Спосіб отримання абразивного матеріалу

Реферат: Винахід належить до технології виготовлення абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен надтвердих матеріалів (НТМ), переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, який може бути використаний, наприклад, на обдирних UA 101520 C2 (12) UA 101520 C2 операціях з високим навантаженням і великим зняттям матеріалу при чорновій обробці на інтенсивних режимах різання не схожих за своїми фізико-механічними властивостями матеріалів: конструкційних, вуглецевих, жаростійких, нержавіючих сталей, чавуну, кольорових, титанових сплавів, шкіри та інших, і забезпечує довгострокове збереження профілю і геометричних параметрів абразивного інструмента, а також зростання зносостійкості, довговічності та працездатності його, що, в свою чергу, покращує якість оброблюваної поверхні. Для цього у способі отримання абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен НТМ, переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, що включає приготування основи з суміші металевих порошків з іншими компонентами, після пошарової засипки якої і пошарового розподілу зерен НТМ по наперед запрограмованій схемі за допомогою шаблона з отворами, меншими за розмір зерен НТМ, на поверхні кожного з шарів визначених ділянок основи з пошаровим підпресуванням, здійснюють брикетування і спікання абразивного матеріалу в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, згідно з винаходом, проміжні ділянки основи, вільні від зерен НТМ, заповнюють сформованими брикетами основи зі штучними абразивними зернами або абразивними зернами мінеральної природної сировини. UA 101520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технології отримання абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен надтвердих матеріалів (НТМ), переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, який може бути використаний, наприклад, на обдирних операціях з високим навантаженням і великим зніманням матеріалу при чорновій обробці на інтенсивних режимах різання конструкційних, вуглецевих, жаростійких, нержавіючих сталей, чавуну, кольорових, титанових сплавів, шкіри та інших, не схожих за своїми фізико-механічними властивостями матеріалів. Відомі технології виготовлення: абразивного інструмента [див. "Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента" за редакцією В. М. Бакуля, Москва, "Машиностроение", 1975, стор. 102-141, стор. 183-251, стор. 183-251], алмазного абразивного інструмента та абразивного інструмента з кубічного нітриду бору. Основним недоліком інструментів, виготовлених за цими технологіями, є те, що вони придатні до застосування тільки на конкретних режимах різання при обробці визначеного класу матеріалів, більш-менш схожих за своїми фізико-механічними властивостями. При спробі застосування, наприклад, абразивних інструментів для обробки твердих сплавів, або алмазних абразивних інструментів для обробки сталей, чавуну або кольорових сплавів, різко підвищується знос їх, за рахунок чого змінюються профіль і геометричні розміри, зменшуються стійкість і робоча придатність інструментів, що призводить до зниження якості оброблюваних поверхонь. Найбільш близький за технічною суттю до запропонованого є спосіб отримання абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен, переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструменту [див. патент України № 41885, МПК B24D 3/00, B24D 11/00, опубл. Бюл. №11, 10.06.2009 p.], що включає розподіл зерен надтвердого матеріалу (НТМ) на основі по наперед запрограмованій схемі за допомогою шаблона з отворами, який розташовують напроти основи, і виконують брикетування і спікання у прес-формі під тиском з наступним охолодженням, при цьому попередньо зерна надтвердого матеріалу утримують за допомогою шаблона з отворами, розмір яких менший за розмір зерен НТМ, котрий жорстко з'єднують з вакуумними камерами, призначеними для їхнього сполучення з вакуумним насосом, після чого шаблон з тимчасово утримуваними за допомогою вакууму зернами НТМ на його зовнішній поверхні переносять і розташовують напроти основи, потім знімають вакуум. Основу за цим способом виконують з суміші металевих порошків з іншими компонентами, після пошарової засипки якої і пошарового розподілу зерен НТМ на поверхні кожного з шарів основи з пошаровим підпресуванням, здійснюють брикетування і спікання абразивного матеріалу в пресформі під тиском з наступним охолодженням. Такий спосіб має ряд суттєвих недоліків: по-перше, ділянки основи, вільні від зерен НТМ при обробці контактують через тертя з оброблюваним