Алмазное сверло

 

Использование: при обработке отверстий в сверхтвердых минералах, керамике и высокопрочных сплавах. Сущность изобретения: алмазное сверло содержит монокристалл алмаза 1, припаянный многокомпонентным эвтектическим припоем 2, содержащим карбидообразующий компонент, к металлическому держателю 3. 1 ил.

Изобретение относится к высокопрочному инструменту специального назначения, а более конкретно к алмазным инструментам малого размера, в частности к алмазным сверлам с диаметром меньше 1 мм, предназначенным для сверления отверстий в сверхтвердых минералах, керамике и высокопрочных сплавах, в которых в качестве рабочего тела используется один или несколько монокристаллов алмаза.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является монокристаллическое алмазное сверло с диаметром 0,8 мм и выше, содержащее в качестве рабочего тела крупный монокристалл природного алмаза, обработанный таким образом, что одна часть кристалла заточена под сверло, а другая служит для закрепления сверла к держателю, причем диаметр держателя алмаза больше диаметра участка алмаза, заточенного под сверло. Недостатком таких сверл является ограниченная глубина сверления, определяемая длиной участка кристалла, заточенного под сверло, высокая стоимость и невозможность применения сверл диаметром меньше 0,8 мм из-за хрупкости алмаза.

Цель изобретения создание монокристаллического алмазного сверла с неограниченной глубиной сверления, уменьшение его минимального диаметра и повышения прочности режущих кромок.

Цель достигается тем, что в алмазном сверле в качестве рабочего тела применяется синтетический или природный монокристалл алмаза, который жестко присоединен к металлическому держателю и обработан до заданных размеров и требуемой конфигурации режущих кромок. Согласно изобретениям монокристалл алмаза присоединен к держателю пайкой многокомпонентным эвтектическим припоем, содержащим карбидообразующий компонент, а кристаллографическое направление (III) монокристалла алмаза установлено параллельно оси держателя, при этом алмаз обработан под заданный диаметр сверла и требуемую конфигурацию режущих кромок лазерным излучением, причем диаметр обработанного монокристалла алмаза перпендикулярно его оси больше диаметра держателя.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что механически прочное соединение металла держателя с алмазом в качестве рабочего тела осуществляется не механическим захватом монокристалла, а посредством образования химических связей на границе раздела металл-алмаз, в результате чего место соединения может быть локализовано на отдельных участках алмазной поверхности или на одной отдельной грани. В сверле такое соединение полностью исключает прямой контакт металлического держателя с обрабатываемым материалом, что позволяет осуществлять сверление на большую глубину, которая определяется только механическими свойствами металлического стержня и конструктивными особенностями сверла, обеспечивающими удаление отработанного материала из зоны сверления.

На чертеже показано алмазное сверло в сборе.

Алмазное сверло содержит монокристалл алмаза 1, припаянный многокомпонентным эвтектическим припоем 2, содержащим карбидообразующий компонент, к металлическому держателю 3, при этом кристаллографическое направление (III) монокристалла алмаза 1 установлено параллельно оси держателя 3, а диаметр рабочего тела перпендикулярно оси сверла больше диаметра держателя.

Алмазное сверло изготавливается следующим образом.

На металлическую основу, выполненную в виде цилиндрического или иной формы прямого удлиненного стержня держателя с плоской торцевой поверхностью со стороны припаиваемого монокристалла алмаза, наносится порошок припоя в виде суспензий на органическом клее, легко выгорающем при температуре 400^оС в вакууме. Затем на припой органическим клеем крепится предварительно ориентированный вдоль кристаллографического направления (III) монокристалл алмаза. Причем направление (III) устанавливается параллельно оси держателя для обеспечения максимальной прочности режущих кромок сверла. При пайке монокристалл алмаза удерживается в заданном положении с помощью специального приспособления. Пайка алмаза к металлическому держателю производится в инертной среде или в вакууме 1,3˙10^-2 Па при 900-950^оС в течение 3-4 мин. После припайки монокристалла алмаза к держателю производится его обрубка. Эта операция производится с целью подгонки размера алмаза под заданный диаметр сверла, а также получение нужной конфигурации режущих кромок алмаза. Обрубка производится импульсным лазерным излучением с длиной волны 1,06 мкм при мощности 8-12 Вт и частоте следования импульсов в диапазоне 3-10 кГц. После лазерной обработки монокристалла алмаза поверхность алмаза частично графитизируется.

Для удаления графита и заострения режущих кромок алмаза производится механическая заточка сверла на алмазном круге с зерном 5-7 мкм. В предлагаемой конструкции алмазного сверла диаметр держателя меньше диаметра монокристалла алмаза, что позволяет осуществлять сверление материала на большую глубину. Кроме этого, в таком сверле может использоваться монокристалл алмаза для сверления отверстий диаметром меньше 0,7 мм, что обеспечивается соответствующей установкой монокристалла на держателе, при которой режущие кромки имеют максимальную прочность, а также малыми размерами монокристалла вдоль оси сверла.

Формула изобретения

АЛМАЗНОЕ СВЕРЛО, содержащее жестко связанное с металлическим держателем рабочее тело в виде монокристалла алмаза, на котором сформированы режущие кромки, отличающееся тем, что соединение монокристалла алмаза с держателем выполнено посредством пайки многокомпонентным эвтектическим припоем, при этом последний включает карбидообразующий компонент, а кристаллографическое направление [III] монокристалла алмаза расположено параллельно оси держателя, причем диаметр монокристалла алмаза больше диаметра держателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1