Способ изготовления алмазного инструмента

 

Использование: изготовление алмазного инструмента, в частности алмазных кольцевых сверл для железобетона. Сущность изобретения: при изготовлении инструмента берут алмазные зерна, на которые накатывают связку до образования гранул разных размеров. При этом для образования гранул меньшего размера берут алмазные зерна в количестве 1/2-2/3 от общего их числа и накатывают материал связки в количестве 0,102-0,44 г/карат, а для образования гранул большего размера берут оставшуюся часть алмазных зерен и накатывают на них материал связки в количестве2,9-4,8 г/карат, причем перед помещением гранул в форму их смешивают. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s В 24 D 18/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819731/08 (22) 28.04.90 (46) 15.04.92, Бюл, М 14 (71) Научно-и роизводст вен ное объединение по природным и искусственным алмазам и алмазному инструменту (72) Л.В.Стихов и С.Н,Хмелевская (53) 621,922.079(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1160001, кл, Е 21 В 10/48, 1983, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА (57) Использование: изготовление алмазного инструмента, в частности алмазных кольИзобретение относится к производству алмазного инструмента, конкретно к способу изготовления алмазных кольцевых сверл для железобетона.

Цель изобретения — повышение эксплуатационных характеристик инструмента путем улучшения условий самозатачиваемости и обеспечения требуемого наружного и внутреннего диаметров, а также устранения необходимости вскрытия алмазов, Предлагаемый способ заключается в том, что при изготовлении алмазного инструмента путем накатывания на алмазные зерна материала связки до получения гранул двух разных размеров, помещения их в пресс-форму и пропитки для получения гранул меньшего размера берут алмазы в количестве 1/2 — 2/3 от общего их количества и накатывают на них материал связки в количестве 0,102 — 0,44 г/карат, а на остальную цевых сверл для железобетона. Сущность изобретения: при изготовлении инструмента берут алмазные зерна, на которые накатывают связку до образования гранул разных размеров. При этом для образования гранул меньшего размера берут алмазные зерна в количестве 1/2-2/3 от общего их числа и накатывают материал связки в количестве 0,102 — 0,44 г/карат, а для образования гранул большего размера берут оставшуюся часть алмазных зерен и накатывают на них материал связки в количестве 2,9-4,8 г/карат, причем перед помещением гранул в форму их смешивают, 1 табл. часть алмазов накатывают материал связки в количестве 2,9-4,8 г/карат и перед поме- д щением гранул в форму их смешивают.

Такое соотношение количества алмазов и накатываемого на них количества материала связки обеспечивает получение гранул большего диаметра, т.е. гранул с толстой оболочкой с условной концентрацией алмаза в объеме менее 50%, и гранул меньшего .Ql диаметра, т.е. гранул с тонкой оболочкой с услоенои концентрацией 125200т . Разме- ),И ры больших и малых гранул существенно отличаются, Так, для алмазов зернистостью

20 — 10 шт/карат при концентрации 150% диаметр гранулы равен ",9 мм, при концентрации 50% — 4,3 мм, т.е. диаметры гранул отличаются в 1,5 раза. Такое соотношение позволяет работать инструменту в условиях самозагачивания рабочего слоя с небольшими осевыми нагрузками. Изменение со1726225

55 отношений приводит к тому, что либо диаметр инструмента — сверла теряется ранее, чем сверло начинает изнашиваться по высоте (при содержании гранул меньшего размера менее 1/2), либо рабочий слой заполировывается и перестает работать, либо требует очень высоких осевых нагрузок при сверлении (при содержании гранул меньшего размера более 2/3).

Количество шихты, накатываемое на алмазы для получения гранул меньшего диаметра, обеспечивает получение тонкой оболочки, которая очень незначительно изменяет наружный и внутренний размер сверла при работе, так как алмазы находятся значительно ближе к периферии инструмента и при работе размер сверла уменьшается только на толщину этой оболочки. Вскрытия инструмента в этом случае не требуется.

Однако, учитывая условия работы инструмента, отверстие имеет требуемый диаметр. Кроме того, если перед пропиткой гранул шихту немного подпрессовать, алмазы в тонкой оболочке легко смещаются (выдавливаются) к стенкам пресс-формы, не нарушая общей структуры рабочего слоя.

Пример 1. Для изготовления сверла диаметром 140 мм при общей концентрации алмазов 50% берут 30 каратов алмазов. Для гранул меньшего диаметра (гранула с концентрацией алмаза 150%) берут 2/3 веса алмазов от общего их количества, т,е. 20 каратов.

