Способ изготовления алмазного трубчатого инструмента

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ТРУБЧАТОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий заращивание алмазных зерен на подложке путем нивелирования и отделение сформированного алмазоносного слоя от подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности инструмента и удержания алмазных зерен в связке, заращивание алмазных зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим - матовым - блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергают нагреву до 320-380° с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегавшей к подложке.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК э(ю В 24 0 !7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3240187/25-08 (22) 30.01.81 (46) 23.03.83. Бюл. № 11 (72) Я. Б. Фазылов, Л. С. Маркман, В. Г. Татеосов, Т. П. Гуртовенко, Б. С. Беликов, А. К. Херсонский и А. М. Сатановский (71) Научно-производственное объединение по механизации и автоматизации производства машин для хлопководства (53) 621.922.079 (088.8) (56) 1. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. Под ред. Бакуля В. Н., М., «Машиностроение», 1975, с. 238-239.

„„SU„„1006199 А (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ТРУБЧАТОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий заращивайие алмазных зерен на подложке путем никелирования и отделение сформированного алмазоносного слоя от подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности инструмента и удержания алмазных зерен в связке, заращивание алмазных зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим — матовым — блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергают нагреву до 320 — 380 с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегавшей к подложке.

1006199

Изобретение относится к изготовлению инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов гальваническим методом.

Известен гальванический способ изготовления тонкостенных трубчатых алмазных инструментов, при котором алмазные (абразивные) зерна закрепляют на подложке и заращивают гальванической никелевой связкой на определенную величину высоты зерна с последующим отделением от подложки алмазного слоя 11}.

Однако инструмент, изготовленный по данному способу, недостаточно надежен в работе из-за ослабления контактной связи между алмазными зернами и гальванической связкой, из-за наличия достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое, достигающих порядка 30 — 50 кг/мм .

Это приводит к преждевременному выпадению алмазных зерен из гальванической связки и потере размерной точности инструмента.

Кроме того, наличие достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое обусловливает повышенную хрупкость инструмента, приводящую к частым поломкам (трещинам) .

Целью изобретения является повышение прочности инструмента и улучшения удержания алмазных зерен в связке.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему заращивание алмазных зерен на подложке путем никелирования и отделение формированного алмазоносного слоя от подложки, заращивание зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим — матовым — блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подверга*от нагреву до 320-380 С с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегающей к подложке.

Пример. (изготовление трубчатого алмазного инструмента).

Поверхность цилиндрического стержня, изготовленного из инструментальной стали и выполняющего роль катода (подложки создаваемого инструмента), подвергают электрохимическому обезжириванию 5—

10 мин. затем производят декапирование (химическое травление) в 10О/р-ном растворе серной кислоты 1 — 2 мин с последующим пассчвированием поверхности в 2О/р-ном растворе хромовокислого калия.

Между операциями производятся промывки в проточной воде.

После подготовки поверхности подложки, места, не подлежащие гальваническому покрытию, изолируют поливинилхлоридной лентой. Затем стержень погружают в корзинку из кислотоупорной ткани с синтетическими алмазами марки АСК, фракцией

80/63 мкм на глубину, соответствующую высоте рабочей части инструмента, и после загрузки в ванну с сульфаминовым никеле5

35 вым электролитом подключают к стержню (катоду) электрический контакт.

Закрепление алмазных зерен на подложке гальванической связкой на толщину слоя

10 — 15 мкм ведется с осаждением мягких никелевых осадков при следующем режиме: плотность тока, А/дм 0,2 — 0,5; температура электролита, С 45 — 50; рН-среды 4,8 — 5,0; время определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.

Заращивание алмазных зерен гальванической связкой на 4/5 величины максимального размера зерна с осаждением твердых осадков блестящего никеля ведется к сульфаминовом электролите с изменением плотности тока 2,2 — 2,5 А/дм, время процесса определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.

После заращивания алмазных зерен (формирования внутреннего алмазоносного слоя) катод переносят в ванну с электролитом матового никелирования и создают на нем слой никеля толщиной 10 — 20 мкм, при этом процесс ведут при следующих режимах: плотность тока, А/дм 0,3 — 0,5; температура электролита, С 45 — 50; рН среды 4,8 — 5,0; время процесса определяется заданными параметрами.

