Спосіб виготовлення абразивного інструменту

Изобретение относится к изготовлению инструмента и з сверхтвердых материалов и обеспечивает повышение износостойкости инструмента и техно*4 логичности его изготовления путем достижения минимального отклонения получаемого профиля от номинальных размеров в процессе свободного спекания абразивного слоя, а также повышения алмазоудержания. Способ заключается в том, что на стальной корпус наносят шихту, содержащую абразив и связку, включающую медь, олово и гидрид титана, в которую дополни" тельно вводят цилиндпические элементы, выполненные из материала, смачиваемость которых соответствует смачиваемости корпуса, и диаметром, равным 0 , 8 ' 1 , 5 средней размера аб« разивных зерен, и высотой, равной 1«2 диаметрам элемента, при следующем соотношении компонентов, иас,%: абразив 2—11; медь 44—52; олово 10— 16; гидрид титана 5"10; цилиндричес** кие элементы 20-30г Нанесенную мае" су подвергают спеканию в свободном состоянии при температуре плавления связки* 2 табл, Изобретение относится к изготовлению инструментов из сверхтвердых материалов, преимущественно сложнопрофильных роликов, применяемых для шлифования природных строительных материалов„ Целью изобретения является повышение износостойкости инструмента и технологичности его изготовления путем достижения минимального отклонения получаемого профиля от поминала в процессе спекания абразивного слоя и повышение прочности удержании алмазных зерен, Способ заключается в том, что на стальной корпус наносят абразивную массу, содержащую порошок абразива, и связку, включающую медь, олово, гидрид титана, в которую дополнительно вводят цилиндрические элементы, выполненные из материала, смачиваемость связкой которого соответствует смачиваемости корпуса, и имеющие диаметр^ равный 1,5-0,8 среднего размера абразивных зе рен, и высоту,рав~ ную 1-2 диаметрам элементов, при следующем соотношении компонентов, шс.У»: (21) 4628589/31-08 (22) 30 Л 2,88 (71) Институт сверхтвердых материалов А УССР Н (72) Э,Д,Кизиков, В«И,Мельник, А*Н,Ракита, Д.М.Мифлиг, В,АгМуровский и Ю,В«Зайченко (53) 621.922,079(038,8) 44-90 " " Г S "; Т її і: 00 1610728 Абразив 2~11 Медь 44-52 Олово 10-16 Гидрид титана 5-10 Частицы углеродистой стали 20-30 Затем осуществляют спекание нанесенного слоя абразивной массы в сво" бодном состоянии при температуре плавления связки* ^ 10 Как показали исследования процессов происходящих при свободном спеf5 кании алмазного слоя сложнопрофильНЫХ' роликов, смачивающая способность расплавами Cu~Sn'Ti стальной поверх" ности корпуса ролика и члстпц алмаза неодинаковая. Так, краейые углы сма— 20 чивания алмаза расплавов.Си—Sn-Ti в зависимости от состава массы колеблются в пределах 15-25 , в то время , как угол смачивания статной поверх" ности корпуса колеблете^в пределах 25 0-3° е Вследствие более Щлсокой смачиваемости поверхности-корпуса ролика подавляющая масса расплава (до 90%) растекается по поверхности корпуса и только до 10 мас*% расплава 30 смачивает алмазные зерна* Введение в абразивную массу частиц углеродистой стали в виде цилиндрических элементов с предложен— ными геометрическими размерами позволяет обеспечить более равномерное растекание металлического расплава и более интенсивное смачивание алмазных частиц, так как в результате контакта стальных частиц правильной цилиндрической формы между собой и с алмазными зернами в объеме алмазоносного слоя образуется упорядоченная система капиллярных полостей, которые в процессе спекания заполняются расплавом,, И так как степень смачиваемости расплавом поверхности цилиндрических частиц из углеродистой стали и стального корпуса, изготовленного также из углеродистой стали, примерно одинаковая, происходит равномерное распределение расплава по всему объему абразивного слоя* При этом значительная масса расплава (до 80 мас«%)> распределяется по объему алмазоносного слоя, так как смачиваемая поверхность стальных частиц зна« чительно больше поверхности профиля корпуса ролика* 35 40 Указанные явления значительно уменьшают отклонение профиля ролика от номинальных размеров, обеспечива— ют более полное смачивание алмазных зерен и их дополнительное защемление между цилиндрическими частицами углеродистой стали, что повышает алмаз оудержание* Равномерное распределение расплава по объему абразивного слоя, сте" пень искажения профиля, прочность удержания алмазов, а следовательно, и износостойкость инструмента регулируются количеством содержащихся в шихте стальных частиц, их размерами по диаметру и длине,, Эксперименты по определению влияния на качество инструмента количества стальных частиц, их формы и размеров показали, что при введении в массу цилиндрических стальных частиц в количестве менее 20 мас„% недостигается равномерное распределение расплава, в объеме алмазоносного слоя, при этом отклонение профиля от номинальных размеров составляет до 0,5 мм, в результате чего при его правке необходимо соышифовывать око*ло 15 мас е % алмазоносного слоя, что неэкономично и весьма трудоемко», При введении в массу болееЗО мас.% цилиндрических стальных частиц образующееся количество расплава недостаточно для заполнения капиллярных полостей в объеме алмазоносного слоя, в результате чего алмазоносный слой имеет низкую механическую прочность, что приводит к снижению износостойкости ролика при обработке природных строительных материалов» При введении в абразивную массу цилиндрических частиц диаметром ме45 нее 0,3 среднего размера алмазных зерен не обеспечивается равномерное растекание металлического расплава s объеме алмазоносного слоя, что приводит к неравномерному выступанию ел алмазов над поверхностью связки, отклонению профиля до 0,5 мм, в результате чего при его правке необходимо сошлифовывать около 20 м а с % алмазоносного слоя* В конечном итоге повышается трудоемкость изготовления ролика, снижается его стойкость. При введении в абразивную массу стальных частиц диаметром более 1,5 среднего размера алмазных зерен на™ 6 1610728 • блюдается выступание этих частиц над стали марки ст в 45» Затем корпуса р о ликов с нанесенной массой помещались алмазными зернами, что требует д о п о л " в вакуумную печь и спекались при темнительной правки» пературе 890+10 С в вакууме на ниже При введении в абразивную массу после чего охлаждались в м е с стальных цилиндрических ч а с т и ц , те с печью» имеющих соотношение высоты к д и а " Для испытания изготавливались а л метру м е н е е чем 1:1, наблюдается мазные сложнопрофильные ролики д и а — искажение профиля алмазоносного слоя 10 метром 240 мм с толщиной а л м а з о н о с (до 0,55 м м ) , в процессе правки для ного слоя 2 мм. Для изготовления а л получения требуемого профиля н е о б х о мазоносного слоя использовались а л м а д и м о сошлифовать около 20 м а с „ % а л зы А С 5 0 5 0 0 / 4 0 0 . Корпуса роликов и з мазоносного слоя* Указанные явления готавливались из стали марки ст«45* можно объяснить неравномерным р а с п 15 Отклонение профиля ролика от н о ределением расплава по объему алмазоминальных размеров определялось пу« носного слоя в результате нарушения тем измерения профиля ролика после оптимальной структуры капиллярных п о спекания универсальными и з м е р и т е л ь лостей, образуемых между стальными ными средствами,! частицами, а также зернами алмаза и *® Количество сошлифованного а л м а з о частицами стали * носного слоя в процессе правки о п р е При введении в абразивную массу делялось методом взвешивания ролика стальных частиц, имеющих отношение до и после правки алмазоносного слоя высоты к диаметру более чем 2:1 в с точностью +0,01 г, спеченном алмазоносном слое наблюда- *-> Изготовленные сложнопрофильные