Правящий абразивный инструмент и способ его изготовления

 

1. Правящий абразивный инструмент , СОСТОЯ1ДИЙ из корпуса, рабочего слоя. Содержащего алмазные зерна, скрепленные гальванической связкой на основе никеля, и расположенного между корпусом л рабочим слоем соединительного слоя, отличающийся тем, что, с целью повьппения размерной стойкости инструментаj связка дополнительно содержит кобальт , при этоммежду рабочий и соединительным слоями дополнительно введен промежуточный слой, выполненный из связки, общее содержание кобальта в которой составляет 35-45%, а связка рабочего слоя состоит из двух зон: наружной, высота которой составляет 0,15-0,25 среднего размера зерна с общим содержанием кобальта 115% , и внутренней, высота которой 9 составляет 0,75-0,85 среднего размера зерна с общим содержанием кобальта 35-45%, причем содержание кобальта в промежуточном слое и в зонах рабочего слоя уменьшается в направлении к корпусу инструмента.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01) 4(51) В 24 D 17 00//В 24 В 53/00 (21) 3654434/25-08 (22) 17.10.83 (46) 07.02.85. Бюл. 5 (72) .А.С. Зарицкий, Е.Л. Прудников, А.П. Максименко, В.В. Коломиец, M.Ï. Гаманюк, А.А. Авраменко и Б.Ю. Тумас (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов, АН Украинской ССР (53) 621.922.079(088.8) (56) l. Основы проектирования и технологии изготовления абразивного и алмазного инструмента, Под ред.

В, Н. Бакуля. М., "Машиностроение", 1975, с. 239. (54) ПРАВЯЩИЙ АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

И. СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ. (57) S. Правящий абразивный инструмент, состоящий из корпуса, рабочего слоя, содержащего алмазные зерна, скрепленные гальванической связкой

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ на основе никеля, и расположенного между корпусом .и рабочим слоем соединительного слоя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения размерной стойкости инструмента, связка дополнительно содержит кобальт, при этом между рабочим и соединительным слоями дополнительно введен промежуточный слой, выполненный из связки, общее содержание кобальта в которой составляет 35-457, а связка рабочего слоя состоит из двух зон: наружной, высота которой составляет 0,!5-0,25 среднего размера зерна с общим содержанием кобальта 115%, и внутренней, высота которой составляет 0,75-0,85 среднего размера зерна с общим содержанием кобальта 35-457, причем содержание кобальта в промежуточном слое и в зонах рабочего слоя уменьшается в направлении к корпусу инструмента.!

2. Способ изготовления правящего . абразивного инструмента, при котором формируют рабочий слой.скреплением алмазных зерен связкой, осаждаемой из электролита на основе соединений никеля, в который помещают растворимые никелевые аноды и связывают полученный слой с корпусом соединительным слоем, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью.повышения размерной стойкости инструмента, в злектрблит дополнительно

138304 вводят соединения кобальта и осаждение ведут при уменьшении концентра ции кобальта в электролите, при этом вначале формируют наружную зону рабочего слоя из электролита с исходным соотношением никеля и кобальта, (20-30):1, а затем формируют последовательно внутреннюю зону и.промежуточный слой из электролита с исходным соотношением никеля и кобальта для каждого из слоев

6-10 :1.

Изббретение относится к области абразивного инструмента, в частности к алмазным правящим инструментам, предназначенным для правки профиля абразивных шлифовальных кругов, изготавливаемых электролитическим осаждением металлов.

Известен правящий абразивный инструмент, который состоит из корпуса и абразивного рабочего слоя, состоящего из абразивных 1,алмазных ) зерен и металлической связки, представляющей электролитический никель, закрепленный на корпусе при помощи соединительного слоя (1). II 5

Известен способ изготовления правящего инструмента, который включает изготовление матрицы, на внутреннюю фасонную поверхность которой гальваническим методом производят 20 закрепление и заращивание абразивных зерен с использованием электролита на основе соединений никеля, в который помещают растворимые никелевые аноды, установку металлического кор- >5 пуса в матрицу, заливку полости между корпусом и абразивным рабочим,слоем твердеющей композицией, образующей соединительный слой, и механическое удаление матрицы после обработ- 30 ки посадочного отверстия (1).