матеріалом, що призводить до небажаного розігріву його, а це, в свою чергу, призводить до виникнення припікань, тріщин, задирок і погіршення якості оброблюваної поверхні в цілому; по-друге, при обробці нержавіючих сталей, чавуну, кольорових, титанових сплавів виникає налипання оброблюваного матеріалу на зерна НТМ, засалювання їх і самої основи інструмента, що призводить до зменшення їх різальної спроможності, а це, в свою чергу, знов таки сприяє різкому підвищенню температури в зоні контакту інструмента з оброблюваним матеріалом, що веде до підвищення зносу, зниження стійкості і робочої придатності інструмента в цілому; по-третє, при спробі застосувати такий абразивний інструмент для обдирних операцій з високим навантаженням і великим зніманням оброблюваного матеріалу при чорновій обробці на інтенсивних режимах різання, різко знижується його різальна спроможність, змінюються профіль і геометричні розміри, що призводить навіть до руйнування його робочого шару. В основу винаходу поставлено задачу такого вдосконалення способу отримання абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен НТМ, переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструменту, при якому за рахунок того, що ділянки основи абразивного інструменту, вільні від зерен НТМ, заповнюють сформованими брикетами основи з штучними абразивними зернами (електрокорунд, карбід кремнію, карбід бору тощо) або абразивними зернами природної мінеральної сировини (корунд, гранат, наждак, кремінь, кварц, ставроліт, циркон, рутил, ільменіт та інш.), забезпечується виключення тертя основи з оброблюваним матеріалом, внаслідок чого різко зменшується тепловиділення в зоні контакту; оскільки твердість штучних абразивних зерен або абразивних зерен природної мінеральної сировини менша за твердість зерен НТМ, при роботі абразивного інструмента вони сколюються, викришуються, подрібнюються, що веде до утворення "вільного" абразиву в зоні різання, який також приймає участь в обробці, це сприяє розкриттю зерен НТМ, відновлюючи їх різальну спроможність, І зменшенню шорсткості оброблюваної поверхні, як наслідок цього, забезпечується підвищення зносостійкості, робочої придатності, довговічності абразивного 1 UA 101520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інструменту, а також розширюються технологічні можливості при застосуванні його для чорнової обробки на інтенсивних режимах різання з високим навантаженням і великим зніманням оброблюваних матеріалів, не схожих за своїми фізичними властивостями. Для цього у способі отримання абразивного інструменту з програмованим розташуванням зерен НТМ, що включає приготування основи з суміші металевих порошків з іншими компонентами, після пошарової засипки якої і пошарового розподілу зерен НТМ по наперед запрограмованій схемі за допомогою шаблона з отворами, меншими за розмір зерен НТМ, на поверхні кожного з шарів визначених ділянок основи з пошаровим підпресуванням, здійснюють брикетування і спікання абразивного матеріалу в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, згідно з винаходом, проміжні ділянки основи, вільні від зерен НТМ, заповнюють сформованими брикетами основи зі штучними абразивними зернами або абразивними зернами мінеральної природної сировини. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними ефектами, які досягаються внаслідок її реалізації, полягає у наступному: по-перше, забезпечується виключення тертя основи абразивного інструмента з оброблюваним матеріалом за рахунок штучних абразивних зерен або абразивних зерен природної мінеральної сировини, які виступають над основою і контактують з оброблюваною поверхнею, внаслідок чого різко зменшується тепловиділення в зоні контакту; по-друге, оскільки твердість штучних абразивних зерен або абразивних зерен природної мінеральної сировини менша за твердість зерен НТМ, при роботі абразивного інструменту вони сколюються, викришуються, подрібнюються, що веде до утворення "вільного" абразиву в зоні різання, який також приймає участь в обробці; це сприяє значному зменшенню налипання оброблюваного матеріалу на зерна НТМ, засалювання їх і самої основи абразивного інструменту, тим самим, знов таки, зменшуючи тепловиділення в зоні контакту інструменту з оброблюваною поверхнею, а це, в свою чергу, призводить до зниження зносу робочого шару, підвищення стійкості, робочої придатності і довговічності абразивного інструменту в цілому; по-третє, запропонований спосіб отримання абразивного матеріалу дозволяє значно (до 40-50 відсотків) економити місткість доволі дорогих зерен НТМ, призначених для виготовлення робочого