Спосіб виготовлення робочого шару алмазно-абразивного інструменту

Реферат: Винахід належить до технології виготовлення абразивного матеріалу, переважно робочого шару шліфувального та правлячого алмазно-абразивного інструменту на металевій, органічній або керамічній основі з зернами надтвердих матеріалів (НТМ), який забезпечує значне UA 102662 C2 (12) UA 102662 C2 підвищення зносостійкості, робочої придатності і довговічності алмазно-абразивного інструменту, а також покращання якості оброблюваних поверхонь. Для цього у способі виготовлення робочого шару шліфувального та правлячого алмазно-абразивних інструментів, що включає виготовлення металевої основи з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), закріпленими в ній гарячим пресуванням та спіканням в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, або електролітичним осадженням металу для закріплення зерен НТМ; органічної або керамічної основи з алмазно-абразивними зернами НТМ, закріпленими в ній полімерними смолами або клейовими зв'язуючими, з наступним пресуванням та обпаленням в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, додатково робочий шар алмазно-абразивних інструментів піддають іонно-плазмовому напиленню. UA 102662 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології виготовлення алмазно-абразивних шліфувального та правлячого інструментів з зернами надтвердих матеріалів (НТМ) на органічних, металічних та керамічних зв'язках, які можуть бути використані в різних галузях інструментального виробництва; машинобудування; для обробки чорних та кольорових металів і сплавів; неметалічних матеріалів - скла, кварцу, рубіну, кераміки; будівельних матеріалів - граніту, мармуру, бетону та ін. Відомі технології виготовлення алмазно-абразивного шліфувального інструменту (див. "Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента" за редакцією В.М. Бакуля. – Москва: Машиностроение, 1975): на органічних зв'язках - стор. 167204; на металічних (брикетуванням та спіканням у прес-формах під тиском з наступним охолодженням) - стор. 204-230; на металічних (методом гальванотехніки, тобто електролітичним осадженням металів для закріплення зерен надтвердих матеріалів, в основному, для виготовлення правлячого складно-профільного інструменту) - стор. 230-240; на керамічних зв'язках - стор. 240-251. Основними недоліками алмазно-абразивних інструментів, виготовлених за цими технологіями на всіх вищевказаних зв'язках, є те, що всі вони, у більшості своїй, мають пористі шари, тріщини, жолоблення робочого шару, тобто не міцне з'єднання його з корпусом інструменту і, як наслідок цього, доволі слабке закріплення зерен НТМ в зв'язках; нерівномірний розподіл зерен надтвердих матеріалів в об'ємі робочого шару, а звідси занижену або нерівномірну твердість його - все це, в значній мірі, позначається на низьких зносостійкості, продуктивності обробки, якості оброблюваних поверхонь деталей. Окрім того при роботі алмазно-абразивні інструменти на металевих і керамічних, а в деяких випадках і на органічних зв'язках, як правило, застосовують з охолодженням, що також негативно впливає на працездатність, стійкість і довговічність їх, бо в цьому випадку, додатково, має місце ерозійний знос, або ерозійний пітинг - вид мікроударного механізму зносу робочого шару в результаті дії потоку охолоджувальної рідини з твердими частками оброблюваного матеріалу і продуктів зносу інструменту. Ці тверді частки утворюють локальні імпульсні удари, енергія яких достатня, щоб визвати пластичну деформацію, структурні або фазові перетворення в мікрооб'ємах робочого шару, результатом яких є зменшення замурування зерен в зв'язці, міцність утримання їх слабшає, внаслідок чого збільшуються викришування і виривання зерен НТМ зі зв'язки (вид втомленого зносу). Особливо це позначається на дорогих складно-профільних правлячих інструментах з зернами НТМ (ролики та бруски), які з-за складності свого профілю майже завжди виготовляють одношаровими методом електролітичного осадження металів для закріплення зерен НТМ (в основному, зернистостей 500/400-1000/800). Відомі способи нанесення покриттів у вигляді плівок газотермічним, газополум'яним, електродуговим, плазмовим, детонаційним та іншими напиленнями, в основному, на лезові ріжучі інструменти (різці, змінні багатогранні пластини, свердла, мітчики, фрези з швидкорізальної сталі або оснащені твердосплавними пластинами) для зменшення коефіцієнта тертя їх з оброблюваними матеріалами, підвищення зносостійкості ріжучих кромок інструментів, збільшення продуктивності обробки, отримання високих якісно-точностних характеристик оброблених деталей. Основними недоліками усіх цих методів є, по-перше, непридатність використання їх для нанесення покриттів на алмазно-абразивні інструменти, тому що підкладка, тобто поверхня робочого шару з зернами НТМ, розігрівається до (800-1000)°С, в результаті чого ці інструменти катастрофічно втрачають свої різальні здатності; по-друге, такий метод, як детонаційний, взагалі непридатний з-за високого рівня виробничого шуму (від 120 до 145 дБ); по-третє, такі методи, як газотермічний або газополум'яний, супроводжуються окісними процесами (через присутність кисню), що негативно позначається на утриманні зерен НТМ в зв'язках алмазноабразивних інструментів. В основу винаходу поставлено задачу такого вдосконалення способу виготовлення робочого шару шліфувального та правлячого алмазно-абразивного інструменту, при якому за рахунок того, що пропонується наносити іонно-плазмове покриття (або напилення) металів у вигляді плівок на вказані вище металічні, органічні та керамічні зв'язки з закріпленими в них зернами надтвердих матеріалів для підвищення поверхневої густини і твердості зв'язок, в результаті чого збільшуються замурування і міцність утримання зерен НТМ в зв'язках. Внаслідок цього, збільшуються зносостійкість, працездатність і довговічність шліфувального і правлячого алмазно-абразивних інструментів з зернами надтвердих матеріалів на металічних, органічних і керамічних зв'язках; підвищуються коефіцієнт шліфування та ефективність використання їх при обробці різноманітних матеріалів. 