Правящие абразивные инструменты, изготовленные. этим способом, имеют недостаточно высокую размерную стойкость — около 5 тыс. обработанных деталей. Повысить размерную стойкость инструмента .больше укаэанной величины не представляется возможным,из-эа низких механических свойств весьма пластичного однородного никеля, осаждаемого по существующему способу, Целью изобретения является повышение размерной стойкости инструмента путем увеличения твердости осаждаемой металлической связки, удерживающей абразивные зерна в слое.

Указанная цель достигается тем, что в правящем абразивном инструменте, состоящем из корпуса, рабочего слоя, содержащего алмазные зерна, скрепленные гальванической. связкой на основе никеля, и расположенного между корпусом и рабочим слоем соединительного слоя, связка дополнительно содержит кобальт, а абразивный рабочий слой инструмента состоит из двух эон: наружной, высота которой составляет 0,15-0,25 среднего размера saкрепляемого абразивного зерна, наполненной из сплава никель-кобальт (Ni-Со) с общим содержанием .кобальта 1-15Х и внутренней, высоч а которой составляет 0,75-0,85 среднего размера абразивного зерна, выполненной из сплава Ni-Co с общк содержанием кобальта 35-45%.

Между рабочим и соединительным слоями выполнен промежуточный слой, высота которого составляет 0,4-0,6 среднего размера абразивного зерна, выполненньЖ из сплава Ni-Co с общим содержанием кобальта также 35-45Х причем содержание. кобальта в каждой из перечисленных частей уменьшается в направления к корпусу .инструмента.

Способ изготовления, включающий формирование рабочего,слоя скреплез 138304 4 нием алмазных зерен связкой, осаждаемой из электролита на основе соеди-! нений никеля, в который помещают растворимые никелевые аноды, и соединение полученного слоя с корпусом

S соединительным слоем, отличается введением в состав .электролита соединений кобальта и осаждением связки при уменьшении концентрации кобальта в электролите, при этом вначале формируют наружную зону рабочего слоя из электролита с исходным .соотноше.нием никеля и кобальта (20-30):1, а затем — последовательно внутреннюю зону и промежуточный слой из электро- 1 лита с исходным соотношением никеля и кобальта для каждого из слоев

{6-10):I.

Способ изготовления абразивного инструмента отличается тем, что в зависимости от соотношения никеля и кобальта в сплаве М-Сс изменяются его физические характеристики, влияющие на эксплуатационные свойства инструмента, в частности, повышается твердость, жесткость и стойкость к гидроабразивному износу, возникающему при правке абразивных кругов с применением смазывающе-охлаждающих жидкостей.

Наружная зона абразивного рабочего слоя служит для закрепления абразивных зерен на поверхности матрицы и при вскрытии абразивных зерен должна без большого труда удаляться, по Э этому она должна быть вязкой с малыми внутренними напряжениями.

Внутренняя зона абразивного рабочего слоя служит .для удержания абразивных зерен в слое, должна обладать максимальной износостойкостью и твердостью, обеспечивающей наибольшую размерную стойкость. С увеличением содержания кобальта в сплаве никелькобальт возрастает твердость и внутренние напряжения, которые могут в некоторых случаях приводить к де- формации профиля правящего ин трумента„

Промежуточный .слой служит основа- з нием, на которое опираются абразивные зерна, и предохраняет. их от .продавливания в твердеющую композицию соединительного слоя при нагружении зерен радиальными силами резания в процессе правки шлифовальных кругов., На фиг. 1 схематически изображен абразивный правящий инструмент, общий вид на фиг. 2 — узел I на фиг. 1, поперечное сечение.

Абразивный правящий инструмент (алмазный правящий ролик ) состоит из корпуса 1, на котором закреплен абразивный рабочий слой 2 с помощью соединительного слоя 3. Между последним и рабочим слоем расположен промежуточный слой 4. Абразивный рабочий слой включает абразивные зерна 5, которые закреплены сплавом никель-кобальт, состоящим из двух зон: наружной 6 и внутренней 7. Матрица 8 изображена пунктиром, так как удаляется после закрепления абразивного рабочего слоя на .корпусе.

