерий оценки принимают расход алмазов и чистота реза. Наилуч шие показатели имеет круг с соотношением природных и синтетических алмазов 1:4. У него минимальный расход алмазов и достаточно высокое качество реза. У круга с большим содержание cинтetичecкиx алмазов наблюдается нарушение целостности нижней кромки и скол материала при выходе инструмен та из пропила. Опытный круг с равным содержанием природных и синтетических алмазов и серийный имеют несколько повышенный расход алмазов из-за повышенной хрупкости природного сырья и худшего удержания его в связке. Для обработки гранитов изготовлены также сегментные круги диаметром 500 мм на связке М50 с соотношением природных и синтетических алмазов С.В 1:, 1:1 и 4:1 (режимы их изготовления такие же, как у инструмента предыдущей партии). При испытании лучшие результаты получены на кругах с соотношением алмазов 1:1 (по 25 кар каждого вида сырья). Повышенное содержание алмазов СВ не обеспечивает требуемой производительности, а пониженное приводит к увеличенному расходу алмазов. По сравнению с серийным кругом из природных алмазов этот круг имеет меньший расход алмазов на . Обработку бакоров производили шлифовальными кругами АПП диаметром 400 мм. Круги изготавливают на связке Ml (усилие прессования 1,5 тс/см , температура спекания 700 С). Опытные круги оснащают смесью природных и синтетических поликристаллических алма ° К. Соотношение их в смеси следующее: 1:1, 4:1 и 6:1. Наихудшие результаты получены при эксплуатации круга, выполненного из смеси взятого в. соотношении 1:1. Этот круг не обеспечивает требуемого съема бакора за проход, засаливается и при работе им наблюдается повышенное потребление мощности. Остальные круги, в том числе серийные, имеют примерно равные показатели работы (опытный круг, содержащий 20 по весу АСПК, требовал некоторой подзаточки). Обработка бакора показала, что в труднообрабатываемых материалах нет необходимости использовать смеси с содержанием поликристаллических алмазов более, чем 201. Проведенные экспериментальные исследования позволяют установить, что легкоразрушаемые материалы (известняки , ракушечники, некоторые виды неметаллов и т.д.) могут успешно обрабатываться инструментом, выполненным из смеси природных и синтетических поликристаллических алмазов в соотношении , доходящим до 1:4. Такое соотношение монокристаллических алмазов к поликристаллическим обеспечивает необходимую режущую способность инструмента и чистоту обрабатываемой поверхности . В более крепких материалах, например, при резке гранитов отрезными кругами, это соотношение равно 1:1. Хорошая режущая способность такой смеси сочетается с достаточно высокой стойкостью инструмента, в том числе к ударным нагрузкам. При обработке исключительно прочных искусственных литых камней, типа бакоров, соотношение монокристаллических и поликристаллических алмазов составляет 4:1. Высокое содержание монокристаллических алмазов в такой смеси обеспечивает необходимую производительность этих труднообрабатываемых материалов, Указанное соотношение (от 1:4 до 4:1) монокристаллических и поликристаллических алмазов позволяет обрабатывать широкую гамму материалов и повысить стойкость инструмента. Использование предлагаемого состава, содержащего смесь природных монокристал/ ческих и дробленых синтетических поликристаллических алмазов, обеспечивает возможность изготавливать алмазный инструмент всеми известными способами с применением различных типов связок, в том числе износостойких с высокими температурами спекания. Применение состава расширяет область применения алмазного инструмента и повышает стойкость инструмента за счет специального состава смеси алмазов. Формула изобретения Состав для изготовления алмазных инструментов, состоящий из связующего и абразива - смеси природных и синтетических алмазов, отли чающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры используемых связок, в качестве абразива введена смесь природных монокристаллических и синтетических поликристаллических алмазов с соотношениями их по весу 1-4 4:1. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США W 3385684, кл. 51-298, 1968.