1 UA 102662 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для цього у способі виготовлення робочого шару шліфувального та правлячого алмазноабразивних інструментів, що включає виготовлення металевої основи з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), закріпленими в ній гарячим пресуванням та спіканням в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, або електролітичним осадженням металу для закріплення зерен НТМ; органічної або керамічної основи з алмазно-абразивними зернами НТМ, закріпленими в ній полімерними смолами, клейовими зв'язуючими та ін. з наступним пресуванням та обпаленням в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, згідно з винаходом, додатково робочий шар алмазно-абразивного інструменту піддають іонноплазмовому напиленню. Причинно-наслідковий зв'язок між ознакою, що заявляється, і технічними ефектами, які досягаються внаслідок її реалізації, полягає у наступному: по-перше, іонно-плазмове напилення, у порівнянні, наприклад, з газополум'яним напиленням, має більш високу температуру середовища (10000-20000 проти 3000)°С, що дозволяє напилювати будь-які (і тугоплавкі) матеріали без їх окислення через відсутність кисню в плазмотвірному газі; по-друге, іонно-плазмове напилення має більшу швидкість потоку плазмотвірного газу, що дозволяє значно скоротити процес утворення покриттів і отримувати їх разом з основою більш щільними та міцними, це, в свою чергу, сприяє кращому замуруванню зерен НТМ (особливо це стосується дорогого складно-профільного правлячого інструменту); по-третє, іонно-плазмове напилення має невисоку (100-200)°С температуру підкладки, що дозволяє наносити покриття на легкоплавкі метали і пластмаси (особливо, це прийнятне для органічних та керамічних зв'язок алмазно-абразивних інструментів). Отже, іонно-плазмове напилення є доволі універсальним засобом для виправлення дефектів робочого шару алмазно-абразивних інструментів на металічній, органічній і керамічній зв'язках, в плані підвищення їх твердості; для отримання більш міцного замурування зерен НТМ, а це, в свою чергу, сприяє значному підвищенню зносостійкості, працездатності, довговічності шліфувальних і правлячих складно-профільних алмазно-абразивних інструментів, збільшенню коефіцієнта шліфування і ефективності використання їх при обробці різного класу матеріалів. Приклад конкретної реалізації запропонованого способу. На рисунках, що додаються, показані виготовлені алмазно-абразивні складно-профільні, відповідно: правлячий брусок - рис. 1, правлячий ролик - рис. 2 та алмазно-абразивний круг на органічній зв'язці - рис. 3 з нанесеним на кожен з них іонно-плазмовим покриттям (напиленням). Правлячий брусок (рис. 1: а - дві доріжки, контрольні, без напилення; б - дві доріжки з іонноплазмовим напиленням нітриду титану з кобальтом) був виготовлений для зручності проведення порівняльних іспитів (працювали за прохід одночасно всі доріжки) при правці абразивного круга прямого профілю 600× 40 × 305 25А 25Н СМ2 7 К6 з охолодженням до повного зносу зерен надтвердих матеріалів. Результати іспитів показали, що зносостійкість доріжок з напиленням зросла в 1,6 разу, в порівнянні з контрольними - без напилення, які практично були без зерен НТМ. Правлячий ролик (рис. 2) складного профілю, виготовлений з нанесенням на його поверхню іонно-плазмового покриття (напилення) карбіду титану з кобальтом, підлягав іспиту при правці абразивного кругу прямого профілю 600 × 63 × 305 14А 40П СМ2 7 К6 з охолодженням до повного зносу зерен НТМ. Результати іспитів показали підвищення зносостійкості цього правлячого ролика в 2,6 разу у порівнянні з даними, які були отримані при правці кругів, котрі застосовували на операції шліфування замків лопаток турбін, складно-профільними правлячими алмазно-абразивними роликами без покриття. Алмазно-абразивний круг на органічній зв'язці (рис. 3) був взятий з виробництва, зачищений робочий шар (тобто, очищені основа з закріпленими в ній зернами НТМ) від бруду, продуктів шліфування, на який було нанесене іонно-плазмове напилення нітриду титану. Цим кругом шліфували твердий сплав Т15К6 з охолодженням до повного зносу напиленого покриття. Результати замірів на довгомірі ИЗВ - 2, мікроскопі МБС - 9, у порівнянні з даними, отриманими на виробництві, показали зростання зносостійкості круга з покриттям в 1,35 разу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Спосіб виготовлення робочого шару шліфувального та правлячого алмазно-абразивних інструментів, що включає виготовлення металевої основи з алмазно-абразивними зернами надтвердих матеріалів (НТМ), закріпленими в ній гарячим пресуванням та спіканням в пресформі під тиском з наступним охолодженням, або електролітичним осадженням металу для закріплення зерен НТМ; органічної або керамічної основи з алмазно-абразивними зернами 2 UA 102662 C2 НТМ, закріпленими в ній полімерними смолами або клейовими зв'язуючими з наступним пресуванням та обпаленням в прес-формі під тиском з наступним охолодженням, який відрізняється тим, що додатково робочий шар алмазно-абразивних інструментів піддають іонно-плазмовому напиленню. 3 UA 102662 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4