ется выступание этих частиц над а л ролики испытывались при фасонном' ш л и мазными зернами, что требует д о п о л фовании изделий из гранита капустиннительной правки алмазоносного слоя* ского месторождения. Ролики устанавПри введении в абразивную массу ливались на горизонтально—фрезерном стальных частиц в количестве 2 0 30 станке 6М28Г, Испытания проводились 30 м а с « % , с выбранными г е о м е т р и ч е с на следующих режимах: V..u = 20 м/с; кими размерами спеченный а л м а з о н о с = 6 мм; о х nPcA,. = 0»3 м/мин; ный слой и м е е т минимальное отклонение лаждение - проточная вода. За покаот номинала (до 0,2 мм) и н е требует затели работоспособности принят рас— последующей правки (составы 1-3, 1 0 ) . 35 Х ° Д алмаза на дм сошлифованного м а Введение в абразивную массу ч а с " териала (кар„/дм ) . тиц из других материалов (карбида Результаты испытаний приведены в бора, стальных частиц из хромоникелетабл„ 2 . вой стали,,железа, карбида к р е м н и я ; Выбранное соотношение компонентов не позволяет достичь повышения и з н о 40 шихты обусловлено необходимостью п о состойкости инструмента» лучения требуемых физико-механичесРезультаты изготовления и испытаких свойств алмазоносного слоя и его ний сложнопрофильных роликов с п р и м е оптимальной стойкости * нением абразивной массы различных 45 При ныбпанном соотношении меди и составов приведены в табл* 2« олова обеспечивается получение оптиИзготовление абразивного и н с т р у мальных технологических свойств м а с мента осуществляли методом п ор о ш к о сы, влияющих на процесс спекания а л вой металлургии• Было приготовлено мазоносного слоя (оптимальная темпе— 24 смеси компонентов ( т а б л „ 1 ) в Кроме 50 ратура спекания, оптимальная текусмесей, содержащих цилиндрические честь) . частицы углеродистой стали с различПределы содержания гидрида титаными геометрическими размерами, были на выбраны исходя из необходимости изготовлены смеси, содержащие частиполучения оптимального удержания цы карбида бора, железа и хромоникеалмазов. левой стали», Приготовленные смеси 55 При содержании в массе меди ниже увлажнялись раствором глицерина в 44 мас«% ухудшается растекаемость этиловом спирте и наносились на п о связки, увеличивается ее усадка, в верхность профиля корпуса в 3 слоя* результате чего снижается прочность Корпуса роликов были изготовлены из І6Ї0728 алмазоносного слоя, а при содержаизносостойкость инструмента и ухудша* нии меди выше 52 мас«% увеличивает" ется технологичность его изготовлеся деформация профиля алмазоносного ния. слоя, что требует дополнительной При введении в массу частиц кар~ правки и приводит к снижению стой" • бида бора, железа, хромоникелевой * кости инструмента. стали размером 400-500 мкм улучшение При снижении содержания олова в технологичности изготовления инстру" массе ниже 10% снижается текучесть мента и повышение его стойкости не расплава и не происходит необходимое 1 п наблюдается„ заполнение капиллярных полостей в Как видно из табл«2 минимальное объеме алмазоносного слоя, что приотклонение профиля алмазоносного водит к снижению износостойкости слоя от номинала и максимальная и з " ролика » носостойкость достигаются для соста— вов масс, содержащих 20, 25 и ]5 30 мас»% цилиндрических частиц углеПри содержании олова в массе свы. родистой стали с выбранными диаметра* ше 16 мас в % образуется в процессе ми и высотой» спекания повышенное количество хрупких химических соединений, в резуль— тате чего снижается стойкость инст" румента. При содержании в массе менее 5 м а е Л гидрида титана не происходит раскисления сплава ввиду дополни" тельного количества в массе металли" ческих фаз в виде частиц углеродистой стали, что приводит к снижению прочности удержания алмазов и, как следствие, к снижению износостойкое" ти инструмента,, При содержании в массе гидрида /титана более 10 мас»% образуется по" вышенное количество твердых хрупких фаз, в результате чего увеличивается усадка связки, что приводит к искажению профиля алмазоносного слоя,, 20 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ изготовления абразивного инструмента, при котором на стальной корпус наносят абразивную массу, со™ 25 держащую абразив и связующее, вклЮ" чающее медь ? олово и гидрид т и т а н а , и подвергают ее свободному спеканию при температуре плавления с в я з к и , о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч т о , •n с Целью повышения технологичности a способа и износостойкости инструмен™ та, в абразивную массу дополнитель" но вводят элементы цилиндрической формы из материала, угол смачиваемости связкой которого с о о т в е т с т в у е т 35 углу смачиваемости материала корпуса, и имеющие диаметр, равный 0 , 8 1;5 среднего размера абразивных зе" 1 При содержании в массе алмазных рен, и высоту* равную 1,0-2,0 д и а " зерен менее 2 мас.% снижается стой4Q метра элемента, при следующем с о о т " кость ролика, при содержании алмаз" ношении компонентов массы, мас»%: ных зерен более 11 мас»% - количеств во образующегося металлического Абразив 2—1 1 расплава недостаточно для смачивания Медь 44-52 алмазных зерен и частиц стали, что Олово 10-16 приводит к снижению прочности удер" 45 Гидрид жания алмазов» титана 5 м 10 При выходе за предложенные предеЭл еме нты лы содержания в массе цилиндрических цилиндр и-* частиц углеродистой стали снижается ческой формы 20-30 Ю 1610728 Г а 6 п м ц а і Состаї Содержание, чедь олово гид тита- содерна жание. мас,І 3 4 5 6 7 6 51 44 50 51 SI 51 51 52 9 10 11 44 52 12 ІЗ 46 50 16 10 13 16 16 16 16 16 II 16 u 10 43 33 11 15 45 16 51 44 9 17 11 ik 17 18 19 20 46 46 . 66 46 46 21 22 69,9 23 (прототип) 24 47 15 20 30 25 20 7 5 10 7 7 ? 7 7 5 8 20 20 20 19 ЗІ 20 25 10 7 3 8 5 25 30 20 зо 20 в 4 13 13 13 ІЗ 13 16 10 8 16 11 10 10 10 10 міі, ,' Частицы углеродистой стали ст.80 рид 1 2 1 зо т диаметрі мм/отно— высота, мм/ отношение высоты к днаметру М Ш дняметра к среднему размеру алмазных зерен частицы ЛИ карбид СТИ XI8HI5 диаметром 0,5 мм. Ь-0,75 им «елеэо (размер (разчастиц мер час- 450тиц 450' 500 мкм 500 мкм) Поро поро 0,35/С1,6 0,7/1, 5 0,5/1, 1 0,3/0, 7 0,5/1, 1 0 .35/1 -.1 1 ,4/2! 1 0 ,75/1 , 5 ! 0 ,6/2: 1 0 ,45/0 . 9 : 0 ,75/1 It 1 ,1/2, 2:1 0. ,75/1 , 5 : 0 ,75/! . 5 : 0. ,35/1 : І 0 і ,75/1 . 5 : о,,75/1 ,5t 1,. і / 2 : 1 о..35/1 ї ї 1. 4/2; 1 о..35/1 ї ї 1, 4/2! 1 0,75/1 . 6 0,5/1, 1 0,5/1, 1 0,5/1, 1 0,35/0 , 8 0,5/1, t 0,5/1, 1 0,7/1, 5 0,35/С ,8 0,7/1, 5 0,35/0 . 8 0,7/1, 5 6. 1 ! 1 21 6 б 6 в 6 Ь 1 1 1 1 25 25 2S 20 0.75/1 25 -4 о. 75/1, . 5 : ! Т а б л и ц а 2 Шихта 1 Отклонение ПрО1" филя р о м лика от номиналь" ных р а з меров,мм Масса со~ шлифован" ного алма" зоносного слоя при правке, мас«% Удельный расход алмазов при шли" фовании, кар«/дм Примечание 1 Состав 3 4 5 +u,z нет необ" + 0,2 +0,19 —"— ±0,5 22 20 18 25 16 0,5 ХОДИМОСТИ в правке +0,55 +0,4 + 0,5 +0,45 + 0,2 окись Алназ АС5О 500/400 шок ут~~ шок перо— стали днма ПХ18НІ5 диетой стяли ст.80 нет необходимости в правке 0,45 0,45 1,2 0,6 0,8 0,8 М 1,3 • 6 І 1 2 II Ь 2 б 11 * 6 6 6 6 6 11 1610723 ІЦюдол>: енне габл . І 10 11 12 13 14 15 ±0,2 ±0,2 +0,22 + 0,4 +0,5 16 17 18 + 0,2 ±0,2 ±0,3 „(1™ 0,95 17 1,2 + 0,5 28 1,6 19 20 ±0,2 0,45 20 22 нет необ" ХОДИМОСТИ в правке 0,9 1,2 1,0 1>1 1,2 0,9 При правке наблюдаются вырывы алмазоносного слоя Значительная деформация алмазоносного СЛОЯ, правке не подлежит Значительная деформация алмазоносного слоя, правке не подлежит ГЧ 21 22 23 +0,8 40 1,6 24 +0,4 19 1,1 Редактор Л«Народная Значительная деформация алмазоносного слоя Составитель В а Воробьев Техред И Л и д ы к Корректор Н.Ревская Заказ 4044/ДСП Тираж 317 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10}