Способ изготовления алмазного инструмента

 

Изобретение относится к производству алмазного инструмента на металлической связке, преимущественно к изготовлению правящих карандашей, сегментов, брусков. Способ изготовления алмазного инструмента заключается в том, что шихту, содержащую металлическую связку, алмазные зерна и литий в количестве 0,1-0,25% подвергают прессованию в форме при давлении 100-120 кг/см², после чего на прессовку помещают плавкий затвор и производят спекание. Плавкий затвор имеет следующий состав, об.%: электровакуумное стекло 60,0-75,0; компонент, выбираемый из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ангидрид 25,0-40,0. Способ позволяет упростить процесс изготовления инструмента и снизить его энергоемкость за счет возможности проведения процесса спекания без использования защитной атмосферы.

Изобретение относится к производству алмазного инструмента на металлической связке типа правящих карандашей, сегментов и брусков для инструментов, используемых в камнеобработке и т.п.

Эти инструменты изготавливаются большей частью методом пропитки, который заключается в том, что шихту, содержащую твердый сплав, либо смесь карбида вольфрама и кобальта и алмазный порошок или алмазные зерна, подвергают формованию в оправе или в форме под давлением 500-750 кг/см², а затем пропитывают в защитной (вакуумной) атмосфере расплавленным металлом: медью, латунью (под. ред. Бакуля В.Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента, М. Машиностроение, с. 268-271).

Известен также способ изготовления правящего инструмента методом пропитки, но для улучшения качества инструмента пропитку осуществляют в присутствии флюса.

Однако, несмотря на присутствие флюса пропитка производится также в печах с защитной атмосферой.

Недостатками этих известных способов является то, что методом пропитки изготавливают в основном инструменты на твердосплавной связке, т.е. способ имеет ограничения по выбору связок. Кроме того, для изготовления инструмента, пропитку следует проводить в печах с защитной атмосферой, в основном в водородных. Это усложняет процесс, требуются большие энергозатраты. Водородные печи также требуют внимательного к ним отношения.

Известен способ изготовления правящего инструмента, при котором алмазоносную шихту, содержащую металлическую связку (медь, никель, железо, углерод и др. металлы) и активную добавку тетраборат, формируют при давлении 422 кг/см² и спекают в защитной атмосфере (патент США N 2662519, кл. 15-39, 1951).

Недостатком способа является то, что для спекания прессовки требуется защитная атмосфера, а это влечет за собой усложнение процесса, высокую энергоемкость процесса.

Целью изобретения является упрощение способа и снижение энергоемкости процесса.

Это достигается тем, что в способе изготовления алмазного инструмента, при котором шихту, содержащую алмазные зерна и металлическую связку, прессуют в форме и полученную прессовку спекают в защитной атмосфере, в шихту дополнительно вводят литий в количестве 0,1-0,25 об. при этом прессование осуществляют при давлении 100-120 кг/см², а для создания при спекании защитной атмосферы на прессовку помещают плавкий затвор, состоящий из электровакуумного стекла и компонента, выбранного из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ангидрид, при следующем соотношении компонентов, об. Электровакуумное стекло 60,0-75, Компонент из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ан- гидрид 25,0-40,0 Литий, введенный в шихту в количестве 0,1-0,25% является пластической смазкой и модификатором связки. Он обеспечивает эффект сверхпластичности металлической матрицы и способствует возникновению большого количества дисперсоидов и интерметаллидов в металлической связке при ее спекании. Последние препятствуют процессу рекристаллизации связки при эксплуатации инструмента.

Уменьшение количества лития менее 0,1% не обеспечит нужного эффекта, увеличение количества лития свыше 0,25% не позволит получить требуемой плотности скелета из компонентов шихты при достаточно низких давлениях холодного прессования.

Давление холодного прессования составляет 100-120 кг/см². Эта величина давления выбирается из условия получения прессовки с пористостью 0,5-1,0% и размером пор 0,5-1,0 мкм. Такая пористость необходима для проведения процесса спекания без специальной защитной атмосферы печи, а только используя плавкий затвор, и получения инструмента требуемой твердости. Увеличение или уменьшение давления не будет способствовать получению заданной твердости.

После холодного прессования на брикет помещают плавкий затвор, состоящий из электровакуумного стекла и компонента, выбираемого из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ангидрид.

После размещения плавкого затвора форму помещают в печь и проводят спекание. При нагревании вначале из пор прессовки истекают газы и воздух. Их истечению способствует силикагель, хлористый кальций и борный ангидрид. При дальнейшем нагреве шихты истечение газов и воздуха заканчивается и начинается плавление вначале компонентов затвора, а затем стекла, обеспечивая герметизацию формы, в которой производится спекание инструмента.

Соотношение компонентов плавкого затвора обеспечивает надежную герметизацию формы. Изменение соотношения компонентов приводит к нарушению герметичности, т.е. образованию свищей в затворе и окислению шихты.

Способ поясняется примером изготовления алмазного правящего карандаша типа 04.

Для изготовления карандашей готовили шихту следующего состава, об. Медь 67,0-75,0 Олово 16,5-19,0 Никель 8,0-12,0 Хром 1,5-2,5 Литий 0,1-0,25 Шихту смешивали с алмазами 2 качества размером 1000/800. Алмазоносную смесь помещали в отверстие оправы карандаша. В данном случае оправа служила формой для прессования и спекания шихты. Прессовали шихту при давлении 100-120 кг/см². Затем пуансон вынимали из отверстия оправы и сверху на прессовку укладывали плавкий затвор слоем толщиной 1-2 мм и помещали оправы в приспособление, которое устанавливали в обычную печь для спекания. Спекание осуществляли при температуре 800-900^оС с выдержкой 30-60 мин. После дополнительной термомеханической деформации на прессе с усилием 80-100 кг/см² карандаши имели твердость матрицы 140-200 НRb.

После охлаждения карандаши подвергали механической обработке для придания товарного вида.

Карандаши были испытаны при правке шлифовальных кругов ПП600х63х305 24А 25СТ 1К. Удельная производительность карандаша, изготовленного в соответствии с изобретением, составила 35 см³/мг, что значительно выше требований ГОСТа (по ГОСТ 607-80 эта величина составляет 24 см³/мг).

Таким образом, введение в шихту лития, условия прессования шихты и использование плавкого затвора при спекании способствуют достижению поставленной цели.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при котором шихту, содержащую алмазные зерна и металлическую связку, подвергают прессованию и спеканию в защитной атмосфере, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят литий в количестве 0,1 - 0,25 об.%, при этом шихту вначале прессуют при давлении 100 - 120 кг/см², после чего для создания защитной атмосферы на прессовку помещают плавкий затвор и прессовку спекают, при этом в состав плавкого затвора вводят электровакуумное стекло и компонент, выбранный из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ангидрид при следующем соотношении компонентов, об.%: Электровакуумное стекло - 60 - 75 Компонент, выбранный из группы: силикагель, хлористый кальций, борный ангидрид - 25 - 40