Абразивный правящий инструмент устанавливают в специальное с прину,цительным приводом приспособление шлифовального станка, для правки профиля приводят во вращение абразивный правящий инструмент и шлифовальный круг, затем включают подачу охлаждакщей жидкости и перемещают шлифовальную бабку на правящий ролик, абразивные (алмазные! зерна которого вышлифовывают, требуемый профиль. Продукты правки шлифовального круга подвергают интенсивному гидроабразивному изному рабочий слой правящего .ролика.

Наличие во внутренней зоне абразивного рабочего слоя сплава. никелькобальт, обладающего высокой износостойкостью к гицроабразивному.износу, обеспечивает длительное и надежное удержание алмазных зерен, что способствует .существенному увеличению размерной стойкости инструмента.

При этом твердый промежуточный слой предотвращает смещение зерен, т.е. продавлнвание. их.в радиальном направлении, от циклических нагрузок, возникающих в процессе. правки шли- фавального круга.

В таблице. показано влияние высоты зон абразивного рабочего слоя и промежуточного слоя,и соотношения концентраций ИХ:Со в электролите на содержание Со в сплаве .никелькобальт и на размерную, стойкость правящего инструмента.

Пример осуществления способа.

Оптимальный вариант способа.изготовления инструмента представлен в таблице опытом.Р 4.

Готовят электролит следующего состава. г/л:

1 138304

5

Ni(11Н2ЯОЗ )z" 4Н О 400

Со(ИН2ЯО )2 4Н2 О 16

NiC12 ° 6Н20 . 3

Нз Boç

Лаурилсульфат натрия 0 05 в котором соотношение сульфаминатов никеля и кобальта 400:16=25:I. Электролитом заполняют ванну с никелевыми анодами. В электролит помещают токопроводящую матрицу 8, имеющую требуемый профиль., служащую катодом в гальванической ванне.

Устанавливают режим работы ванны: температура электролита 50 С, плот- 15 ность тока 50-.100 А/м

Матрицу заполняют зернами 5.алмазов марки АСС зернистостью 400/315, средний кубический размер которых равен dc.n.=561 мкм. 20

Осаждают наружную часть 6 рабочего алмазоносного слоя высотой Ь =

=0,20, дс.п. 0,20 561=112 мкм. Время выдержки для осаждения заданной высоты 3,7 ч. 25

В процессе работы ванны происходит истощение ионов кобальта в электролите, концентрация ионов никеля в электролите остается постоянной, так как они пополняются за счет растворе- З0

М ния никелевых анодов, В результате получена наружная часть рабочего абразивного слоя, состоящая из сплава Ni-Co с начальным содержанием Со 87., закрепившая прилегающие к поверхности матрицы алмазные зерна.

Не прерывая электрический ток, удаляют незакрепившиеся.алмазы, затем устанавливают .матрицу в ванну никелирования, заполненную электролитом следующего состава, г/л:

Ni(N1I2БОЗ )г,- -4Н О 400

Со(ИНгЯОз ) 2 -4Н20 50

N>C1 6Н О 3

"З 5

Лаурилсульфат натрия 0 05 в котором соотношение концентраций сульфаминатов никеля и кобальта ° 0

400:50=8:1.. Температура электролита 50 С; плотность тока 200-220 А/м .

Проводят в течение 15 ч заращивание алмазных зерен до укрытия их в сплаве.

Таким образом, осаждают внутреннюю зону 7 рабочего абразивного слоя высотой h =0,80, dc.п.=0,80

561=449 мкм, состоящую из сплава

Ni-Со с начальным содержанием Со

407, и процесс ведут при истощении электролита по кобальту.

После этого производят корректировку электролита путем добавления сульфаминатов кобальта так, чтобы начальная его концентрация в растворе составляла 50 г/л, соотношение концентраций сульфаминатов никеля и кобальта восстанавливают до 8:1, и не прерывая .режим работы ваннЫ, проводят в течение 14 ч наращивание промежуточного слоя 4 абразивного рабочего слоя высотой, равной Ь =

=0,50, dc.n.=0,50 561=280 мкм.

