Способ изготовления алмазосодержащих изделий сложной формы

 

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D В 22 Г 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3492026/22-02 (22) 13.09.82 (46) 30.04.84. Бюл. Р 16 (72) Л.В.Стихов, Т.С.Тарасова и С.Н.Хмелевская (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента (53) 621 .762.4(088 .8) (56) 1. Виноградов Г.А., Радомысельский И.Д. Прессование и прокатка металлокерамических материалов.

М., 1963, с.42.

2. Патент Японии Р 54-38307, кл. 10 А 60, 1979. (54)(57)СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕР)ХАЩПХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, включающий формонание в пресс-форме

„„Я0„„1088883 A изделий с режущими кромками с использованием деформируемой подушки и горячее прессование отформованного изделия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения прочности режущих кромок, перед формованием изделия в пресс-форму предварительно засыпают материал подушки и прессуют пуансоном при давлении 0,2-0,7 давления горячего прессования, при этом пуансон устанавливают таким образом, чтобы впадины, соответствующие по форме режущим кромкам изделия, были расположены по направлению прессующего усилиями причем в качестве деформируемой подушки используют материал не спеФ кающийся при температуре горячего прессования и обладающий лучшей прессуемостью, чем материал изделия.

1088883

Изобретение относится к производству износостойкого или алмазноабраэинного инструмента, н частности инструмента, изготавливаемого из гранулиронанных твердоспланных порошков или алмазометаллических гранул.

Известен способ формования изделий сложной формы, например тиглей из порошков тугопланких металлов, заключающийся в том, что внутренняя полость тигля формуется с помощью резиноной закладной детали — подушки. При этом давление пресса, приложенное.к верхнему пуансону, передается через прессуемый порошок на резиновую подушку, укрепленную на нижнем пуансоне. Резиновая подушка, сжимаясь, поэволяет равномерно пропрессовать все части изделия, что гарантирует его качество при после- 20 дующем спекании 1 1.

Недостатком данного способа является относительно низкая прочность изделия, так как при обычном спекании подобных изделий пористость со- 25 ставляет 30-507. Горячее прессование этих изделий невозможно иэ-за применения подушки иэ резины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления алмазосодержащих изделий сложной формы, заключающийся в том, что сначала формуют иэделие с помощью жесткого пуансона или эластичной оболочки, а затем осуществляют горячее иэостатическое прессонание изделия с помощью подушки. В качестве материала подушки применяют графитовую крошку, кварцевый песок (2 ).

Однако для известного способа ха" рактерным является низкая прочность острых вершин и кромок у изделий сложной формы из-эа недостаточной пропрессовки острых углов и вершин> 4 в результате чего в этой части изделия образуется жесткий каркас из опирающихся друг на друга частиц подушки, который препятствует прс, прессовке.

Цель изобретения — повышение прочности режущих кромок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготонле". ния алмазосодержащих изделий сложной формы, включающему формование

53 в пресс-форме иэделий с режущими кромками с использованием деформируе" мой подушки и горячее прессонание отформованного изделия, перед формованием изделия в пресс-форму предварительно засыпают материал подушки и прессуют пуансоном при давлении

0,2-0,7 давления горячего прессования, при этом пуансон устанавливают таким образом, чтобы впадины, соответствующие по форме режущим кромкам изделия, были расположены по направлению прессующего усилия, причем в качестве деформируемой подушки используют материал не спекающийся при температуре горячего прессования и обладающий лучшей прессуемостью, чем материал иэделия.

На фиг.1 изображена сборка прессформы, подготовленная к формованию подушки; на фиг ° 2 — то же, к горячему прессованию алмазнометаллического изделия.

Способ осуществляют следующим образом.

