Способ изготовления алмазного трубчатого инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК э(51) В 24 0 7/00 БРЕТ ЕЛЬСТ В. Г. ТаБеликов, ский единение роизводтехнололмазного Н.,9. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ АВТОРСКОЬЮ СВ(71) Научно-производственное объпо механизации и автоматизации пства машин для хлопководства(56) 1. Основы проектирования игия изготовления абразивного и аинструмента. Под ред. Бакуля ВМашиностроение, 1975, с. 238-23(54) (57) СПОСОБ ИЗ ГОТОВЛ ЕНИЯ АЛМАЗНОГО ТРУБЧАТОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий заращивайие алмазных зерен на подложке путем никелирования и отделение сформированного алмазоносного слоя от подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности инструмента и удержания алмазных зерен в связке, заращивание алмазных зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим - матовым - блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергают нагреву до 320 - 380 с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегавшей к подложке.Изобретение относится к изготовлению инструментов из алмазов и других сверх- твердых материалов гальваническим методом.Известен гальванический способ изготовления тонкостенных трубчатых алмазных инструментов, при котором алмазные (абразивные) зерна закрепляют на подложке и заращивают гальванической никелевой связкой на определенную величину высоты зерна с последующим отделением от подложки алмазного слоя 11).Однако инструмент, изготовленный по данному способу, недостаточно надежен в работе из-за ослабления контактной связи между алмазными зернами и гальванической связкой, из-за наличия достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое, достигающих порядка 30 - 50 кг/мм. Это приводит к преждевременному выпадению алмазных зерен из гальванической связки и потере размерной точности инструмента,Кроме того, наличие достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое обусловливает повышенную хрупкость инструмента, приводящую к частым поломкам (трещинам).Целью изобретения является повышение прочности инструмента и улучшения удержания алмазных зерен в связке.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему заращивание алмазных зерен на подложке путем никелирования и отделение формированного алмазоносного слоя от подложки, заращивание зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим - матовым - блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергаот нагреву до 320-380 С с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегающей к подложке.Прамер. (изготовление трубчатого алмазного инструмента).Поверхность цилиндрического стержня, изготовленного из инструментальной стали и выполняющего роль катода (подложки создаваемого инструмента), подвергают электрохимическому обезжириванию 5 - 10 мин, затем производят декапирование (химическое травление) в 10 О/о-ном растворе серной кислоты 1 - 2 мин с последующим пассчвированием поверхности в 2 О/о-ном растворе хромовокислого калия.Между операциями производятся промывки в проточной воде.После подготовки поверхности подложки,места, не подлежащие гальваническому покрытию, изолируют поливинилхлоридной лентой. Затем стержень погружают в корзинку из кислотоупорной ткани с синтетическими алмазами марки АСК, фракцией 80/63 мкм на глубину, соответствующую высоте рабочей части инструмента, и после загрузки вванну с сульфаминовым никеле 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 вым электролитом подключают к стержню (катоду) электрический контакт.Закрепление алмазных зерен на подложке гальванической связкой на толщину слоя 10 - 15 мкм ведется с осаждением мягких никелевых осадков при следующем режиме: плотность тока, А/дм 0,2 - 0,5; температура электролита, С 45 - 50; рН-среды 4,8 - 5,0; время определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.Заращивание алмазных зерен гальванической связкой на 4/5 величины максимального размера зерна с осаждением твердых осадков блестящего никеля ведется к сульфаминовом электролите с изменением плотности тока 2,2 - 2,5 А/дм, время процесса определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.После заращивания алмазных зерен (формирования внутреннего алмазоносного слоя) катод переносят в ванну с электролитом матового никелирования и создают на нем слой никеля толщиной 10 - 20 мкм, при этом процесс ведут при следующих режимах: плотность тока, А/дм 0,3 - 0,5; температура электролита, С 45 - 50; рН среды 4,8 - 5,0; время процесса определяется заданными параметрами.