Способ изготовления алмазного инструмента

(71) Институт проблем надежности и долговечностимашин(56) Авторское свидетельство СССР й 1175079, кпВ 240 3/10, 1985.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГОИНСТРУМЕНТА(57) Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к производству алмазного инструмента, Целью изобшение зксплуатационных свтем обеспечения равномесодержащего слоя по впредусматривает предваршихты на корпусе инструменой засыпки разделенныхалмаза и металлической свпроцеса спекания в формахбилизации, обеспечиваемойнагрева (1-3)10 град и оэлектрического напряжения СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)и) ОПИСАНИЕ ретения является повыойств инструмента пурного прогрева алмазо- сему объему. Способ ительное формование нта путем одновременмежду собой порошков язки и осуществление из температурной стапри величине скорости пределенной величине 2 табл1795610 хр(-т Р 1 )НРф 31-Иа Изобретение относится к технологиимашиностроения, в частности к способамизготовления алмазного инструмента,Известен способ нанесения алмазосодержащих покрытий, включающий 5предварительное приготовление алмазосодержащей шихты, нанесение ее на рабочуюповерхность и припекание посредствомпрямого пропускания электрического тока плотностью 0,3 - 1,5 кА/мм при скваж2ности 0,25 - 1,0 с приложением давления10-50 МПа.Недостатком указанного способа являются: неравномерность Физико-механических и эксплуатационных свойств 15алмазосодержащего слоя по сечению, ввидутого, что невозможно избежать явления"флотации" алмазных зерен в условиях реального производства, которое, в свою очередь, сказывается на равномерности 20распределения источников тепловыделенияв слое и равномерности его прогрева,КТ 1.зспгдемОеазгде в - масса, С - теплоемкость,.йвл - кон- З 5 центрация, р - удельное сопротивление, Р - давление, Тс - температура спекания металлической связки, По - начальная пористость, 1 О - начальная высота алмазосодержащего слоя, ь - время нагрева, Я - 40 площадь поперечного сечения, О - коэффициент диффузии, а - среднее значение постоянной решетки алмаза, Е - среднее значение размера зерен, К - постоянная Больцмана,-коэффициент вязкости, ин дексы "м" и "ал" относятся, соответственно к металлической связке и алмазу.Способ реализуется следующим образом.. Засыпку алмазного порошка и металлической связки, разделенных между собой, производят послойно, равномерно распределяя их по сечению слоя. Формование слоя осуществляют в специальных формах, вцполненных иэ теплоизоляционных материа лов. Процесс формования производится верхним электродом-пуансоном, имеющим форму торцовой поверхности получаемого слоя, и может осуществляться в несколько Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств инструмента за счет равномерного прогрева алмазосодержащего слоя,Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления алмазного инструмента, при котором формуют алмазосодержащую шихту на корпусе, инструмента и спекают ее прямым пропусканием электрического тока с приложением давления, формование шихты осуществляют путем послойной засыпки на корпус инструмента порошков алмаза и металлической связки, при этом корпус предварительно устанавливают в форму из теплоизоляционного материала, а спекание проводят в режиме температурной стабилизации, обеспечиваемой при величине скорости нагрева (1 - 3) 10 град/с и величине электрического напряжения, выбираемой из соотношения; этапов. После этого между электродами пропускается электрический ток, При этом происходитнагрев шихтц, спекание порош- . ковых частиц металлической связки и припекание слоя к корпусу инструмента.Под подслойной засыпкой подразумевается поочередная подача абразивного материала и материала связки в форму,При этом материалы связки и абразива находятся в разных бункерах. Такая укладка позволяет размещать абразив в требуемой последовательности, обеспечивая равномерный прогрев покрытия по всему обьему и стабилизируя режущие свойства слоя по мере износа,Кроме того, выполнение за один прием операции смешивания шихты и ее засыпки сокращает длительность процесса изготовления инструмента.Использование форм из теплоизоляционных материалов (асбоцемент, керамика) дает возможность уменьшить теплоотдачу из зонц спекания и при этом увеличить скорость нагрева припекаемого слоя.