Состав для изготовления алмазных инструментов

Союз СоветскииСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВЕИтЯНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Опубликовано 30.07.82, Бюллетень Юя 28Дата опубликования описания 30 .07.82 яо делам изабретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский:и конструкторскотехнологический институт природных алмазов и-инструмента(54) СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ1Изобретение относится к изготовлению абраэивногс инструмента.Известен сос ав для изготовления алмазных инструментов, включающий связующее и в качестве абразива смесь иэ синтетических монокристаллических и природных алмазов1 .Основным недостатком такой смеси является невозможность использования при изготовлении алмазного инструмента всей гаммы существующих связок и технологических процессов, так как термостойкость, а во многих случаях и прочность синтетических монокристаллических алмазов, успупает природ ному сырью.Применение этой смеси в определенных условиях обеспечивает достаточно высокую работоспособность инструмента, что объясняется структурными осо- ро бенностями входящих в ее состав алмазов. Монокристаллические алмазы представлены в основном отдельными кристаллами, которые, несмотря на высо 2кую 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 моно- кристаллических алмазов. Термостойкость этих алмазов ниже, чем у природных и некоторых типов синтетических поликристаллических (например, поликристаллических алмазов типа СВ). По этой причине невозможно использо з 9 ч 68 вать эти смеси для изготовления инструмента на высокотемпературных связках, которые являются наиболее износостойкими из всех известных в настоящее 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 10 объем камнеобрабатывающего инструмента, работающий в сильно агрессивных абразивных средах. Температуры спекания этих связок более 1100 С, Так как термостойкость монокристаллицес ких синтетических алмазов значительно ниже указанных значений температур, то их смесь с термостойкими поли- кристаллическими 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 вы ходят за пределы порога термостойкости синтетических монокристаллицеских алмазов (обычно 700-800 С). Инструменты, изготовленные на низЗОкотемпературных связках, рекомендуются для обработки материалов относительно невысокой твердости и абраэивности, При работе в крепких абразивных материалах они показывают низкуюстойкость. Кроме того, изготовлениеинструментов на низкотемпературныхсвязках осуществляется обычно по менее технологичным процессам (горячеепрессование, горячая допрессовка ич 1т.д,), которые по производительностии трудоемкости уступают процессам изготовления инструмента на высокотемпературных связках способом пропиткив проходных печах,В связи с тем, что инструменты нанизкотемпературных связках имеют ограниченное применение, нет необходимости использовать в них смеси синтетических монокристаллических и природных алмазов в широкомдиапазоне,По этой причине соотношение алмазовнаходится в относительно низких пределах,Указанные недостатки состав из смеси синтетицеских монокристаллических 55и природных алмазов, заключающиеся вюограничении температуры спекания,сдерживают широкое распространение 98 4инструментов на их основе. Это ограничение обуславливает невозможностьиспользования широкой гаммы связоки соотношений монокристаллицеских иприродных алмазов в смеси.Цель изобретения - расширение номенклатуры используемых связок,Для достижения укаэанной цели всоставе, выполненном из различных алмазов и связки, смесь состоит из природных монокристаллицеских и синтетических поликристаллических алмазов,взятых в соотношение от 1;ч до 1;1,Внедрение в производство смеси природных и синтетических поликристаллических алмазов, имеющих равную термостойкость, позволяет изготавливатьинструмент по любой принятой технологии на всей известной гамме связок,Такими смесями могут оснащаться алмазные инструменты на органических,керамических и металлических связках беэ ограничения способа их изготовления (гальванический, горячеепрессование, холодное прессование споследующим спеканием или пропиткойи т.д,),Температуры термической обработкимогут быть любые, принятые при изготовлении алмазного инструмента, в томчисле высокие, необходимые для получения износостойких связок. Использование при изготовлении инструментов смеси природных и синтетических поли- кристаллических 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. Поликристаллицеские 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 монокристаллицеских и синтетических поликристаллицеских5 468 алмазов позволяет наиболее рационально испольэовать 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, 4:1 и 6:1.