Способ изготовления алмазного инструмента с наномодифицированной режущей частью

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении алмазного инструмента, в частности отрезного круга, для резки железобетона, кирпича, керамогранита, мрамора и других твердых минералов. Способ включает приготовление порошковой смеси на основе алмазного порошка и связки, введение в смесь пластификатора, гранулирование, дозирование, холодное прессование режущей части инструмента, горячее прессование, галтовку, соединение режущей части с инструментом. Сначала готовят смесь на основе алмазного порошка и порошков металлов с модифицированием ее путем добавки нанопорошка карбида вольфрама и гранулированием смеси до размеров гранул 400-800 мкм. Затем готовят гранулированную связку на основе порошков карбонильного железа и молибдена путем их смешивания с гранулированием до размеров гранул 400-800 мкм. Смешивают 50% на 50% гранулы упомянутых смесей, а горячее прессование осуществляют в заданном режиме проведения этапов нагрева, выдержки и охлаждения с использованием определенных параметров. В результате повышается долговечность работы режущего инструмента за счет уменьшения образования трещин при резке твердых материалов. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области изготовления инструмента резания твердых и высокотвердых материалов и может найти применение для изготовления алмазного режущего инструмента, в частности, камнеобрабатывающего алмазного отрезного круга с водным и/или воздушным охлаждением для резки железобетона, кирпича, керамогранита, огнеупорных материалов гранита, мрамора и других минералов.

Известна связка для изготовления алмазного инструмента, включающая медь, железо, кобальт, олово, карбид вольфрама и легирующую добавку в виде нанопорошка с удельной поверхностью 6-25 м²/г карбида вольфрама, или вольфрама, или молибдена, или оксида алюминия, или диоксида циркония, или карбида ниобия, или карбида кремния, и/или нитрида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 30-60, железо 20-35, кобальт 10-15, карбид вольфрама 0-20, легирующая добавка 1-15. Режущую часть инструмента изготавливают спеканием связки с последующим прессованием при температуре спекания при пропускании электрического тока через форму спекания, которая одновременно является и пресс-формой.

(RU 2432247, B24D 3/06, В82В 1/00, опубликовано 27.10.2011)

Недостатком известной связки и способа изготовления режущей части инструмента является ее достаточно высокая пористость (более 1%), что делает режущую часть склонной к образованию трещин и снижению долговечности инструмента.

Наиболее близкой по технической сущности является композиция для изготовления режущего инструмента для стали и чугуна, представляющего собой смесь кубического нитрида бора и алмаза при следующем соотношении компонентов, мас.%: кубический нитрид бора - 20-60, алмаз - 40-80, и связки, включающей медь, кобальт, железо, никель и гексагональный нитрид бора, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 27,5-49,5; кобальт 13,75-24,75; железо 13,75-24,75; никель 1-45; гексагональный нитрид бора 0,05-1, причем размер частиц гексагонального нитрида бора составляет менее 500 нм. Способ изготовления режущей части алмазного инструмента с использованием известной композиции включает приготовление смешиванием в течение 3 минут порошков связки, смешивание связки с порошками нитрида бора и алмаза в течение 20 мин со скоростью 90 об/мин, введение в полученную смесь пластификатора (спирта), перемешивание, гранулирование, нагрев гранул размером 1 мм, холодное прессование (брикетирование) с получением заготовок сегментов режущего инструмента, горячее прессование при максимальной температуре 850°С, давлении 350 кг/см² и выдержке при максимальной температуре 3 минуты, галтовка, соединение со стальным корпусом инструмента, вскрытие алмазов с использованием абразивных кругов из карбида кремния.

(RU 2595000, B24D 3/10, опубликовано 20.08.2016)

Недостатком известной связки и способа изготовления режущей части инструмента является ее достаточно высокая пористость (более 1%), что делает режущую часть склонной к образованию трещин, вероятно формирующихся на стадии спекания заготовок, и снижению долговечности инструмента при камнеобработке.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение долговечности работы режущего инструмента и уменьшение склонности к образованию трещин при резке инструментом железобетона, кирпича, керамогранита, огнеупорных материалов гранита, мрамора и других минералов.