Из остальных алмазов (1/3) изготавливают гранулы большего диаметра (гранула с концентрацией 20%) т.е. 10 каратов.

Для получения гранул меньшего диаметра берут материал связки в количестве

0,3 гр/карат, т.е, 6 г, Для получения гранул большего диаметра берут материал связки в количестве 4,4 г/карат, т,е. 44 r. Общее количество шихты, необходимое для гранулирования, составляет 50 г.

Количество полученных гранул меньшего диаметра равно 0,511 r х 20 кар. = 10,2 г гранул, где 0,511 г — масса гранул, отнесенная к одному карату алмазов (для гранул меньшего диаметра). Количество гранул большего диаметра равно 4,73 г х 10 = 47,3 г гранул, где 4,73 г — масса гранул, отнесенная к одному карату алмазов (для гранул большего диаметра). Общая масса гранул равна 57,5 г с содержанием 30 каратов алмазов.

В грануляторе отдельно на 20 каратов алмаза накатывают 6 г связки, а на 10 каратов алмаза — 44 r связки. В первом случае получают гранулы меньшего диаметра, во втором — большего. Гранулы смешивают и

45 смесь равномерно небольшими порциями с помощью клиновидного желобка засыпают в кольцевой зазор графитовой формы.

На гранулы внутрь графитовой формы устанавливают стальной корпус, внутрь укладывают навеску пропиточного материала, например меди. Сборку загружают в водородную печь, нагревают до расплавления пропиточного материала, который пропитывает гранулы и припаивает из к стальному корпусу, Готовую коронку сверла подвергают механической обработке, напаивают на удлинитель, т,е. трубу, обеспечивающую необходимую глубину сверления.

Этим же способом изготовлены алмазные сверла при других соотношениях.

Пример 2. Алмазы для получения гранул с высокой концентрацией (150%) взяты в количестве 1/2 от общей массы алмазов и составляют 15 каратов, соответственно ко-, личество алмазов для гранул с низкой концентрацией также составляет 15 каратов.

Масса шихты для гранулирования алмазов на высокую концентрацию алмазов, т,е. для получения гранул малого диаметра, равно 0,3 г, всего 0,3 х 15 = 4,5 г; масса гранул — 7,7 r.

Масса шихты для получения гранул .с низкой концентрацией, т,е. большего диаметра, равна 3,04 г, всего 3,04 х 15 = 45,6 г; масса гранул — 49,8 г.

Всего масса гранул на сверло равна 57,5 г, Пример 3, Алмазы для получения гранул с высокой концентрацией (125%), т,е. для гранул малого диаметра, взяты в количестве 2/3 от 30 каратов, т.е. 20 каратов, а для гранул большего диаметра — 1/3, т,е, 10 каратов.

Масса шихты для гранулирования на

К = 125% составляет 0,44 г/карат, всего

0,44 х 20 = 8,8 г; масса гранул — 13,1 г.

Масса шихты для гранулирования алмазов с низкой концентрацией, т.е, для получения гранул большего диаметра, равна 4,12 г/карат, всего 4,12 х 10 = 41,2 r; масса гранул равна 44,4 г. Всего гранул 13,1 + 44,4 = 57,5 г.

Пример 4. Алмазы для получения гранул малого диаметра с высокой концентрацией (125%) взяты в количестве 1/2 от 30 каратов, т.е. 15 каратов, для гранул большего диаметра также 15 каратов.

Масса шихты для гранулирования на

К = 125% равна 0,44х15 = 6,6 г; масса гранул составляет 9,8 r.

Масса шихты для оставшейся части алмазов равна 2,9х15 = 43,5 г; масса гранул

47,7 r большого диаметра.

Всего масса гранул составляет 9,8+47,7

--57,5 г, 1726225

20

35

Пример 5, Алмазы для получения гранул малого диаметра с высокой концентрацией 200 взяты в количестве 2/3 от общей массы 30 каратов и составляют 20 каратов, для гранул большего диаметра—

1/3 — 10 каратов.

Масса шихты для гранулирования на

К = 200 равна 0,102 г/карат х 20 карат

= 2,04 r; масса гранул малого диаметра равна 6,22 г.

Масса шихты для гранулирования оставшейся части алмазов равна 4,8 r/êàрат х 10 = 48,0 г; масса гранул большего диаметра — 51,28 г.

Всего масса гранул составляет 57,5 г (6,22+ 51,28 г).

Пример 6. Алмазы для получения гранул малого диаметра с высокой концентрацией (200 ) взяты в количестве 1/2 от общей массы 30 каратов и составляет 15 каратов, для получения гранул большего диаметра с низкой концентрацией берут также 15 каратов.

