RU2650459C1 - Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления - Google Patents
Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650459C1 RU2650459C1 RU2017124647A RU2017124647A RU2650459C1 RU 2650459 C1 RU2650459 C1 RU 2650459C1 RU 2017124647 A RU2017124647 A RU 2017124647A RU 2017124647 A RU2017124647 A RU 2017124647A RU 2650459 C1 RU2650459 C1 RU 2650459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- diamond
- aggregated
- metal
- hardness
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 128
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 148
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 23
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010037180 Psychiatric symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 235000013580 sausages Nutrition 0.000 description 1
- 238000010334 sieve classification Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 210000004127 vitreous body Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
- B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
- B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении структурированного алмазного инструмента для обработки твердых материалов. Инструмент содержит агрегированные алмазные зерна, в которых алмазные частицы связаны первым металлическим связующим, и агрегированные зерна с наполнителями, в которых частицы наполнителя связаны третьим металлическим связующим. Упомянутые агрегированные зерна равномерно распределены во втором металлическом связующем. Твердость первого металлического связующего выше твердости второго и третьего металлических связующих, а твердость третьего - ниже твердости второго металлического связующего. Осуществляют формование сырых агрегированных алмазных зерен, содержащих алмазные частицы и первое металлическое связующее, а также формование сырых агрегированных зерен с наполнителями, содержащих наполнители и третье металлическое связующее. Формование инструмента осуществляют из смеси агрегированных зерен и второго связующего с обеспечением одновременного прессования и спекания первого, второго и третьего металлических связующих. В результате повышаются эксплуатационные характеристики инструмента и снижается трудоемкость его изготовления. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к конструкции и способу изготовления структурированных алмазных инструментов, преимущественно, на металлической связке, предназначенных для обработки твердых материалов, в том числе, прочных горных пород, огнеупоров, бетона, труднообрабатываемой керамики, строительных материалов.
Эффективность шлифования и время жизни режущего инструмента, помимо прочих условий, определяется степенью однородности распределения порошкообразных компонентов, в том числе алмазных зерен и наполнителей, на поверхности или в объеме режущего слоя инструмента и прочностью удерживания алмазных зерен в окружающем связующем материале матрицы. Обычно мелкие алмазные зерна и зерна наполнителя в инструментах распределяются случайным образом, а это означает, что некоторые из них могут находиться близко друг к другу, возможно, соприкасаясь друг с другом, в то время как в некоторых зонах инструмента может иметь место небольшая плотность алмазных зерен и наполнителей. Это отрицательно сказывается на работоспособности инструмента.
Для повышения работоспособности алмазного инструмента в качестве режущих элементов используют агрегированные алмазные зерна, представляющие собой агрегаты, содержащие мелкие алмазные зерна, распределенные в первом связующем материале. Агрегаты, имеющие большие размеры, чем отдельные алмазные зерна, достаточно равномерно распределяются в связующем материале. Такие агрегированные зерна смешивают со вторым связующим материалом для получения инструмента. Преимущественно агрегированные алмазные зерна используются для изготовления алмазного инструмента на органических связках и также керамических связках. Однако, во многих случаях, в частности, для обработки твердых материалов, в том числе прочных горных пород, огнеупоров, бетона, труднообрабатываемой керамики в качестве первого и второго связующих материалов преимущественно используются инструменты с металлическим связующим материалом.
Агрегированные алмазные зерна, помимо того, что они равномерно распределены в связующем материале, позволяют интенсифицировать процесс резания за счет повышения контактного давления режущих алмазов в зоне резания из-за уменьшения площади алмазного контакта, облегчения абразивного обнажения режущих зерен в агрегатах, обеспечивая самозатачиваемость инструмента и создание рельефа на рабочей поверхности инструмента, благодаря которому создаются условия для более эффективного удаления продуктов резания. из контактной зоны.
Во многих алмазных инструментах для повышения эффективности их работы в связку добавляют частицы наполнителя. Не принимающие активного участия в процессе резания частицы наполнителя, такие как мелкозернистые твердые частицы могут модифицировать физико-механические характеристики режущего слоя - ударную вязкость, твердость, а также обеспечивать необходимое расстояние между агрегированными алмазными зернам. Активные наполнители алмазного режущего слоя инструмента, придают инструменту новые функциональные возможности, модифицируя сам процесс резания. Активные наполнители существенно влияют на химические и физические процессы абразивной обработки. Как правило, активные наполнители способствуют уменьшению трения между режущей и обрабатываемой поверхностями, снижению температуры в зоне резания, предотвращению налипания металлических частиц на вершинах алмазных зерен, уменьшению силы резания, например, за счет химического воздействия на обрабатываемую поверхность или механического воздействия частиц наполнителя на поверхность рабочих граней алмазов для восстановления и поддержания их режущих свойств, улучшению качества обработки и, в конечном счете, приводят к повышению производительности.
Известны патенты США 3779726, Японии 3703228, Европейский патент ЕР 0012631, которые направлены на изготовление алмазных агрегатов с использованием металлического связующего материала, из которых производят инструменты на металлической связке /1, 2, 3/. Алмазные агрегаты изготавливают смешиванием алмазных порошков с металлическими порошками, смесь спекают, спек измельчают до получения алмазных агрегатов определенного размера. Недостатком способов является то, что при измельчении спеченного материала возможно дробление алмазных порошков, агрегированные зерна получаются неконтролируемых размеров и формы, такие агрегированные зерна могут иметь острые углы, впадины и тому подобное, что не позволяет получить алмазный инструмент с необходимой плотной структурой.
Известен патент РФ 2198780, в котором агрегирование алмазного композиционного тела используется для обработки твердых земных пород и твердых материалов, например бетона /4/. Композиционное тело содержит множество алмазных частиц, соединенных металлическим связующим материалом. Способ изготовления композиционного тела заключается в формировании смеси алмазных частиц, связующего материала и временного связующего в специальном шаблоне, имеющем отдельные полости для размещения смеси, термической обработке для удаления временного связующего и спекании в вакууме. Способ позволяет получать готовое композиционное тело с несущественным различием геометрической формы и с узким диапазоном разброса размеров без применения дробления и ситовой классификации. Однако, для изготовления качественного инструмента используются металлические сплавы, требующие высокиех температур спекания композиционного тела в защитной атмосфере, что существенно усложняет технологический процесс, а предварительное спекание композиционных тел вносит в технологию кратное термическое воздействие на алмазы, ведущее к снижению их прочности.
В патенте США 3779726 в связку инструмента вводят вторичные абразивные частицы; в патенте США 5011510 в состав связки вводят наполнители - алмаз, кубический нитрид бора, карбид кремния, окись алюминия, карбонат кальция, тальк, графит, дисульфид молибдена, нитрид бора и др.; в патенте США 2008/066387 в связку инструмента вводят такие наполнители, как различные оксиды алюминия, спеченный боксит, карбид кремния, оксид циркония, оксид церия, кубический нитрид бора, алмаз, гранат и др. /1, 5, 6/.
В патенте США 2016/0311083 между крупными алмазными зернами размещают агрегаты из мелких зерен, которые в процессе прессования распадаются, при этом обеспечивается необходимое расстояние между крупными алмазными зернами, создающими эффективные условия шлифования /7/.
Как правило, наполнители представляют собой частицы, соразмерные с частицами связующего материала и имеют размер менее чем 40 мкм. Однако, как уже было сказано, мелкоразмерные частицы не могут быть достаточно равномерно диспергированы в объеме рабочего слоя алмазного инструмента.
Для того, чтобы мелкоразмерные частицы наполнителя оказывали более эффективное воздействие на процессы шлифования, попадая непосредственно в зону воздействия агрегированного алмазного зерна на обрабатываемую поверхность, наполнители вводят в агрегированное алмазное зерно, при этом исключается недостаток, связанный с неравномерным распределением мелкозернистого наполнителя. В патенте США 2016/194540 алмазное агрегированное зерно на стекловидном связующем содержит наполнитель - модификатор: частицы карбида кремния, оксида алюминия, церия или их комбинацию /8/. В патенте РФ 2566791 агломерированное алмазное зерно содержит множество отдельных алмазных зерен, которые включены в матрицу стекловидного связующего материала, дополнительно содержащего активные наполнители и полые стекловидные тела - пустотелые шарики /9/. В агрегированное алмазное зерно на металлическом связующем по Европейскому патенту ЕР 0444824 введены различные наполнители такие, как карбонаты, сульфаты, силикаты, криолит, перлит, керамические пузырьки, графит и другие /10/.
Введенные в агрегированное алмазное зерно наполнители более равномерно распределены в объеме инструмента, но в тоже время ограниченный размер агрегированного алмазного зерна не позволяет вводить наполнители в достаточном количестве, при котором может быть достигнута эффективная обработка.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков с учетом области его применения является изобретение по патенту США 5011510 /6/. Инструмент содержит агрегированные алмазные зерна, содержащие мелкозернистые алмазные частицы - порошки, связанные первым металлическим связующим материалом. Агрегированные алмазные зерна изготавливают формованием смеси алмазного и первого металлического порошков в виде небольших кусочков, которые затем подвергают полному спеканию при температуре, соответствующей температуре спекания первого металлического связующего 750-900°C в защитной атмосфере. Формование смеси осуществляют методом трафаретной печати, литья, горячего прессования, грануляцией и др. Такие кусочки диспергируют во втором связующем металлическом материале и из смеси готовят инструмент с использованием нагрева до температуры, необходимой для спекания второго металлического связующего материала. Во второе металлическое связующее могут быть добавлены наполнители: алмаз, CBN, карбид кремния, оксид алюминия, а также карбонат кальция, тальк, твердый смазочный материал - молибден дисульфид, нитрид бора, углерода, или тому подобное.
Недостаток способа и, соответственно, инструмента заключается в следующем. Известно, что алмазные порошки начинают графитизиоваться при достаточно низких температурах (в зависимости от зернистости порошка примерно от 350-400°C), поэтому при изготовлении инструмента возможна графитизация алмазного порошка. Чтобы исключить графитизацию, процесс спекания алмазных порошков проводят в защитной атмосфере. Необходимость использования защитной атмосферы существенно усложняет процесс изготовления инструмента. Кроме того, двухкратный нагрев алмазных порошков при достаточно высоких температурах, которые должны соответствовать температуре спекания связующего материала - при спекании агрегированных алмазных зерен и при изготовлении инструмента, отрицательно сказывается на физико-механических характеристиках алмазного порошка и, соответственно, на эксплуатационных характеристиках инструмента.
Как говорилось выше, известно, что наполнители в алмазных инструментах преимущественно представляют собой частицы размером менее 40 мкм, в связи с чем их трудно равномерно распределить в объеме второго связующего материала. Также известно, что мелкозернистые наполнители, распределенные в связующем материале в объеме инструмента могут упрочнять связку до определенного их объемного содержания. Дальнейшее увеличение содержания наполнителя приводит к разупрочнению связующего материала. Однако ограниченное количество наполнителя может быть недостаточным для повышения эффективности резания материалов. Кроме того, наполнители удерживаются связующим материалом инструмента, выбор которого преимущественно направлен для удержания алмазных зерен (частиц) без учета его адгезии с наполнителям, а также возможности использования наполнителей, которые не могли быть использованы по своим физико-химическим характеристика.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик инструмента за счет исключения многократного воздействия высоких температур на алмазные частицы, возможности введения в инструмент необходимого оптимального количества наполнителей для оптимального их использования в процессе работы инструмента, а также снижение трудоемкости изготовления инструмента.
Для решения технической задачи в структурированном алмазном инструменте, содержащем агрегированные алмазные зерна, в которых алмазные частицы связаны первым металлическим связующим, и второе металлическое связующее с наполнителями, наполнители содержатся во втором металлическом связующем в виде агрегированных зерен с наполнителями, в которых наполнители связанны третьим металлическим связующим, причем твердость первого металлического связующего выше твердости второго и третьего металлических связующих, при этом твердость третьего металлического связующего ниже твердости второго металлического связующего.
Способ изготовления структурированного алмазного инструмента, включающий формование агрегированных алмазных зерен, содержащих алмазные частицы и первое металлическое связующее, смешивание агрегированных алмазных зерен со вторым металлическим связующим и наполнителями и изготовление из смеси инструмента путем прессования и спекания, агрегированные алмазные зерна формуют из смеси первого металлического связующего и алмазных частиц в виде неспеченных («сырых») агрегированных алмазных зерен, берут третье металлическое связующее и из наполнителей и третьего металлического связующего, формуют неспеченные («сырые») агрегированные зерна с наполнителями, при этом в качестве первого металлического связующего берут связующее с твердостью выше твердости второго и третьего металлических связующих, а в качестве третьего металлического связующего берут связующее с твердостью ниже твердости второго металлического связующего, и из смеси второго металлического связующего, сырых агрегированных алмазных зерен и сырых агрегированных зерен с наполнителями готовят инструмент путем прессования и спекания при температуре, обеспечивающей спекание первого, второго и третьего металлических связующих.
Введение наполнителей в рабочий слой инструмента в виде агрегированных зерен обеспечивает достаточно высокую степень однородности распределения наполнителя в объеме рабочего слоя алмазного инструмента, при этом в рабочий слой может быть введено оптимальное количество наполнителей без снижения физико-механических характеристик второго металлического связующего. Третье металлическое связующее и его твердость выбираются с учетом оптимального удержания наполнителей во втором связующем с обеспечением возможности их своевременного вскрытия в процессе резания агрегированными алмазными зернами. Кроме того, третье связующее служит оболочкой для защиты наполнителей, которые без такой оболочки не могут быть введены во второе связующее из-за возможности протекания каких-либо процессов при спекании инструмента, при которых наполнитель может потерять необходимые функции. Твердость первого связующего обеспечивает прочную связь алмазных частиц друг с другом в агрегированном алмазном зерне, и своевременное выпадение при определенной степени давления инструмента на обрабатываемую деталь отдельных изношенных алмазных частиц из агрегированного алмазного зерна. Твердость второго металлического связующего обеспечивает прочное удержание агрегированных алмазных зерен до полного износа инструмента.
Способ изготовление агрегированных алмазных зерен и агрегированных зерен с наполнителями предусматривает формование смеси алмазных частиц и частиц наполнителя с металлическими связующими с получением сырых агрегированных зерен. Понятие «сырые» агрегированные зерна включает агрегированные алмазные зерна и агрегированные зерна с наполнителями, в которых частицы удерживаются в соответствующем металлическом связующем материале временным связующим. Такие агрегированные зерна после их формования преимущественно сушатся при температуре удаления временного связующего, но не подвергаются спеканию до получения полностью спеченного агрегированного зерна.
Алмазные частицы и частицы наполнителя удерживаются временным связующим материалом, который может быть удален при последующей сушке при достаточно низких температурах. Такие агрегированные зерна вводят во второе металлическое связующее неспеченными. Спекание частиц происходит при окончательном спекании спрессованного инструмента. Это дает преимущества, заключающиеся в том, что алмазные частицы подвергаются однократному нагреву до высоких температур, сохраняя целостность алмазных зерен и их физико-механические характеристики.
На фиг. 1 показан структурированный алмазный инструмент, где:
1 - агрегированные алмазные зерна;
2 - алмазные частицы;
3 - первое металлическое связующее;
4 - второе металлическое связующее;
5 - агрегированные зерна с наполнителями;
6 - частицы наполнителя;
7 - третье металлическое связующее.
Структурированный алмазный инструмент содержит агрегированные алмазные зерна 1, содержащие алмазные частицы 2, связанные первым металлическим связующим 3. Агрегированные алмазные зерна равномерно распределены во втором металлическом связующем 4. Второе металлическое связующее также содержит агрегированные зерна с наполнителями 5, содержащие частицы наполнителя 6, связанные третьим металлическим связующим 7. Второе металлическое связующее заполняет промежутки между всеми агрегированными зернами и удерживает их в рабочем слое инструмента. Первое металлическое связующее 3 агрегированных алмазных зерен 1 имеет наибольшую твердость. Второе металлическое связующее 4 имеет твердость ниже твердости первого металлического связующего 3 агрегированных алмазных зерен. Меньшая твердость второго металлического связующего 4 по сравнению с твердостью первого металлического связующего 3 агрегированных алмазных зерен обеспечивает опережающий износ второго металлического связующего, способствуя максимальному выступанию алмазных частиц 2 из прочно удерживаемого их первого металлического связующего.
Третье металлическое связующее 7 агрегированных зерен с наполнителями 5 имеет твердость ниже твердости второго металлического связующего 4. При этом более низкая твердость третьего металлического связующего агрегированных зерен с наполнителями по сравнению с твердостью второго металлического связующего обеспечивает свободное извлечение частиц наполнителей из агрегированных зерен с наполнителями.
Способ изготовления структурированного алмазного инструмента включает следующие этапы.
Смешивают исходные порошки первого металлического связующего и алмазные частицы с добавлением в смесь временного технологического связующего до получения пастообразного состояния смеси с равномерно распределенными алмазными частицами. Затем из полученной смеси формуют отдельные кусочки любым известным способом. Например, смесь экструдируют через фильеру с получением «колбаски» и измельчают с образованием «сырых» агрегированных алмазных зерен, которые затем фракционируют до нужного размера. Получить «сырые» агрегированные алмазные зерна можно прессованием смеси в специальных прессформочках, методом трафаретной печати и другими известными способами, для проведения которых не требуются высокие температуры. При этом получают «сырые» агрегированные алмазные зерна заданной формы и заданного размера, исключая дробление и классификацию. После формования «сырых» агрегированных алмазных зерен их предпочтительно сушат для удаления временного связующего.
«Сырые» агрегированные зерна с частицами наполнителя изготавливают аналогичным образом за исключением того, что частицы наполнителя смешивают с исходными порошками третьего металлического связующего.
«Сырые» агрегированные алмазные зерна и «сырые» агрегированные зерна с наполнителями смешивают с исходными порошками второго металлического связующего. Из смеси формуют инструмент холодным прессованием с последующим спеканием. Инструмент может быть изготовлен горячим прессованием, когда прессование и спекание осуществляются одновременно. Спекание проводят при температуре, соответствующей температуре спекания наиболее тугоплавкого связующего, которым зачастую является первое металлическое связующее, удерживающее алмазные частицы. Эта температура гарантирует процессы спекания всех трех связующих. В результате готовый инструмент будет содержать спеченные агрегированные алмазные зерна, спеченные агрегированные зерна с наполнителями, связанные спеченным вторым связующим.
Твердость связующих является важной характеристикой алмазного инструмента, которая влияет на скорость их абразивного изнашивания и на вырывание алмазных частиц из связок, то есть обеспечивает износостойкость алмазного инструмента и его режущую способность. При этом пониженное значение твердости третьего связующего по сравнению со вторым обеспечивает своевременное извлечение и попадание в зону резания активных наполнителей, а повышенное значение твердости первого связующего по сравнению со вторым приводит к выступанию агрегированных алмазных зерен, между которыми размещаются продукты резания. В эффективном инструменте для обработки труднообрабатываемых материалов - резки бетона, природного камня и других твердых материалов твердость второго связующего должна быть ниже твердости первого и составлять 40-70% от его значения. Твердость третьего связующего должна быть ниже твердости второго связующего и составлять 10-40% твердости второго связующего.
Пример 1.
Изготавливали сегменты к отрезным дискам для резки природного камня.
Первое связующее для агрегированных алмазных зерен имело следующий состав: смесь порошков карбонильного железа с небольшим количеством твердосплавной смеси с температурой спекания 900°C. Брали алмазные порошки марки АС250, зернистостью 500/250, концентрация составляла 30 в пересчете на весь объем сегмента. Второе связующее имело состав на базе оловянистой бронзы с небольшим содержанием никеля с температурой спекания 870°C. Третье связующее для агрегированных зерен с наполнителями составляли из порошка меди с добавлением небольших количеств медных сплавов с температурой спекания 850°C, а в качестве наполнителя брали порошок графита зернистостью 40 мкм в количестве 2% от объема рабочего слоя инструмента. Из первого связующего и алмазных частиц (порошков), и из третьего связующего и частиц наполнителя изготавливали «сырые» агрегированные зерна, которые смешивали со вторым связующим материалом. Из смеси готовили сегменты методом холодного прессования при давление прессования 200 МПа с последующим спеканием под давлением 35 МПа в течение 180 сек при температуре 900°C, которая соответствовала температуре спекания первого связующего, т.к. температура спекания первого связующего была наиболее высокая и обеспечивала спекание второго и третьего связующих. Готовые сегменты имели следующие характеристики: твердость первого связующего составляла HRB114, твердость второго связующего составляла HRB80, твердость третьего связующего составляла менее HRB 30. Сегменты напаивали на корпус для изготовления отрезных сегментных кругов 1A1RSS/C1 630×4,5×10×90. Стойкость отрезных дисков по граниту 4 класса твердости составила 100 м2 реза при скорости резания 400 см2/мин., в то время как для традиционных сегментов при усредненном составе сегментов с эквивалентным содержанием графита, получена стойкость инструмента равная 67 м2 при скорости резания 360 см2/мин.
Пример 2.
Изготавливали сегменты для грубого шлифования бетонных плит.
Первое связующее для агрегированных алмазных зерен имело состав: твердосплавная смесь - 70% и карбонильное железо - остальное, с температурой спекания 1000°C. Брали алмазные порошки марки АС300, зернистостью 630/400, концентрация составляла 30 в пересчете на весь объем сегмента. Второе связующее имело состав на базе смеси порошков твердого сплава (30%), карбонильного железа, меди и никеля, а также оловянистой бронзы, с температурой спекания 950°C. Третье связующее для агрегированных зерен с наполнителями составляли из порошков карбонильного железа, меди и бронзы с добавлением небольшого количества твердого сплава, с температурой спекания 900°C, а в качестве наполнителя брали порошок дисульфида молибдена зернистостью -10 мкм в количестве 12% от объема рабочего слоя инструмента. Из первого связующего и алмазных порошков, и из третьего связующего и частиц наполнителя изготавливали «сырые» агрегированные зерна, которые смешивали со вторым связующим материалом. Из смеси готовили сегменты методом холодного прессования (200 МПа) с последующим спеканием под давлением 40 МПа в течение 300 сек при температуре 1000°C, которая соответствовала температуре спекания первого связующего. Готовые сегменты имели следующие характеристики: твердость первого связующего составляла HRC60, твердость второго связующего составляла HRC30, твердость третьего связующего составляла менее 20% твердости второго связующего. Сегменты в количестве по 5 штук напаивали на корпуса для изготовления сменных шлифовальных элементов типа «Франкфурт». Стойкость комплекта инструмента при шлифовании полового покрытия из бетона марки М400 составила 1,250 м3 сошлифованного материала, в то время как для контрольных сегментов стойкость составляла 0,8-1,0 м3. При этом скорость съема бетона для контрольного инструмента была ниже в 1,5-2,5 раза, чем для разработанного.
Таким образом, введение в алмазный инструмент на металлических связках для обработки твердых материалов наполнителей в необходимом оптимальном количестве путем их агрегирования, изготовление агрегированных алмазных зерен и зерен с наполнителями из связующих материалов соответствующей твердости, обеспечивающей своевременное вскрытие алмазных зерен и частиц наполнителя при работе инструмента, одноразовое воздействие на алмазные частицы высоких температур, позволяет повысить эксплуатационные характеристики инструмента, а совмещение операции спекания сырых агрегированных зерен с операцией спекания алмазного инструмента позволяет снизить трудоемкость его изготовления.
Источники информации:
1. Патент США №3779726.
2. Патент Японии №3703228.
3. Европейский патент ЕР 0012631.
4. Патент РФ №2198780.
5. Патент США №5011510 - прототип.
6. Патент США №2008/066387.
7. Патент США №2016/0311083.
8. Патент США №2016/194510.
9. Патент РФ №2566791.
10. Европейский патент ЕР 0444824.
Claims (2)
1. Структурированный алмазный инструмент, содержащий агрегированные алмазные зерна, в которых алмазные частицы связаны первым металлическим связующим, второе металлическое связующее и наполнители, отличающийся тем, что второе металлическое связующее содержит наполнители в виде агрегированных зерен с наполнителями, которые связаны третьим металлическим связующим, имеющим твердость ниже твердости второго металлического связующего, при этом твердость первого металлического связующего выше твердости второго и третьего металлических связующих.
2. Способ изготовления структурированного алмазного инструмента, включающий формование агрегированных алмазных зерен, содержащих алмазные частицы и первое металлическое связующее, смешивание агрегированных алмазных зерен со вторым металлическим связующим и наполнителями и прессование и спекание смеси с получением инструмента, отличающийся тем, что формование агрегированных алмазных зерен из смеси первого металлического связующего и алмазных частиц производят в виде сырых неспеченных агрегированных алмазных зерен, а из наполнителей путем смешивания их с третьим металлическим связующим формуют сырые неспеченные агрегированные зерна с наполнителями, причем в качестве первого металлического связующего используют связующее с твердостью выше твердости второго и третьего металлических связующих, а в качестве третьего металлического связующего - связующее с твердостью ниже твердости второго металлического связующего, при этом формование инструмента осуществляют из смеси второго металлического связующего, сырых агрегированных алмазных зерен и сырых агрегированных зерен с наполнителями с обеспечением одновременного прессования и спекания первого, второго и третьего металлических связующих.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124647A RU2650459C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124647A RU2650459C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650459C1 true RU2650459C1 (ru) | 2018-04-13 |
Family
ID=61976891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124647A RU2650459C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650459C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201900015962A1 (it) * | 2019-09-10 | 2021-03-10 | Luigi Ronconi | Legante per utensile diamantato, procedimento per ottenere il legante, segmento abrasivo ottenuto utilizzando il legante, utensile comprendente il segmento abrasivo. |
| CN112720285A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 深圳市宏通新材料有限公司 | 金刚石磨具的制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5011510A (en) * | 1988-10-05 | 1991-04-30 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Composite abrasive-articles and manufacturing method therefor |
| SU1738629A1 (ru) * | 1990-06-18 | 1992-06-07 | Научно-производственное объединение по природным и искусственным алмазам и алмазному инструменту | Способ изготовлени алмазного инструмента |
| JPH10113876A (ja) * | 1996-10-08 | 1998-05-06 | Alps Electric Co Ltd | ダイヤモンド砥石とその製造方法および工具 |
| RU2468907C1 (ru) * | 2008-10-10 | 2012-12-10 | Сентер Фор Эбрейсивз Энд Рифрэкториз Рисерч Энд Девелопмент С.А.Р.Р.Д. Гмбх | Зернисто-абразивные агломераты, способ их изготовления, а также их использование для изготовления абразивных материалов |
-
2017
- 2017-07-12 RU RU2017124647A patent/RU2650459C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5011510A (en) * | 1988-10-05 | 1991-04-30 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Composite abrasive-articles and manufacturing method therefor |
| SU1738629A1 (ru) * | 1990-06-18 | 1992-06-07 | Научно-производственное объединение по природным и искусственным алмазам и алмазному инструменту | Способ изготовлени алмазного инструмента |
| JPH10113876A (ja) * | 1996-10-08 | 1998-05-06 | Alps Electric Co Ltd | ダイヤモンド砥石とその製造方法および工具 |
| RU2468907C1 (ru) * | 2008-10-10 | 2012-12-10 | Сентер Фор Эбрейсивз Энд Рифрэкториз Рисерч Энд Девелопмент С.А.Р.Р.Д. Гмбх | Зернисто-абразивные агломераты, способ их изготовления, а также их использование для изготовления абразивных материалов |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201900015962A1 (it) * | 2019-09-10 | 2021-03-10 | Luigi Ronconi | Legante per utensile diamantato, procedimento per ottenere il legante, segmento abrasivo ottenuto utilizzando il legante, utensile comprendente il segmento abrasivo. |
| CN112720285A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 深圳市宏通新材料有限公司 | 金刚石磨具的制作方法 |
| CN112720285B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-05-17 | 深圳市宏通新材料有限公司 | 金刚石磨具的制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101434827B (zh) | 一种含陶瓷颗粒的磨料及其制备方法和应用 | |
| JP4173573B2 (ja) | 多孔質砥粒砥石の製造方法 | |
| CN105538177B (zh) | 复合结合剂砂轮及其制造方法 | |
| CN107405756B (zh) | 易碎的陶瓷结合的金刚石复合粒子以及其制造方法 | |
| BR112013005026A2 (pt) | artigo abrasivo e método para formar um artigo abrasivo | |
| US3596649A (en) | Abrasive tool and process of manufacture | |
| CN103894939B (zh) | 一种刀头及其制造方法 | |
| KR101226420B1 (ko) | 용융 구체 코런덤에 기재한 연마 입자 | |
| JP2003531089A (ja) | 微晶質α−Ａｌ２Ｏ３付形体、その製造方法及びその使用 | |
| CN108188950A (zh) | 超硬磨料陶瓷结块与树脂锆刚玉复合砂轮 | |
| US6176888B1 (en) | Composite cutting body, containing diamond particles and methods for its production | |
| JPH09103965A (ja) | 多孔質超砥粒砥石とその製造方法 | |
| RU2650459C1 (ru) | Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления | |
| CN106553135A (zh) | 一种结合剂、制备方法及砂轮 | |
| JP2972488B2 (ja) | 焼結複合研磨剤グリツト、その製造法並びに使用法 | |
| JP2003181765A (ja) | 多孔質超砥粒砥石とその製造方法 | |
| JP2762661B2 (ja) | 多孔質メタルボンド砥石およびその製造方法 | |
| CN207578222U (zh) | 一种金属结合剂金刚石砂轮 | |
| KR101481730B1 (ko) | 연마액과 그 제조 방법 및 연마석과 그 제조 방법 | |
| JPH0624700B2 (ja) | ビトリファイド砥石 | |
| JP2958349B2 (ja) | 有気孔研削砥石及びその製造法 | |
| JPS603557B2 (ja) | 粒塊状砥石片を砥粒とする砥石の製造法 | |
| Ünal et al. | Matrix composition effect on the wear behaviour of diamond segments | |
| JPS62114879A (ja) | 粒塊状砥石片を砥粒とする砥石の製造法 | |
| JPS5969266A (ja) | ビトリフアイドボンドダイヤモンド砥石の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20190624 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190713 |