Затем катод переносят обратно в ванну с сульфаминовым никелевым электролитом, погружают в приспособление (корзинку с алмазами) и формирование внешнего алмазоносного слоя производят аналогично формированию внутреннего алмазоносного слоя.

При изготовлении многослойного трубчатого алмазного инструмента операции повторяют в указанной последовательности, доводя толщину алмазоносного слоя до требуемой.

Одновременно с формированием на катоде алмазоносного слоя формируется и безалмазная часть инструмента.

Общее время процесса формирования алмазоносной части инструмента составляет

270 — 450 мин в зависимости от фракции алмазных зерен и требуемой толщины алма зоно си о го слоя.

После выполнения указанных операций сформированный алмазоносный слой отделяют от катода, при этом достаточно легкое разделение их происходит за счет пассивирующей пленки, созданной в процессе подготовки поверхности катода, резко снижающей адгезию между алмазоносным слоем и поверхностью катода. Затем алмазоносный слой инструмента подвергают термической обработке, для чего инструмент закрепляют верхней нерабочей безалмазной частью во фланце, по которому подается вода с таким расходом, чтобы заполнить всю внутреннюю полость инструмента, тем самым обеспечив интенсивное охлаждение внутреннего алмазоносного слоя.

10061

После этого рабочая часть инструмента (алмазоносный слой) вводится в индуктор источника ТВЧ с частотой 440000 Гц, обеспечивающего глубину прогрева 0,05—

0,15 мм, при этом высота (длина) индуктора составляет 0,8 — 0,9 высоты (длины) внешнего алмазного слоя.

Затем включают обогрев и в течение

1 — 1,5 с производят нагрев внешнего алмазоносного слоя до 350 30 С, тем самым обеспечивая выполнение для этого слоя

1О операции отпуска, при этом внутреннии алмазоносный слой остается холодным за счет интенсивного отвода тепла от него проточной водой, а температура промежуточного слоя составляет 150 -30 С, что обеспечивает частичное старение этого слоя.

В результате проведенной термической обработки в рабочей части инструмента создается определенная напряженная схема, характеризующаяся следующими параметрами: — внешний алмазоносный слой, в котором прошли остаточные деформации — растянут, при этом вектора напряжений в нем направлены по радиусу к центру инструмента, т, е. растягивающие напряжения переходят в- напряжения сжатия, величина которых больше величины первоначально озданных растягивающих напряжений; — во внутреннем алмазоносном слое, в котором за счет интенсивного отвода тепла не прошли никакие термические превращения, вектора напряжений направлены по радиусу к внешнему алмазоносному слою, т. е. растягивающие напряжения в нем по направлению и величине остаются без изменения;

З5 — промежуточный слой частично отпущенный (состаренный) воспринимает на: грузку векторов,-внешнего и внутреннего алмазоносных слоев, при этом растяги99 вающие напряжения в нем переходят в напряжения сжатия с незначительным изменением их величины.

Оценка напряжений в каждом из слоев рабочей части инструмента, произведенная по стандартной методике, свидетельствует о правильности построенной схемы и дает следующие числовые значения напряжений с указанием направлениях их величины: во внешнем слое 20 — 35 кг/ммз (+); во внутреннем слое !5 — 20 кг/мм (— ); в промежуточном слое 5 — 8 кг/мм2 (+).

Благодаря растянутому внешнему алмазоносному слою, стремящемуся к сжатию, некоторому уравновешиванию напряжений в промежуточном слое и сжатому внутреннему слою, так как суммарная величина напряжений сжатия во внешнем алмазоносном слое и промежуточном слое превышает величину растягивающих напряжений во внутреннем алмазоносном слое, в рабочей части инструмента (алмазоносном слое) создается благоприятное объемнонапряженное состояние, позволяющее значительно упрочнить гальваническую связку с одновременным повышением степени алмазоудержания в ней, тем самым повышая как надежность, так и долговечность инструмента.

Способ изготовления алмазного инструмента по сравнению с известными способами повышает работоспособность и износостойкость инструмента за счет упрочнения связки и повышения степени алмазоудержания в ней; позволяет изготавливать тонкостенный инструмент с двух-и многослойным алмазосодержащим. покрытием с высокими прочностными характеристиками; повышает размерную стойкость трубчатого алмазного инструмента за счет создания благоприятного объемно-напряженного состояния в алмазоносном слое.

Составитель Н. Балашова

Редактор П. Коссей Техред И. Верес Корректор А. Гриценко

Заказ 2012 27 Тираж 793 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4