Технический результат достигают тем, что способ изготовления алмазного инструмента с наномодифицированной режущей частью, включает приготовление порошковой смеси на основе алмазного порошка и связки, введение в смесь пластификатора, гранулирование, дозирование, холодное прессование режущей части инструмента, горячее прессование, галтовку, соединение режущей части с инструментом и вскрытие алмазов, причем сначала готовят смесь на основе алмазного порошка и порошков металлов, модифицируют смесь добавкой нанопорошка карбида вольфрама, вводят в смесь пластификатор и гранулируют смесь до размеров гранул 400-800 мкм, готовят гранулированную связку на основе порошков карбонильного железа и молибдена путем их смешивания, вводят в нее пластификатор и гранулируют до размеров гранул 400-800 мкм, после чего смешивают 50% на 50% гранулы модифицированной смеси на основе алмазного порошка и связки, а после дозирования и холодного прессования горячее прессование ведут в следующей последовательности: нагрев за 150 сек при давлении 64-68 кг/см² до температуры 486-490°С, выдержка 180 сек, нагрев за 60 сек при давлении 64-68 кг/см² до температуры 558-562°С, нагрев за 90 сек при давлении 263-268 кг/см² до температуры 697-705°С, нагрев за 300 сек при давлении 395-398 кг/см² до температуры 1000°С, выдержка в течение 240 сек, охлаждение до 100°С за 180 сек при давлении 395-398 кг/см², сброс давления и охлаждение до комнатной температуры, причем модифицированная смесь содержит алмазный порошок, порошок молибдена, нанопорошок карбида вольфрама и порошок карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: алмазный порошок 25-30, порошок молибдена 12-25, нанопорошок карбида вольфрама 2,5-7,5, карбонильное железо остальное; а связка содержит порошки молибдена и карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас %: порошок молибдена 12-25, порошок карбонильного железа - остальное.

Технический результат также достигают тем, что в качестве пластификатора, вводимого в смесь на основе алмазного порошка, используют изопропиловый спирт; в качестве пластификатора, вводимого в связку, используют диоктилфталат, зернистость алмазного порошка составляет 500/250, размер частиц порошка молибдена составляет 3-7 мкм, частиц карбонильного железа 20-25 мкм, нанопорошка карбида вольфрама 70-90 нм с удельной поверхностью 6-9 м²/г, а соединение режущей части с инструментом ведут лазерной приваркой со скоростью движения сварочного луча 0,015-0,019 см/сек.

Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.

Изобретение использовали при изготовлении режущих сегментов отрезного алмазного диска диаметром 300 мм с 26 режущими сегментами.

Сначала готовили наномодифицированную смесь, содержащую 25 мас.% алмазного порошка зернистостью 500/250, 20 мас.% порошка молибдена со средним размером частиц 5 мкм, 6,8 мас.% нанопорошка карбида вольфрама с удельной поверхностью 6-9 м²/г и со средним размером частиц 80 нм, а также порошка карбонильного железа ВК-3 со средним размером 23 мкм - остальное. В смесь вводили изопропиловый спирт в качестве пластификатора, интенсивно перемешивали (свыше 100 об/мин барабана) и гранулировали через сетку при нагревании до размеров гранул 400-800 мкм.

Одновременно готовили связку, содержащую 20 мас. % порошка молибдена и остальное порошок карбонильного железа, в которую вводили диоктилфталат в качестве пластификатора и гранулировали при нагревании до размеров гранул 400-800 мкм.

Затем смешивали гранулы наномодифицированной смеси на основе алмазного порошка (50%) и гранулы связки (50%) при низкой скорости перемешивания (менее 40 об/мин) до равномерного распределения гранул в объеме смеси.

Приготовленную таким образом комплексную алмазно-металлическую шихту дозировали с формированием брикетов заготовок сегментов отрезного алмазного диска.