Масса шихты для гранулирования алмазов на К = 200 равна 0,102 г/карат х 15 карат = 1,53 r; масса гранул малого диаметра -4,66 r.

Масса шихты для гранулирования остальных 15 каратов равна 3,23 г/карат х 15 карат = 48,47; масса гранул большего диаметра — 52,84 г.

Всего масса гранул составляет

4,66 г + 52,84 г = 57,5 г.

Для сравнительных испытаний изготовлены сверлы типа CI-1 (серийные сверла, базовый вариант) и сверла полученные по предлагаемому способу. Для изготовления сверл использованы природные алмазы марки А3 зернистостью 800/630, Содержание алмазов в опытном сверле при концентрации 50 составляет 30 каратов, в серийном при концентрации 75 -45 каратов. Серийное сверло, изготовлено с концентрацией алмазов 75, так как при концентрации 50% гранулы имели бы весьма толстые оболочки, снятие которых при вскрытии привело бы к потере диаметров вплоть до 1 мм. В обоих случаях использована связка на твердосплавной основе(ВК6) с пропиткой медью, температура пропитки

1100 C. Испытания сверл проводили на специальном станке для алмазного сверления ИЭ-1801. Сверла охлаждали водой от водопроводной сети под давлением 1,5-2,0 атм, Скорость вращения сверл 700 об/мин, обрабатываемый материал — железобетон прочностью на сжатие 400 кгс/см, Результаты испытаний приведены в таблице.

Благодаря тому, что опытное сверло работает в режиме самоэатачивания с самого начала испытаний, а серийное сверло после проходки нескольких отверстий теряет скорость и подвергается затачиванию на абразиве, что способствует износу алмазоносного слоя, стойкость опытного сверла на 20 выше серийного, При прочих равных условиях эксплуатации опытное сверло работает без затухания скорости при удельной нагрузке в 1,6 раза меньше серийного сверла.

В процессе сверления серийное сверло имеет износ по диаметрам порядка 0,3 — 0,4 мм, опытное сверло работает беэ потери диаметров благодаря защите их гранулами с высокой концентрацией алмазов.

Благодаря рациональному размещению алмазов и снижению их концентрации удельный расход алмазов у опытных сверл ниже в 1,8 раза, а производительность в 1,9 раза выше.

Изготовлено также известное сверло.

Графитовая форма разделена специальными перегородками на четыре сектора, в которые в шахматном порядке засыпаны гранулы меньшего диаметра, т.е, с тонкой оболочкой, и гранулы большего диаметра, т.е. с толстой оболочкой. Испытание такого сверла дало резко отрицательный результат. Поскольку гранулы меньшего диаметра были все сосредоточены в двух секторах, то получилось пересыщение этих секторов алмазами, т,е. половины торца алмазоносного слоя, В связи с этим резко возросла нагрузка при сверлении как на торец, так и на диаметры сверла, алмазам в мелкоразмерных гранулах пришлось выполнять двойную работу, а алмазы в крупноразмерных гранулах не могли вступить в работу, так как имели толстую оболочку из связки, и требовали дополнительного вскрытия. Все это привело к повышенному износу как по диаметрам сверл, так и по торцу.

Формула изобретения

Способ изготовления алмазного инструмента, при котором берут алмазные зерна и связку, которую накатывают на зерна до образования гранул меньшего и большего размеров, после чего гранулы помещают s форму и пропитывают жидким материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик инструмента путем улучшения условий самозатачиваемости и обеспечения требуемого наружного и внутреннего диаметров, а также устранения необходимости вскрытия алмазов на рабочей поверхности, для образования гранул меньшего размера берут алмазные зерна в количестве 1/2 — 2/3

1726225 часть алмазных зерен и накатывают на них материал связки в количестве 2,9—

4,8 r/êàðàò, причем перед помещением гранул в форму их смешивают, I от общего их числа и накатывают на них материал связки в количестве 0,102—

0,44 r/êaðàò, а для получения гранул большего размера берут оставшуюся

Тип сверла

Эксплуатационные показатели

Примечание

Проходка, ч

Производительность, см мин

3,8

С1 "1 (опытное) 140

10

3,0

Работа в режиме самозатачивания

С1" 1 (серийное) 140

Периодические за" точки

8 5,б

2,0

30

40

Составитель Т. Никоноровэ

Редактор M. Петрова Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Заказ 1235 Тираж Подписное

BHÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Диаметр сверла, мм

Нагрузка на сверло, кгс/см2

Уд.расход алмазов, кар/и