close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15206

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15206
(13) C1
(19)
B 24D 18/00 (2006.01)
B 24D 5/14 (2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
ДЛЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
И АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
(21) Номер заявки: a 20081571
(22) 2008.12.08
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Автор: Баран Анатолий Александрович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) PL 148973, 1990.
RU 2103154 C1, 1998.
SU 1085800 A, 1984.
SU 1414602 A1, 1988.
US 3028710, 1962.
SU 1738629 A1, 1992.
SU 1044463 A, 1983.
BY 15206 C1 2011.12.30
(57)
1. Способ изготовления алмазосодержащего элемента с зонами различной стойкости
для абразивного инструмента, включающий приготовление алмазосодержащей шихты,
прессование и спекание ее в закрытой форме с допрессовкой, отличающийся тем, что
прессование выполняют посредством пуансона с фасонным выступом в центральной части, а допрессовку выполняют посредством пуансона с плоским профилем.
2. Абразивный инструмент, содержащий алмазосодержащий элемент, изготовленный
способом по п. 1, в котором центральная зона имеет меньшую концентрацию алмазных
зерен и большую пористость по сравнению с боковыми зонами.
Фиг. 1
BY 15206 C1 2011.12.30
Изобретение относится к абразивным алмазным инструментам для резки твердых неметаллических материалов и может быть использовано преимущественно в отрезных сегментных кругах, полосовых (штрипсовых) пилах, кольцевых сверлах.
Из уровня техники известны абразивные инструменты, алмазосодержащий слой которых выполняется с зонами различной стойкости [1, 2, 3, 4].
Однако часть из них используется для решения иных технических задач и характеризуется более высокой стойкостью средней зоны [1, 2, 4] и быстрой истираемостью боковых поверхностей, что применительно к отрезному алмазному инструменту и кольцевым
сверлам является существенным недостатком и делает неприемлемым использование таких конструкций для данного типажа инструмента.
Предложено [5] решение задачи обеспечения более высокой производительности резания сегментным инструментом за счет выполнения средней зоны алмазных элементов с
более низкой концентрацией алмазов, чем боковые зоны. Однако четкие границы этих зон
и представленные технологические схемы их изготовления свидетельствуют о раздельном
шихтоприготовлении и прессовании данных зон, что делает такую конструкцию абразивных элементов трудоемкой и нетехнологичной.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является абразивный инструмент, алмазосодержащий слой которого состоит из более стойких боковых участков и
менее стойкого центрального участка, толщина которого составляет 0,1…0,35 от полной
толщины алмазосодержащего слоя [6]. При этом участки различной стойкости имеют четкие границы и выполняются методом порошковой металлургии либо с алмазами различной марки и фракции и/или с различными по составу связками слоев. Технологические
приемы выполнения такого исполнения элементов абразивных, как и по решению [5], являются трудоемкими или требуют дорогостоящего оборудования и оснастки. Кроме того,
предложенное в [6] исполнение абразивных элементов является очень сложным для реализации применительно к абразивным элементам малой толщины (менее 4 мм), что практически исключает использование данного исполнения абразивных элементов для
отрезных кругов диаметром менее 500 мм.
Выполнить конструктивное исполнение абразивных элементов по способу [5], как и
по способу [6], можно только раздельным прессованием каждого слоя и их послойной
укладкой в оснастку для спекания и формированием единого элемента за счет припекания
слоев при выполнении операции спекания, проводимой с дополнительной деформацией
(доуплотнением) слоев, как представлено в [5].
Аналогичный способ изготовления круга со слоями различной износостойкости, представленный в [2], также включает раздельное приготовление шихты центрального и боковых участков, первоначальное прессование центрального участка и последующую
напрессовку боковых участков, что делает технологию изготовления весьма трудоемкой.
Известный способ изготовления подобных абразивных элементов [7], где прессуют
две половины элемента и затем выполняют их склеивание, также является весьма трудоемким и, соответственно, дорогим.
Таким образом, все представленные выше варианты изготовления являются существенно дороже, чем представленный, в частности, в [8] вариант изготовления абразивных
элементов обычного (анизотропного) исполнения, который является наиболее близким по
технической сущности к предлагаемому способу изготовления элементов алмазных с зонами различной стойкости. Алмазосодержащий слой, не разделенный на зоны, прессуется
из единой засыпки шихты в пресс-форме типового исполнения (пуансонами без какихлибо дополнительных геометрических элементов профиля), в результате чего получают
относительно равномерную пропрессовку всей алмазосодержащей порошковой массы.
Окончательные свойства данной массы формируются при ее спекании под давлением в
закрытой форме.
Простота этой технологической схемы и ее большая экономичность по сравнению со
схемами [2, 5, 7] очевидны, однако ее главным недостатком является отсутствие различий
2
BY 15206 C1 2011.12.30
в стойкости по поперечному сечению элемента, т.е. без предлагаемой заявителем доработки этой схемы не достигается эффект повышения производительности резания, свойственный всем приведенным выше решениям.