Обработке подвергались три вида 20 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 эф из природных алмазов и имеющий те же характеристики,Проведенные экспериментальные исследования позволяют установить, что легкоразрушаемые материалы (известняки, ракушечники, некоторые виды не- металлов 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 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, 1 О и 40, 25 и 25 кар). Все опыт. ные и серийные круги содержат по 50 кар алмазов и изготавливаются на связке М 50 при усилии холодного пресХ сования твердосплавной смеси 1 тс/см и подвергаются последующей пропитке медью при 1125 С. испытания кругов проводятся при равной производительности, а за критерий оценки принимают расход алмазов и чистота реза. Наилучшие показатели имеет круг с соотноше" нием природных и синтетических алмазов 1:4, У него минимальный расход алмазов и достаточно высокое качест" во реза, У круга с большим содержанием55 синтетических алмазов наблюдается нарушение целостности нижней кромки и скол материала при выходе инструмента из пропила. Опытный круг с равным 98 бсодержанием природныхф и синтетическихалмазов и серийный имеют несколькоповышенный расход алмазов иэ-за повышенной хрупкости природного сырья ихудшего удержания его в связке.Для обработки гранитов изготовленытакже сегментные круги диаметром500 мм на связке М 50 с соотношениемприродных и синтетических алмазовСВ 1:4, 1:1 и 4;1 (режимы их изготовления такие же, как у инструментапредыдущей партии),При испытании лучшие результатыполучены на кругах с соотношением алмазов 1:1 (по 25 кар каждого видасырья). 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 35-403.Обработку бакоров производили шлифовальными кругами АПП диаметром400 мм. Круги изготавливают на связЯ.ке М 1 (усилие прессования 1,5 тс/смтемпература спекания 700 С) . Опытныеокруги оснащают смесью природных и синтетических поликристаллических алмазов АСПК. Соотношение их в смеси следующее: 1:1, 4;1 и 6:1, Наихудшие результаты получены при эксплуатациикруга, выполненного иэ смеси взятогов. соотношении 1:1. Этот круг не обеспечивает требуемого сьема бакора эапроход, эасаливается и при работеим наблюдается повышенное потребление мощности. Остальные круги, в томчисле серийные, имеют примерно равные показатели работы (опытный круг,содержащий 20 по весу ЯСПК, требовалнекоторой подзаточки).Обработка бакора показала, что втруднообрабатываемых материалах нетнеобходимости использовать смеси ссодержанием поликристаллических алмазов более, чем 203.916898 Формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 11 338568 ч,кл 51-298, 1968.Тираж 886 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Иосква, И, Раушская наб., д. /5 Заказ 528/25 филиал ППП 1 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,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 смесисочетается с достаточно высокой стойкостью инструмента, в том числе кударным нагрузкам. При обработке иск Олючительно прочных искусственных литых камней, типа бакоров, соотношениемонокристаллических и поликристаллических алмазов составляет М;1.Высокое содержание монокристаллических алмазов в такой смеси обеспечивает необходимую производительностьэтих труднообрабатываемых материалов,Указанное соотношение (от 1;4 до ч;1)монокристаллических и поликристаллических алмазов позволяет обрабатыватьширокую гамму материалов и повыситьстойкость инструмента.Использование предлагаемого состава, содержащего смесь природных 25монокристаллических и дробленых синтетических поликристаллических алмазов, обеспечивает возможность изготавливать алмазный инструмент всеми известными способами с применением различных типов связок, в томчисле износостойких с высокими температурами спекания. Применение состава расширяет область примененияалмазного инструмента и повышаетстойкость инструмента за счет специального состава смеси алмазов. Состав для изготовления алмазных инструментов, состоящий из связующего и абразивасмеси природных и синтетических алмазов, о т л и ч а ющ и й с я тем что, с целью расширения номенклатуры используемых связок, в качестве абразива введена смесь природных монокристаллических и синтетических поликристаллических алмазов с соотношениями их по весу 1:1- Й:1.