Способ изготовления алмазосодержащих изделий сложной формы

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 11 В 22 ЗОБРЕТЕНИЯ ПИСА ИДЕТ ЕПЬСТВ АВТОРСКОМ ны,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента(54)(57)СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРИАЩПХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, включающий формонание в пресс-форме ЯО 10888 изделий с режущими кромками с использованием деформируемой подушкии горячее прессование отформованного изделия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияпрочности режущих кромок, передформованием изделия в пресс-формупредварительно засыпают материал подушки и прессуют пуансоном при давленин 0,2-0,7 давления горячего прсования, при этом пуансон устанавливают таким образом, чтобы впадисоответствующие по форме режущимкромкам изделия, были расположены понаправлению прессующего усилияпричем в качестве деформируемой подушки используют материал не спекающийся при температуре горячегопрессования и обладающий лучшей пресуемостью, чем материал изделия.Изобретение относится к производству износостойкого или алмазноабраэинного инструмента, н частности инструмента, изготавливаемого из гранулиронанных твердоспланных порошковили алмазометаллических гранул.Известен способ формования изделий сложной формы, например тиглейиз порошков тугопланких металлов,заключающийся в том, что внутренняяполость тигля формуется с помощьюрезиновой закладной детали - подушки. При этом давление пресса, приложенное.к верхнему пуансону, передается через прессуемый порошокна резиновую подушку, укрепленнуюна нижнем пуансоне. Резиновая подушка, сжимаясь, поэволяет равномернопропрессовать все части изделия, чтогарантирует его качество при последующем спекании Г 1 1.Недостатком данного способа является относительно низкая прочность изделия, так как при обычном спекании подобных изделий пористость составляет 30-507. Горячее прессованиеэтих изделий невозможно иэ-за применения подушки иэ резины,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигае- Зомому результату является способ изготовления алмазосодержащих изделийсложной формы, заключающийся в том,что сначала формуют иэделие с помощью жесткого пуансона или эластичнойоболочки, а затем осуществляют горячее иэостатическое прессование изделия с помощью подушки. В качествематериала подушки применяют графитовую крошку, кварцевый песок2 . 4 ООднако для известного способа ха"рактерным является низкая прочностьострых вершин и кромок у изделийсложной формы из-эа недостаточнойпропрессовки острых углов и вершин, 45в результате чего в этой части изделия образуется жесткий каркас изопирающихся друг на друга частицподушки, который препятствует прс, прессовке.Цель изобретения - повышение прочности режущих кромок.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготонле".ния алмазосодержащих изделий сложной формы, включающему формование55в пресс-форме иэделий с режущимикромками с использованием деформируе"мой подушки и горячее прессонание отформованного изделия, перед формованием изделия в пресс-форму предварительно засыпают материал подушки и прессуют пуансоном при давлении 0,2-0,7 давления горячего прессования, при этом пуансон устанавливают таким образом, чтобы впадины, соответствующие по форме режущим кромкам изделия, были расположены по направлению прессующего усилия, причем в качестве деформируемой подушки используют материал не спекающийся при температуре горячего прессования и обладающий лучшей прессуе" мастью, чем материал иэделия.На фиг.1 изображена сборка прессформы, подготовленная к формованию подушки; на фиг. 2 - то же, к горячему прессованию алмазнометаллического изделия.Способ осуществляют следующимобразом.В графитовую форму, состоящую из цилиндрической обоймы 1, устанавливают пуансон 2 фигурной формы, рабочая часть которого соответствует рабочей части изделия (в данном случае имеется ввиду конический резец для проходческого комбайна 1, и заполняют свободную полость обоймы мелкозернистым(порошок, пудра 1 или тонковолокнистым (вата, волокновысокотемпературным материалом 3, например, порошком гексагонального нитрида бора, волокном асбеста, минеральнай ватой. Этот материал должен выполнять роль мягкого пуансона-подушки. Материал подушек должен иметь большую, чем материал изделия температуру спекания (1800-2000 С, иметь больший насыпной объем; должен легко поддаваться прессованию в холодном виде и дополнительному уплотнению при горячем прессовании под" даваться многократному использованию, иметь большую дисперсность (менее 5 мкм), не вступать во взаимодействие с материалом пресс-формы и спекаемого изделия. Всеми этими свойствами в наиболее полной степени обладает порошок гексагонального нитрида бора. Прессуемое изделие состоит из зерен алмазов и порошков твердо- сплавных смесей ВКВК.Подушка уплотняется с помощью пуансона 4. Степень уплотнения определяется нагрузкой, составляющей 0,2-0,7 от давления горячего прессо- вания и изменением высоты прессовкина 20-707 Уплотнение прессовки не должно быть полным, чтобы при последующем горячем прессовании возможно было еще одно уплотнение.При предварительном уплотнении пуансона-подушки, меньшим 0,2 от давления горячего прессования пуансон становится непрочен, не способствует формованию заданного иэделия и кроме того, при горячем прессовании рабочая часть изделия не получает необходимого избирательного уплотнения и повышения прочности на рабочей поверхности.