шару (наприклад, кубічного нітриду бору зернистістю 500/400-1000/800), що значно знижує собівартість абразивного інструмента, по-четверте, таке поєднання в робочому шарі абразивного інструмента штучних абразивних зерен або абразивних зерен природної мінеральної сировини з зернами НТМ дає можливість застосовувати його для обдирних операцій з високим навантаженням і великим зніманням матеріалу, тривалий час зберігаючи профіль і геометричні розміри, при чорновій обробці на інтенсивних режимах різання конструкційних, вуглецевих, жаростійких, нержавіючих сталей, чавуну, кольорових, титанових сплавів, шкіри та інших, не схожих за своїми фізико-механічними властивостями матеріалів. Приклад конкретної реалізації запропонованого способу. На рисунку, що додається, показаний кільцевий робочий шар абразивного інструменту, де 1 - це сегменти основи зі штучними абразивними зернами або абразивними зернами природної мінеральної сировини, 2 - це сегменти основи з зернами НТМ. Отже виготовляли кільцевий шаблон з текстоліту завтовшки 0,5 мм, на якому довільно розмічали сегменти, наприклад, з кутом 40° через кожні 32°. Після цього на кожному сегменті по наперед визначеній програмі свердлили отвори, діаметр яких менше розміру зерен НТМ, призначених для виготовлення робочого шару абразивного інструменту. З зовнішнього боку шаблона (вихід свердла з отвору) виконували зенкерування цих отворів, утворюючи фаски. На кожен сегмент з отворами шаблона з внутрішнього боку наклеювали вакуумні камери, які потім разом з'єднали з вакуумним насосом. Готували суміш металевих порошків з іншими компонентами і абразивними зернами природної мінеральної сировини (був взятий порошок циркону зернистістю 40). В заздалегідь виготовлену прес-форму таких розмірів, як сегмент 1 з кутом 32°, засипали необхідну за розрахунком кількість приготовленої суміші і на пресі під тиском виконали брикетування цього сегменту. Таких брикетів 1 було зроблено 5 шт., які потім були закладені в прес-форму для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, згідно з рисунком, вони утворили 5 пресових камер з кутом у 40°. Готували суміш металевих порошків з іншими компонентами. В кожну пресову камеру з кутом 40° прес-форми для виготовлення робочого шару 2 абразивного інструменту рівномірно засипали шар дозованої частки цієї суміші, за допомогою виготовленого шаблона з наклеєними на ньому вакуумними камерами, з'єднаними з вакуумним насосом, пошарово на кожному з шарів основи кожної пресової камери викладали зерна НТМ (був взятий порошок кубічного нітриду бору зернистістю 500/400) з наступним підпресуванням на пресі за допомогою стакана 2 UA 101520 C2 5 10 (технологічного елемента, призначеного для пошарового підпресування робочого шару). В такий спосіб виконали по черзі засипку шарів основи і шарів зерен НТМ та підпресування необхідного за розрахунком робочого шару абразивного інструмента. Після цього зібрали прес-форму для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, встановили її в високотемпературну піч, яка розміщена на пресі, довели тиск пресування до 30 МПа, нагрівали до температури 750 °C і спікали під тиском робочий шар абразивного інструменту з наступним охолодженням. Після цього без особливих зусиль розібрали пресформу і отримали якісний робочий шар достатньо універсального абразивного інструменту, переважно для обдирних операцій з високим навантаженням і великим зніманням матеріалу при чорновій обробці на інтенсивних режимах різання конструкційних, вуглецевих, жаростійких, нержавіючих сталей, чавуну, кольорових, титанових сплавів, шкіри та інших, не схожих за своїми фізико-механічними властивостями матеріалів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 Спосіб отримання абразивного матеріалу з програмованим розташуванням зерен надтвердих матеріалів (НТМ), переважно для виготовлення робочого шару абразивного інструмента, що включає приготування основи з суміші металевих порошків з іншими компонентами, після пошарової засипки якої і пошарового розподілу зерен НТМ по наперед запрограмованій схемі за допомогою шаблона з отворами, меншими за розмір зерен НТМ, на поверхні кожного з шарів визначених ділянок основи з пошаровим підпресуванням, здійснюють брикетування і спікання абразивного матеріалу в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, який відрізняється тим, що проміжні ділянки основи, вільні від зерен НТМ, заповнюють сформованими брикетами основи зі штучними абразивними зернами або абразивними зернами мінеральної природної сировини. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3