Способ позволяет существенно снизить градиент температуры в слое и обеспечить вцход на изотермический режим в области температуры спекания материала металлической связки.1795610 Таблица 1Влияние скорости нагрева на физико-механические свойства алмазосодержащего слоя При злектроконтактном нагреве процесс можно разделить на две стадии. Напервой. стадии происходит резкий скачоктемпературы, на втором этапе, ввиду "отсо- .са" тепла в электроды, деталь, окружающую 5среду наступает стабилизация температуры,Установление теплового баланса науровне температуры спекания связки навтором этапе нагрева достигается соответствующим выбором значений технологических параметров процесса спекания,применением послойной засыпки шихты,позволяющей производить равномерныйпрогрев слоя, и применением форм из теплоизоляционных материалов, способствующих минимальным тепловым потерям,Последний фактор дает воэможность пренебречь тепловым потоком в стенки формпри теоретическом расчете теплового балэнса процессов.Граничные значения скорости нагреваопределены на основе экспериментальныхисследований с использованием различныхметаллических связок с температурой спекания от 850 С до 1200 С при условной концентрации алмазов в исходной шихте от12,5 до 150 ф . При этом было установленочто при скорости нагрева меньше 1 10град/с происходит интенсивный процесс 30графитизации алмазов(свыше 1520) изза увеличивающейся продолжительностипроцесса нагрева, а при:нагреве со скоростью больше 3 10 град/с снижается качество спекаемого алмазосодержащего слоя 35вследствие выплесков материала связки,растрескивания слоя, которое происходитпод действием возросшего теплового удара(см,. табл. 1),40 Способ иллюстрируется на примере из-: готовления алмазного трубчатого сверла 14 мм. В качестве абразива использовался алмазный порошок АС 32 400/315, в качестве связки применялся порошок никеля. Формы изготовлялись из асбоцемента, электроды из меди. Процесс производился на контактной сварочной машине МШв точечном режиме, оснащенной специальным бункером для послойной засыпки шкхты, Принимались следующие параметры процесса: давление на электродах - 750 кг/см. Скорость нагрева 1000 град/с, темпераура спекания - 900 ОС.Кроме того переменные нагрузки и температурный режим при сверлении вызывают снижение стойкости инструмента (см, табл. 2).Из результатов испытаний следует, что инструмент, изготовленный данным способом, превосходит инструмент, изготовленный традиционными способами, по основным техническим показателям,Кроме того, технология изготовления алмазного инструмента значительно упрощается, т.к, раздельная засыпка позволяет полностью исключить длительную операцию по приготовлению шихты и осуществлять точную дозировку дорогостоящего алмазного сырья, а сам инструмент, изготовленный по данномуспособу, обеспечивает более качественную обработку твердых и сверхтвердых материалов.Помимо этого, данный способ позволяет получать толстослойные окрытия, поскольку за счет температурной стабилизации снижается градиент физико-механических свойств в алмазосодержащем слое.1795610 Таблица 2 ки; е а Составитель Н,балашТехред М,Моргентал Редакто орректор М,Самборская каэ 27,1 Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина Формула изобретенияСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при котором формуют елмазосодержащую шихту на корпусе инструмента и спекают ее прямым пропусканием электрического тока с приложением давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств инструмента эа счет равномерного прогрева алмазосодержащего слоя, формование шихты Осуществляют путем послойной засыпки на корпус инструмента порошков алмаза и металлической свяэкй, при этом корпус предварительно устанавливают в форму из теплоизоляционного материала, а спекание проводят в режиме темпера-.: турной стабилизации, обеспечиваемой при величине скорости нагрева (1-3)10 град/с и величине электрического напряжения, выбираемой из соотноше- ни где вм - масса металлической свяэвел - масса алмаза;,См - теплоемкость связки;Сел - теплоемкость алмаза;Тсп - температура спекания металлической связки;Р - давление при спекании;ри - удельное сопротивление метал. лической связки;Поначальная пористость алмазоНОСНОГО СЛОЯ;о - начальная высота алмазоносногослоя;сн - время нагрева;8 - площадь поперечного сечения алмаэоносного слоя;О - коэффициент диффузии;.а - среднее значение постоянной решетки алмаза;. - среднее значение размера зереналмаза;К - постоянная Больцмана;Йал - концентрация алмаза;м - коэффициент вязкости металлической связки,