В результате получают промежуточный слой, состоящий из сплава Ni-Co с начальным содержанием Со 40Х и процесс ведут также по истощению электролита по кобальту. Следовательно, суммарная толщина трех частей составляет h)+h +h =112+449+280= г ь

=841 мкм.

Затем в матрицу устанавливают стальной корпус и в пространствО между абразивным рабочим слоем и корпусом заливают твердеющий компаунд— соединительный слой на основе эпоксидной смолы. После полного отверждения компаунда производят механическую обработку посадочного отверстия, затем удаляют матрицу и производят вскрытие алмазных зерен, т.е. удаление сплава Ni-Co из наружной части рабочего слоя. Производят измерение точности профиля роликов, затем испытывают их в лабораторных и производственных условиях при прав% ке абразивных кругов на операциях шлифования замков лопаток турбины.

Из таблицы видно, что количество деталей, обработанных с помощью ролика, полученного .предложенным способом, составляет.12 тыс. шт..Во всех опытах алмазные правящие ролики имеют удовлетворительную точность профиля, что указывает на отсутствие значительных внутренних напряжений- в абразивном рабочем слое.

Исключение составляют, ролики, изготовленные в опытах 2, 6, 7., 10 11, 14 15, 18, 19 и 22, где высота зон абразивного рабочего и промежуточного слоев или содержание кобальта в сплаве выходят за указанные пределы, что приводит к искажению размеров профиля под действием больших внутренних напряжений в абразивном слое, скалы1138304

/ ванию зерен или продавливанию их в тверденицую.композицию, что исключает возможность эксплуатации ро-: ликов

8, Размерная стойкость алмазных правящих роликов, изготовленных по предлагаемому способу, повышается в

1,2-2,4.раза-.

1138304

l0 .

j5 jan% ео .ьй еаМже

Е о

Ю о

C)

СЧ

С4 л ь

° Ь л

f

Э и

& о о

v о о 3 OО б

Ю Ю

СО о э о и а

Сь )

4 о

° °

0O .

° Ф

° е сГ

° е ° °

QO СO

° ° ф

° Ф

00 о л Л

Сф ФЬ

С 1 о л о

° Ь

Ф о л

СЛ о

QO Л

СЧ 00 о

0О

СЧ о сч ф

CV о с а

ССЪ QO л а ° Ь о о о

О1 а ь о о

СГЪ СЧ л л о о о

0О л о л

СЧ а ь о

aj 5 а 6

Й Сй о о ж

Ц о

3 о

«е

° Ь

И л (7 а а LO о о

Я л о о ж ю о

Ж (Ф о

0) С0

Л QO

СЧ

Ch

00 а

CV а >ь

С0 Ж х

Ъ .о

5 о а а td х!

1138304 маях 0

В Д я Я Х

О а

СЧ

О О O O О О О О О О О О

Ф 3 00 M .Ф СО б M 00 Ф W СО W W 00 б

° °

СО .