Затем катод переносят обратно в ванну с сульфаминовым никелевым электролитом, погружают в приспособление (корзинку с алмазами) и формирование внешнего алмазоносного слоя производят аналогично формированию внутреннего алмазоносного слоя.При изготовлении многослойного трубчатого алмазного инструмента операции повторяют в указанной последовательности, доводя толщину алмазоносного слоя до требуемой. Одновременно с формированием на катоде алмазоносного слоя формируется и безалмазная часть инструмента.Общее время процесса формирования алмазоносной части инструмента составляет 270 - 450 мин в зависимости от фракции алмазных зерен и требуемой толщины алмазоносного слоя.После выполнения указанных операций сформированный алмазоносный слой отделяют от катода, при этом достаточно легкое разделение их происходит за счет пассивирующей пленки, созданной в процессе подготовки поверхности катода, резко снижающей адгезию между алмазоносным слоем и поверхностью катода. Затем алмазоносный слой инструмента подвергают термической обработке, для чего инструмент закрепляют верхней нерабочей безалмазной частью во фланце, по которому подается вода с таким расходом, чтобы заполнить всю внутреннюю полость инструмента, тем самым обеспечив интенсивное охлаждение внутреннего алмазоносного слоя.100613После этого рабочая часть инструмента (алмазоносный слой) вводится в индуктор источника ТВЧ с частотой 440000.Гц,обеспечивающего глубину прогрева 0,05 -0,15 мм, при этом высота (длина) индуктора составляет 0,8 - 0,9 высоты (длины) внешнего алмазного слоя,Затем включают обогрев и в течение1 - 1,5 с производят нагрев внешнего алмазоносного слоя до 350+ 30 С, тем самымобеспечивая выполнение для этого слоя1 Ооперации отпуска, при этом внутреннии алмазоносный слой остается холодным засчет интенсивного отвода тепла от негопроточной водой, а температура промежуточного слоя составляет 150 й 30 С, чтообеспечивает частичное старение этогослоя.В результате проведенной термическойобработки в рабочей части инструмента создается определенная напряженная схема,характеризующаяся следующими параметрами:- внешний алмазоносный слой, в котором прошли остаточные деформации - растянут, при этом вектора напряжений в немнаправлены по радиусу к центру инструмента, т, е. растягивающие напряженияпереходят в-напряжения сжатия, величинакоторых больше величины первоначально озданных растягивающих напряжений;- во внутреннем алмазоносном слое, вкотором за счет интенсивного отвода теплане прошли никакие термические превраще- ЗОния, вектора напряжений направлены порадиусу к внешнему алмазоносному слою,т. е. растягивающие напряжения в нем понаправлению и величине остаются без изменения;35- промежуточный слой частично отпущенный (состаренный) воспринимает на: грузку векторов, внешнего и внутреннегоалмазоносных слоев, при этом растяги 99 вающие напряжения в нем переходят в напряжения сжатия с незначительным изменением их величины.Оценка напряжений в каждом из слоев рабочей части инструмента, произведенная по стандартной методике, свидетельствует о правильности построенной схемы и дает следующие числовые значения напряжений с указанием направлениях их величины: во внешнем слое 20 - 35 кг/ммз (+); во внутреннем слое 5 - 20 кг/мм ( - ); в промежуточном слое 5 - 8 кг/ммз (+).Благодаря растянутому внешнему алмазоносному слою, стремящемуся к сжатию, некоторому уравновешиванию напряжений в промежуточном слое и сжатому внутреннему слою, так как суммарная величина напряжений сжатия во внешнем алмазоносном слое и промежуточном слое превышает величину растягивающих напряжений во внутреннем алмазоносном слое, в рабочей части инструмента (алмазоносном слое) создается благоприятное объемно- напряженное состояние, позволяющее значительно упрочнить гальваническую связку с одновременным повышением степени алмазоудержания в ней, тем самым повышая как надежность, так и долговечность инструмента.Способ изготовления алмазного инструмента по сравнению с известными способами повышает работоспособность и износостойкость инструмента за счет упрочнения связки и повышения степени алмазоудержания в ней; позволяет изготавливать тонкостенный инструмент с двух-и многослойным алмазосодержащим. покрытием с высокими прочностными характеристиками; повышает размерную стойкость трубчатого алмазного инструмента за счет создания благоприятного объемно-напряженного состояния в алмазоносном слое.Составитель Н. Балашова Редактор П, Коссей Техред И. Верес Корректор А. Гриценко Заказ 2012/27Тираж 793 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4