В графитовую форму, состоящую из цилиндрической обоймы 1, устанавливают пуансон 2 фигурной формы, рабочая часть которого соответствует рабочей части изделия (в данном случае имеется ввиду конический резец для проходческого комбайна 1 и заполняют свободную полость обоймы мелкозернистым(порошок, пудра 1 или тонковолокнистым (вата, волокно высокотемпературным материалом 3, например, порошком гексагонального нитрида бора, волокном асбеста, минеральнай ватой. Этот материал должен ныполнять роль мягкого пуансона-подушки. Материал подушек должен иметь большую, чем материал изделия температуру спекания (1800-2000 С, иметь больший насыпной объем; должен легко поддаваться прессованию в холодном виде и дополнительному уплотнению при горячем прессовании под" даваться многократному использованию, иметь большую дисперсность (менее 5 мкм), не вступать во взаимодействие с материалом пресс-формы и спекаемого изделия. Всеми этими свойствами в наиболее полной степени обладает .порошок гексагонального нитрида бора. Прессуемое изделие состоит из зерен алмазов и порошков твердосплавных смесей ВК-6...ВК-50.

Подушка уплотняется с помощью пуансона 4. Степень уплотнения определяется нагрузкой, составляющей

0,2-0,7 от давления горячего прессо- вания и изменением высоты прессовки

1088883 на 20-70K.. Уплотнение прессовки не должно быть полным, чтобы при последующем горячем прессовании возможно было еще одно уплотнение.

При предварительном уплотнении пуансона-подушки, меньшим 0,2 от давления горячего прессования пуансон становится непрочен, не способствует формованию заданного иэделия и кроме того, при горячем прессова- 1б нии рабочая часть изделия не получает необходимого избирательного уплотнения и повышения прочности на рабочей поверхности.

При предварительном уплотнении пуансона-подушки, большим чем 0,7 от давления горячего прессования пуансон становится слишком прочным и плотным, что снижает эффект избирательного изменения его размеров при горячем прессовании в связи с чем уменьшается степень пропрессовки и упрочнения выступающих частей изделия. Из обоймы 1 извлекают пуансон 4 и в освободившуюся полость вставляют графитовый пуансон 5. В исходном положении этот пуансон частично выступает над обоймой. Величина выступания выбирается такой, чтобы при последующем горячем прессовании данный пуансон опустился в обойму эаподлицо. При этом должны достигаться заданные уплотнения изделия и подушки.

Из обоймы 1 извлекают фигурный пуансон 2, переворачивают пресс-фор- З5 му освободившейся полостью вверх и засыпают в эту полость алмазотвердосплавные гранулы б (шарообразные тела, состоящие из алмазных зерен, окруженных оболочками заданной толщины из порошков- твердосплавных смесей). В контакте с отформованной подушкой засыпанные в пресс-форму гранулы принимают форму изделия, Гранулы подпрессовывают пуансоном 5,уда 4э ляют его, и в освободившуюся полость на гранулы устанавливают второй графитовый пуансон 5, который тоже выступает над обоймой 1 на величину, необходимую для заданного уплотнения изделия при горячем прессовании.

Сборку из обоймы 1, пуансонов 5, гранул б и подушки переворачивают и вставляют в нагревательную рубашку 7 (фиг.2!, туда же вставляют вспо могательные прессующие пуансоны 8.

Пресс-форму, собранную так, как показано на фиг.2, помещают на плиты,пресса, оборудованные нагревательным устройством (высокочастотный индуктор, водоохлаждаемые медные или графитовые плиты, через которые про-пускают ток), Включают нагрев, подают давление и производят горячее прессование изделия из алмаэотвердсг сплавных гранул. По мере уплотнения и спекания изделия происходит перемещение пуансонов 5 и 8. Уплотнение продолжают до тех пор, пока пуансоны 5 не войдут полностью в обойму 1 и пока одновременно пуансоны 8 не опустятся.на обойму 1 до упора. При этом в рабочем объеме пресс-формы будут происходить следующие процессы. С началом перемещения пуансона