° Ю

° o

СО

° е

СО

° Ф

СO

С0 Ф СО CO Л СО СО сч сч а СО СО а

CV сч

О O Р л л С . а л С ) б

Л вЂ” — .с1

О сЧ а . а л л

СО с 1

О л

О СО О, Р с ° I а (а а сс 4D - сс с 1 -- — се - « а

+ о 0О П О СЧ В СО СЧ О 0 СЧ О Р

09 Р Ch СО С СО СЧ «» С ) сЧ . С ) сЧ " СЧ с Ъ

О О О O O О О

О с ) Г щ сч сО с") л л . a а а а

O O О О О О О О

О О

СЧ СО а а

О О

О О О О О ° О О

Ф СЧ 00 Р СЧ СО Г а а а а а е а

О О O O О О О

5 а

О

ql 5

О Ц М

Ф

О сб

Х

Х

О х а

СР а с0

Х х

Х

r сб (с0 и х и С0

Ф

5 с0

О а а ю

Х

1 х

e (m х ао с0 С0

С0 Н О х х

ll сб Х К

О ая я

Р Ф Э

6) В

О сф 5

О >ЗХ

;м О х а

СР t

Я с0

ВФ Х

1138304

14

13

6)ХХЯ

5 55х

w Э ах о а6 овю а

8 о э а ф х е ивхх

CO л

CO сЧ О О с О О о о о о сч о г о

СЧ - - О - - CO CO О0

° 1

° л

СО

О . CO CO О сО сЧ С Ъ

CO а CO Оо И W СО а с 1 СЧ СЧ о о— о о л л л

МЪ ф л М

° м С Ъ о о o o о о л л л Л ° \ л

С Ъ (Ъ о о л л л и

С ) ° . С ) СЧ В О СЧ В О сч е -о сч .О, о сч

СО С0 — CO — W CO

СЧ 3 CV 0 СЧ б СЧ

ССс О СЧ О О

СO — - - CO

СЧ б СЧ о о сСЪ СЧ л л о о о о

СЧ CÎ л л о о о о со а л л о о о о

CO a л л о о о о о о

CO Lh СЧ 00 л л л л

o o о о о о

СЧ л л о о о о

СЧ 00 л л о о о о и сч л л

o o о

cd 5 ф х & х х

Х cd Х

Э g Х е а э (а о а х а ф х х ф. 5 ф х о х ф о

ccl ц о .а а ф м х

М л а о а

O . cd

М ф х х

° Э эеоэ о х х с и5оэ

Х аО.С4 а 4с и х ооэф : 4и х я

5 й

5 а 5

1138304! Ф а л О е ахх

СС3 4l Ф С»3

Е» О Е» Х х х >Б

Х Е» "Х 9

03 u CC CC3 O хохха

Х

Х «0 34 34 е

5 йхх фх 0ХЕ а1 о а|

О Е»О е» а

ВО е афхф

3=1 И m C«3

О

СЧ

СО л

СЪ л

С»3 л

О 00 О - О СЧ О «Ъ О

X) С»Ъ W 00 С 4:1 СО» 00 . CO M . 1 CO С»Ъ 00 СЧ

4 °

»«Ъ

«»4

О 00 «Ъ СЧ 00 ««Ъ Со

С»3 С»3 С 4

СЪ Со «3

С»3

О О o o О лл »» 4 л л

««Ъ -- НЪ Ъ

С Ъ вЂ” « Ъ С»Ъ

О О

4» л

««Ъ о

». «

° »

С»Ъ

О О О О л ° 4 Л ° 4

ГЪ с Ъ»» с»Ъ

С 4»0Ъ О СЧ СЗЪ О СЧ ОЪ О «Ч ОЪ О С 3 СЗЪ О СЧ ОЪ О

СО» M СО » « 3 CO »1 СО 00»»ф СС3

0 « 3 Ф С 3 б «4 « 3 ° 0 CV " »б М

О О О О О О О

00»» \ СЧ 00 ««Ъ СЪ3 00

44 ° 4 ° 4 44

О О О О О O О

О О О О

СЧ 00 Ul С»3 л ° I 4»

О О О О

О О

«СЪ СМ

Ю Э\

О О

О О

00 ««Ъ

° 4 Ю

О О

О О О

С 3 00 ««Ъ

О О О

»х

О

С3

)g

О

3 ф

Х

7Я .0 Х

Х О

О

t ф

Ж

Ф

О а

A «Cl

4»» Х

СЧ

СЧ х

3 ф

Е»

Х х

К

О а

И ф х ф О

Х

О

«»3

Х ф х а

СС3 Х

Х СО эх

О

>Я х

Х О

О

Е

4 » е

»х

О ф (3

Х

О Б

Х

ЕЕ

Е»

О

Х А»

С0 ф .

Х ф О

Х 6)

О

Х

Ck

Х

Q ф Х

Х CO

7g

О

ХО а 34» ф х а

Х CCI

Ф Х

Х ф ф С»3 а с»3 х

3»

C»l 03

A Х ф Х е cl, Ф е» 333 î а

О О ае

1 C43:m

О ф с1

A» " О ф х а

Х С«3

1138304

Составитель Н. Балашова

Корректор В. Синицкая

Редактор Т. Кугрышева Техред Л.Кощобняк

Заказ 10603/13 Тираж 769

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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