Заготовки сегментов подвергали холодному прессованию, после чего проводили горячее прессование в следующей последовательности: нагрев за 150 сек при давлении 66 кг/см² до температуры 489°С, выдержка 180 сек при давлении 66 кг/см² до температуры 489°С, нагрев за 60 сек при давлении 66 кг/см² до температуры 560°С, нагрев за 90 сек при давлении 265 кг/см² до температуры 700°С, нагрев за 300 сек при давлении 397 кг/см² до температуры 1000°С, выдержка в течение 240 сек при давлении 397 кг/см² до температуры 1000°С, охлаждение до 100°С за 180 сек при давлении 397 кг/см², сброс давления и охлаждение до комнатной температуры. После этого полученные сегменты подвергали механической галтовке.

Затем сегменты в качестве режущей части соединяли с отрезным диском лазерной приваркой со скоростью движения сварочного луча 0,017 см/сек.

Вскрытие алмазов сегментов отрезного диска проводили известным способом с использованием абразивного круга из высокотвердых материалов.

В результате осуществления изобретения был получен алмазный инструмент с наномодифицированной режущей частью, который обеспечил достижение поставленного технического результата: низкую (менее 1%) пористость режущего сегмента, что дало повышенную долговечность работы режущего инструмента и уменьшение склонности к образованию трещин при резке инструментом железобетона, кирпича, керамогранита, огнеупорных материалов гранита, мрамора и других минералов. Отрывающий момент изгиба для сегмента при толщине несущего корпуса не менее 2,8 мм и длине сегмента не менее 40 мм составил ≥50 Нм

1. Способ изготовления алмазного инструмента с наномодифицированной режущей частью, включающий приготовление порошковой смеси на основе алмазного порошка и связки, введение в смесь пластификатора, гранулирование, дозирование, холодное прессование режущей части инструмента, горячее прессование, галтовку, соединение режущей части с инструментом и вскрытие алмазов, отличающийся тем, что сначала готовят смесь на основе алмазного порошка и порошков металлов, модифицируют смесь добавкой нанопорошка карбида вольфрама, вводят в смесь пластификатор и гранулируют смесь до размеров гранул 400-800 мкм, готовят гранулированную связку на основе порошков карбонильного железа и молибдена путем их смешивания, вводят в нее пластификатор и гранулируют до размеров гранул 400-800 мкм, после чего смешивают 50% на 50% гранулы модифицированной смеси на основе алмазного порошка и связки, а после дозирования и холодного прессования горячее прессование ведут в последовательности, при которой осуществляют нагрев за 150 с при давлении 64-68 кг/см² до температуры 486-490°С, выдержку 180 с, нагрев за 60 с при давлении 64-68 кг/см² до температуры 558-562°С, нагрев за 90 с при давлении 263-268 кг/см² до температуры 697-705°С, нагрев за 300 с при давлении 395-398 кг/см² до температуры 1000°С, выдержку в течение 240 с, охлаждение до 100°С за 180 с при давлении 395-398 кг/см², сброс давления и охлаждение до комнатной температуры, при этом модифицированная смесь содержит алмазный порошок, порошок молибдена, нанопорошок карбида вольфрама и порошок карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас. %: алмазный порошок 25-30, порошок молибдена 12-25, нанопорошок карбида вольфрама 2,5-7,5, карбонильное железо - остальное, а связка содержит порошки молибдена и карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошок молибдена 12-25, порошок карбонильного железа - остальное.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора, вводимого в смесь на основе алмазного порошка, используют изопропиловый спирт.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора, вводимого в связку, используют диоктилфталат.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зернистость алмазного порошка составляет 500/250, размер частиц порошка молибдена составляет 3-7 мкм, частиц карбонильного железа- 20-25 мкм, нанопорошка карбида вольфрама - 70-90 нм с удельной поверхностью 6-9 м²/г.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение режущей части с инструментом ведут лазерной приваркой со скоростью движения сварочного луча 0,015-0,019 см/с.