5 происходит уплотнение верхней части подушки. При дальйнешем .перемещении пуансона уплотнение подушки с верхней ее части начнет.распространяться на глубину и достигнет вершины конусной части алмазоносного изделия. В связи с тем, что прессу-. емость материала изделия ниже, чем материала подушки (материал подушки подбирается с учетом этого фактора), давление прессования начинает концентрироваться на вершине конуса, затем на остальной части конуса и по мере перемещения пуансона 5 - на всем изделии. Но наибольшая нагрузка сохранится на конусной части изделия на весь период горячего прессования и, следовательно, вершина конуса будет иметь наибольшую плотность, прочность и твердость. В остальной части конуса и тела резца показатели этих характеристик будут постепенно уменьшаться от вершины к основанию конуса. Таким образом, изделие, в данном случае конусный резец, получает максимально возможную прочность и износостойкость, как это требуют условия его эксплуатации, на вершине конуса. Подобным образом можно изготавливать лезвийный инструмент, применяя при этом не только алмаэотвердосплавные, но твердосплавные и другие композиции.

После завершения процесса горячего прессования пресс-форму разбирают, извлекают из нее готовое иэделие и подушку. Материал подушки протирают через сито и используют для следующего иэделия.

Большое значение для избирательного придания прочности рабочей час108888.3

Заказ 2782/11

Подписное

ВНИИПИ

Тираж 775 ти изделия является его правильная ориентация относительно направления подачи давления. Вершина конуса, лезвие резца или другие рабочие части изделия должны быть направлены в сторону подачи уплотняющей нагрузки, только в этом случае при описанных выше условиях на этих элементах изделия концентрируются уплотняющие г нагрузки.

Пример. Изготовляют конусный алмазотвердосплавный резец или аналогичный резец из твердосплавных порошков.

Размеры резца: диаметр 9 мм, вы- 15 сота 12 мм, высота конусной части

5 мм, угол конуса 60-90 . Состав связки — смесь ВК-6. Алмазы

А 400/315 . Порошковая твердосплавная связка в специальной установке 20 накатана на алмазы, получены алмазотвердосплавные шарики-гранулы. Связка для твердосплавных резцов без алмазов также должна.гранулироваться. В качестве материала для дефор- 25 мируемого пуансона — подушки использован порошок гексагонального нитрида бора, зернистостью 1-5 мкм. Детали пресс-формы графитовые. Нагрузка на пуансон 4 при формовании подушки с изменением ее высоты на 20% (ве1 личина уплотнения) составляет 20 кг/см с изменением высоты на 70X - 50 кгс/см .

Нагрузка на пуансоны при горячем, прессовании иэделия должна состав"

100-120 кгс/см . Температура го35 рячего прессования 1450 (;. Выдержка при температуре горячего прессования 2 мин, Скорость нагрева до температуры горячего прессования 700а

900 С в мин, скорость охлаждения

500-700 С в мин. Выдержка под давлением 100-120 кгс/см производится до охлаждения пресс-формы до 200400 С. Степень предварительного упо лотнения подушки в пределах 20-70Х влияет на форФу конуса в готовом изделии.

Осмотр изделий, изготовленных известным способом, показал, что верхняя половина конуса на высоте

3-4 мм плохо пропрессована, имеет крупнозернистую структуру, легко подается разрушению, из-за низкой прочности не позволяет произвести измерение твердости. Остальная часть изделия хорошо пропрессована, имеет мелкозернистую структуру излома и примерно одинаковую твердость равную HRA 80-85.

Осмотр изделий, изготовленных предлагаемым способом, показал, что конусная часть изделия плотная, прочная, мелкозернистая, твердость вблизи вершины конуса равна HRA 88-86, по мере удаления от вершины она снижается до HRA 85-83, в остальной части изделия твердость относительно равномерна и составляет HRA 85-80.

Предлагаемый способ полностью исключает брак изделий по их конусной части.

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4