При предварительном уплотнении пуансона-подушки, большим чем 0,7 от давления горячего прессования пуансон становится слишком прочным и плотным, что снижает эффект избирательного изменения его размеров при горячем прессовании в связи с чем уменьшается степень пропрессовки и упрочнения выступающих частей изделия, Из обоймы 1 извлекают пуансон 4 и в освободившуюся полость вставляют графитовый пуансон 5. В исходном положении этот пуансон частично выступает над обоймой. Величина выступания выбирается такой, чтобы при последующем горячем прес- совании данный пуансон опустился в обойму эаподлицо. При этом должны достигаться заданные уплотнения изделия и подушки.Из обоймы 1 извлекают фигурный пуансон 2, переворачивают пресс-фор- З 5 му освободившейся полостью вверх и засыпают в эту полость алмазотвердосплавные гранулы б шарообразные тела, состоящие из алмазных зерен, окруженных оболочками заданной толщины из порошков твердосплавных смесей). В контакте с отформованной подушкой засыпанные в пресс-форму гранулы принимают форму изделия, Гранулы подпрессовывают пуансоном 5,уда 45 ляют его, и в освободившуюся полость на гранулы устанавливают второй графитовый пуансон 5, который тоже выступает над обоймой 1 на величину, необходимую для заданного уплотнения изделия при горячем прессовании.Сборку из обоймы 1, пуансонов 5, гранул б и подушки переворачивают и вставляют в нагревательную рубашку 7 фиг,2, туда же вставляют вспо 55 могательные прессующие пуансоны 8.Пресс-форму, собранную так, как показано на фиг.2, помещают на плиты,пресса, оборудованные нагревательнымустройством (высокочастотный индуктор, водоохлаждаемые медные или графитовые плиты, через которые про- . пускают ток 1, Включают нагрев, подают давление и производят горячее прессование изделия из алмаэотвердо сплавных гранул. По мере уплотнения и спекания изделия происходит перемещение пуансонов 5 и 8. Уплотнение продолжают до тех пор, пока пуансоны 5 не войдут полностью в обойму 1 и пока одновременно пуансоны 8 не опустятся.на обойму 1 до упора, При этом в рабочем объеме пресс-формы будут происходить следующие процессы. С началом перемещения пуансона 5 происходит уплотнение верхней части подушки. При дальйнешем .перемещении пуансона уплотнение подушки с верхней ее части начнет.распространяться на глубину и достигнет вершины конусной части алмазоносного изделия, В связи с тем, что прессу-.емость материала изделия ниже, чем материала подушки (материал подушки подбирается с учетом этого фактора), давление прессования начинает концентрироваться на вершинеконуса, затем на остальной частиконуса и по мере перемещения пуансона 5 - на всем изделии. Но наибольшая нагрузка сохранится на конусной части изделия на весь периодгорячего прессования и, следовательно, вершина конуса будет иметь наибольшую плотность, прочность и твер.дость. В остальной части конуса и те.ла резца показатели этих характеристик будут постепенно уменьшаться отвершины к основанию конуса. Таким образом, изделие, в данном случае конусный резец, получает максимально возможную прочность и износостойкость, как это требуют условия его эксплуатации на вершине конуса. Подобным образом можно изготавливатьлезвийный инструмент, применяя приэтом не только алмаэотвердосплавные,но твердосплавные и другие композиции,После завершения процесса горячего прессования пресс-форму разбирают, извлекают из нее готовое иэделие и подушку. Материал подушки протирают через сито и используютдля следующего иэделия.Большое значение для избирательного придания прочности рабочей час108888.3 Заказ 2782/1Подписное раж 775 ти изделия является его правильнаяориентация относительно направленияподачи давления. Вершина конуса,лезвие резца или другие рабочие части изделия должны быть направлены в 5сторону подачи уплотняющей нагрузки,только в этом случае при описанныхвыше условиях на этих элементах изделия концентрируются уплотняющиенагрузки,П р и м е р. Изготовляют конусный алмазотвердосплавный резец илианалогичный резец из твердосплавныхпорошков,Размеры резца: диаметр 9 мм, высота 12 мм, высота конусной части5 мм, угол конуса 60-90 . Составсвязки - смесь ВК. АлмазыА 400/315. Порошковая твердосплавная связка в специальной установке 20накатана на алмазы, получены алмазотвердосплавные шарики-гранулы. Связка для твердосплавных резцов безалмазов также должна гранулироваться. В качестве материала для деформируемого пуансона - подушки использован порошок гексагонального нитрида бора, зернистостью 1-5 мкм. Детали пресс-формы графитовые, Нагрузкана пуансон 4 при формовании подушкис изменением ее высоты на 20%величина уплотнения ) составляет 20 кг/см 2с изменением высоты на 703 - 50 кгс/см,Нагрузка на пуансоны при горячем,прессовании иэделия должна состав"лять 100-120 кгс/см. Температура го 35 рячего прессования 1450 С, Выдержка при температуре горячего прессования 2 мин, Скорость нагрева до температуры горячего прессования 700 а900 С в мин, скорость охлаждения500-700 С в мин. Выдержка под давлением 100-120 кгс/см 2 производитсядо охлаждения пресс-формы до 200 о400 С. Степень предварительного уплотнения подушки в пределах 20-703влияет на форФу конуса в готовомизделии.Осмотр изделий, изготовленныхизвестным способом, показал, чтоверхняя половина конуса на высоте3-4 мм плохо пропрессована, имееткрупнозернистую структуру, легкоподается разрушению, из-за низкойпрочности не позволяет произвестиизмерение твердости. Остальная частьизделия хорошо пропрессована, имеетмелкозернистую структуру излома ипримерно одинаковую твердость равную ННЛ 80-85,Осмотр изделий, изготовленныхпредлагаемым способом, показал, чтоконусная часть изделия плотная, прочная, мелкозернистая, твердость вблизи вершины конуса равна НВА 88-86,по мере удаления от вершины она снижается до НВА 85-83, в остальной части изделия твердость относительноравномерна и составляет НВА 85-80,Предлагаемый способ полностьюисключает брак изделий по их конусной части. филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная,