SU990423A1 - Способ изготовлени алмазного инструмента - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относитс  к технологии изготовлени  алмазного абразивного инструмента и может быть использовано, например, при изготовлении буровых коронок и прав щего инструмента. Известен способ изготовлени  алмазного инструмента, заключающийс  в том, что алмазные зерна смещивают с щихтой, состо щей из смеси твердосплавного порошка- наполнител , например твердого сплава ВК15 и легкоплавких металлов - св зки, например меди. Графитовую-форму с уложенными алмазами и шихтой подвергают гор чему прессованию при 1180°С и давлении 100 кгс/см 1. Недостатком данного способа  вл етс  низка  износостойкость алмазного инструмента вследствие того, что у синтетических алмазных зерен, нагретых до температуры свыше 1000°С даже в защитной среде, в два раза уменьшаетс  первоначальна  прочность (происходит выход металлических включений на поверхность кристалла, его растрескивание ). При работе инструмента такие зерна раскалываютс  и выпадают. Известен также способ изготовлени  алмазного инструмента, заключающийс  в том. что алмазные зерна сменжвают с шихтой, состо щей из смеси твердосплавного порошка наполнител  и легкоплавких металлов - св зки, укладывают в графитовую прессформу и подпрессовывают при удельном давлении 100-150 кгс/см. Подготовленную таким образом заготовку подвергают пропитке при температуре плавлени  св зки, а затем производ т гор чую допрессовку при удельном давлении 80-100 кгс/см2, охлаждают под давлением до 200-300°С - ниже температуры кристаллизации св зки 2. Недостатком данного способа  вл етс  невысока  износостойкость материала алмазоносной матрицы из-за потери прочности алмазным зернами вследствие их перегрева при температуре пропитки. Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому эффекту  вл етс  способ изготовлени  алмазного инструмента , заключающийс  в том, что алмазные зерна смешивают с порошком карбидов тугоплавких металлов или металлоидов (наполнителем ) и металлической св зкой и прессуют при давлении 200-400 кг/см, а затем производ т гор чее прессование при давлении 10-50 кг/см при температуре 0,5- 0,8 температуры плавлени  св зки .

Недостатком известного способа  вл етс  невысока  износостойкость вследствие недостаточной плотности материала алмазоносной матрицы и низкой св зи всех ее компонентов . Материал матрицы раскрашиваетс  при высоких ударных и тепловых нагрузках , возникающих при работе инструмента, и алмазные зерна выпадают, не отработав своего ресурса. Инструмент преждевременно выходит из стро .

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости инструмента.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  алмазного инструмента, включающему смешивание алмазных зерен с порошком наполнител  и металлической св зкой, холодное прессование и последующее гор чее прессование, после смешивани  провод т термообработку полученных гранул в восстановительной среде при 350- 400°С, а гор чее прессование осуществл ют при температуре 0,85-0,95 температуры плавлени  металлической св зки и давлении 160-190 КГС/СМ2.

Изготовление инструмента осущ ествл ют следующим образом.

Навеску зерен алмазного порошка смачивают кле щим веществом. Затем к алмазам постепенно аобавл ют часть порошка наполнител . В качестве наполнител  могут быть использованы различные тугоплавкие вещества (карбиды титана, вольфрама, их соединени , нитриды кремни ). Полученные первичг ные гранулы помещают в установку дл  гранул ции , смачивают суспензией (смесь спирта с глицерином,олеинова  кислота с вазелиновым маслом или любым другим смачивающим веществом) и нанос т оставшуюс  часть наполнител . Затем на полученные гранулы нанос т слой металлической св зки (в качестве св зки могут быть использованы различные композиции на основе меди, олова , железа, марганца и других металлов).

Полученные гранулы подсушивают в восстановительной среде при 350-400°. Необходимое количество гранул засыпают в гра.фитовую пресс-форму, подпрессовывают и подвергают гор чему прессованию при температуре 0,85-0,95 температуры плавлени  металлической и давлении 160- 190 кг/см ,

При изготовлении, например, буровых коронок гор чее прессование гранул осуществл ют с одновременным закрепление.м их на корпусе.

Изобретение по сн етс  на примерах изготовлени  алмазных буровых коронок.

Пример. Берут 1 г (5 карат) алмазного порощка марки АСС, зернистости 250/200. Навеску алмазного порошка смачивают кле щим веществом - эпоксидной смолой ЭД-20

К алмазам добавл ют 25% порощка наполнител . В качестве наполнител  используют карбид вольфрама.

Количество наполнител  рассчитывают исхрд  из веса гранулируемого алмазного порошка

РН М-/Н-К,

вес порошка наполнител , г (каРН где рат); М масса гранулируемого алмазного

юрошка, г (карат); /„ -удельный вес порошка наполнител ,

К - коэффициент, учитывающий концентрацию алмазного порошка,

.

Р„ 5,0 ct-14,8 r/CM. 13,5 г.

Оставшуюс  часть наполнител  нанос т на гранулы, помещенные в гранул тор.

При этом первичные гранулы смачивают раствором олеиновой кислоты и вазелинового масла (1:2). Общий вес гранул составл ет 14,5 г. Затем на полученные гранулы нанос т слой металлической св зки - порошковой меди. Вес металлической св зки рассчитывают исход  из объема, занимаемого алмазным порошком и материалом наполнител . р РН V--+ ,

где V объем, занимаемый алмазным порошком и материалом наполнител , Р,Р„ -вес алмазного порошка и порошка

наполнител ;

f удельный вес алмазного порошка порошка наполнител , г/см

г I IAS - 19

V

53 + F

СМ

Вес металлической св зки определ ют по формуле

РСВ V-Дв где РСВ - вес металлической св зки, г;

Дв удельный вес св зки, г/см. 1,20 смз.8,8 г/смз 10,5 г.

При нанесении металлической св зки на гранулы добавл ют смачивающее вещество - 5°/о-ный раствор каучука в бензине. Общий вес гранул определ ют по формуле

Ргран. М -f Р„ + , где Рррац-общий вес гранул, г.

Ргран. 1 + 13,5 + 10,5 25 г.

Полученные гранулы подсущивают в среде водорода при 350-400°С. Гранулы засыпают в графитовую пресс-форму, подпрессовывают при давлении 20-40 кгс/см. В качестве приварочного сло  используют смесь материала наполнител  и металлической св зки в соотнощении 50:50 об.% (11 г твердого сплава ВК6 и 7 г металлической св зки ). Устанавливают корпус-и производ т гор чее прессование материала матрицы с одновременным закреплением на корпусе при 970°С, что составл ет 0,90 температуры плавлени  св зующего материала, и давлении 170 кг/см2.

Инструмент передают на механическую обработку.

Согласно технологии, описанной в примере , была изготоавлена и испытана парти  опытных коронок. Перед изготовлением коронок полученные алмазные гранулы подвергали термообработке . Термообработка примен лась дл  того, чтобы разрушить слой окислов, образовавшихс  на гранулах.При температуре восстановлени  ЗООС гранулы полностью не восстанавливались. Температура спекани  таких гранул повысилась из-за пленки окислов , котора  увеличивает температуру плавлени  св зки и в этом случае поставленна  цель повышени  износостойкости не достигаетс . В температурном диапазоне 350- 400°С гранулы полностью восстанавливаютс , а. повышение температуры восстановлени  до 450°G приводит к выгоранию смачив .аюш.его веш.ества и разрушению гранул. Результаты исследовани  температурного режима восстановлени  гранул приведены в табл. 1. Предлагаемый способ позвол ет получить алмазный инструмент, обладаюш,ий различ ной износостойкостью. Дл  получени  алмазной матрицы с требуемой износостойкостью необходимо правильно выбрать усилие гор чего прессовани . Так как уплотнение при прессовании металлических порошков при высоких температурах обусловлено процессами текучести, изменение плотности при гор чем прессовании св зано с пластической деформацией. Силы внешнего давлени  при гор чем прессовании суммируютс  с капилл рным давлением, привод щим к спеканию изделий. , При . усилии гор чего прессовани  150 кг/см2 и температуре 950°С уплотнение алмазоносной матрицы происходит частично . Повышение усили  прессовани  алмазоносной матрицы до 200 кг/см приводит к почти полному выдавливанию меди из спекаемого издели . На практике износостойкость матрицы ориентировочно оценивают по ее твердости.

Си Си Си Си

ВКб

250/200 ВКб 250/200 ВКб 250/200 ВКб 250/200

170 Неполное восстановление гранул 170 Полное восстановление 170 Полное восстановление

170 Интенсивное выгорание смачивающего вещества и начало разрушени  гранул В табл. 2 приведены данные, характеризуюшие твердость материала инструмента при температуре 950С и усилии прессовани  от 150-200 кг/см. Предъ вл емым к алмазному буровому инструменту требовани м соответствует усилие гор чего прессовани  160-190 КГС/СМ2. Экспериментальные исследовани  изготовленного инструмента проводили в лабораторны .х услови .х на специальном стенде, созданном на базе радиально-сверлильного станка 2А55. В процессе экспериментальных исследований фиксировали осевую нагрузку манометром; потребл емую мощность ваттметром, проходку лимбом, установленным на сверлильной головке станка с точностью до 1 мм, а врем  бурени  секундомером,. Коронки отрабатывали до полного износа рабочего сло . Данные отработки приведены в табл. 3. Понижение температуры гор чего прессовани  до 0,84 плавлени  св зки привело к недопропитке материала матрицы Инструмент быстро износилс . Повьнпение температурь 1 гор чего прессовани  до 0,96 температуры плавлени  св зки и вьипе ведет к уменьшению прочности алмазных зерен, что отражаетс  на работоспособности инструмента. Как видно из табл. 3, применение предлагаемого способа повьипает износостойкость инструмента, что позвол ет повысить проходку на коронку при бурении гранита X категории на 10-40%. При цене коронки 22 руб стоимость метра бурени  известным способом составл ет 22 руб : 6,8 м 3,24 руб/м, а предлагаемым 22 руб: 11,3м - 1,94 руб./м, поэтому затраты на метр бурени  сокращаютс  на 3,24 1,94 1,10 руб. Экономический эффект на 1 коронку составит 1,10 11,3 12,4 руб. При годовом выпуске коронок на Опытном заводе в количестве 10 тыс. шт. экономический эффект составит 124 тыс. руб. Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ изготовления алмазного инструмента, включающий смешивание алмазных зерен с порошком наполнителя и металлической связкой, холодное прессование и по- 50 следующее горячее прессование, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости инструмента, после смешивания проводят термообработку полученных гранул в восстановительной среде при 350— 40012, а горячее прессование осуществля ют при температуре 0,85—0,95 температуры плавления металлической связки и давлении 160—190 кгс/см².