Задачей изобретения является снижение стоимости изготовления в режиме мелкосерийного производства высокопроизводительного абразивного инструмента с зонами различной стойкости и расширение технологических возможностей его изготовления для
типоразмеров инструмента с малой толщиной абразивных элементов.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления алмазосодержащего
элемента с зонами различной стойкости для абразивного инструмента, включающем приготовление алмазосодержащей шихты, прессование и спекание ее в закрытой форме с допрессовкой, прессование выполняют посредством пуансона с фасонным выступом в
центральной части, а допрессовку выполняют посредством пуансона с плоским профилем.
Поставленная задача также решается тем, что в абразивном инструменте, содержащем алмазосодержащий элемент, изготовленный предлагаемым способом, центральная зона имеет меньшую концентрацию алмазных зерен и большую пористость по сравнению с
боковыми зонами.
Изменение стойкости центральной зоны абразивного элемента за счет ее более высокой пористости и меньшей концентрации алмазов, обеспечиваемых за счет особенностей
операций прессования и спекания, позволяет весь элемент изготавливать из алмазосодержащей шихты единого состава, что существенно удешевляет процесс изготовления элементов по сравнению с известными вариантами послойного его изготовления, создавая
при этом требуемый технический эффект - более легкую истираемость центральной зоны,
испытывающей в процессе резания существенно меньшие силовые и тепловые нагрузки,
чем боковые зоны абразивного элемента. Последние при предложенном способе изготовления имеют низкую пористость связки и более высокую концентрацию алмазов по сравнению
с недоуплотненной центральной зоной, имеющей соответственно большую пористость и
меньшую концентрацию алмазных зерен, при этом переход от минимальной пористости
по краям элемента к максимальной в среднем сечении происходит не ступенчато, а более
плавно, что в большей степени соответствует реальному распределению нагрузки на алмазосодержащий элемент по его толщине в процессе резания и способствует его более
равномерному износу при обеспечении высокой производительности резания и стойкости
инструмента.
Сущность предложенного исполнения абразивного инструмента и способа его изготовления отражена в представленных на фиг. 1, 2 и 3, 4, 5 схемах процессов прессования и
спекания.
Согласно предложенному решению, в гнездо матрицы 1 на пуансон 2 засыпается алмазосодержащая шихта 3 и прессуется верхним пуансоном 4, имеющим в центральной части продольный фасонный выступ (угловой, радиусный и т.д.), что является
существенным. Именно за счет данного выступа формируется прессованная заготовка
(фиг. 2) с высотой в средней части Hпр. и высотой по краю H1.
При этом H1 > Hпр., а формируемая прессованная заготовка имеет вид, представленный на фиг. 2. Высоты Hпр. и H1 желательно выбирать такими, чтобы пористость прессованной заготовки была не менее желаемой пористости центральной зоны готового
спеченного абразивного элемента.
При выполнении спекания (фиг. 3) алмазосодержащая прессованная заготовка 5 с фасонной поверхностью помещается на нижний пуансон 6, установленный в многоместной
форме для спекания между ограничивающими боковой размер пластинами 7. Верхний пуансон 8, имеющий плоский профиль либо приближенный к нему, перемещается вниз под
прилагаемым при спекании усилием допрессовки Рсп. до высотного размера hсп.изд., при
котором достигается практически 100 % плотность имевших в прессованной заготовке
высоту H1 боковых зон спеченного алмазосодержащего элемента 9 (фиг. 4). Высотный же
размер центральной зоны при спекании изменяет свою высоту Hпр. до высоты hсп.изд.,
т.е. уплотнение центральной зоны происходит в существенно меньших пределах, что
3
BY 15206 C1 2011.12.30
обеспечивает наличие большей пористости в центральной зоне 10 (фиг. 3) алмазосодержащего элемента.
Помимо пористости предложенный метод изготовления элементов алмазосодержащих
ведет и к сохранению низкой объемной концентрации алмазных зерен в центральной зоне
относительно ее значения в боковых зонах, где идет увеличение концентрации алмазных
зерен при уплотнении плоским пуансоном боковых зон, что также положительным образом сказывается на выравнивании износа по зонам алмазосодержащего элемента и росте
производительности резания.
Таким образом, в процессе резания обрабатываемых материалов (горные породы,
строительные материалы, огнеупоры и т.д.) основную работу разрушения при резании
выполняют боковые, более стойкие, зоны, имеющие низкую пористость связки и большее
объемное содержание абразива, что обеспечивает надлежащую высокую стойкость инструмента. А выполненная разупрочненной за счет высокой пористости и меньшей концентрации абразива центральная зона не снижает производительность резания, как это
наблюдается у анизотропного типового исполнения элементов абразивных, и позволяет
сочетать высокую режущую способность инструмента с его высокой стойкостью при существенно более простом исполнении элементов и более дешевом способе их изготовления по сравнению с известными решениями.
Пример.
По предлагаемому решению изготавливались алмазосодержащие элементы типоразмера 24×8×8 мм для оснащения круга алмазного отрезного сегментного диаметром 1200 мм.
Из общей высоты элементов (8 мм) безалмазная подложка составляла 2 мм, а алмазосодержащая часть первоначально была спрессована в заготовку высотой H1, равной 8,2 мм, а
центральная зона с V-образным углублением имела высотный размер Hпр. 6,3 мм. При
этом общая пористость прессованной заготовки составила около 28 %. Масса алмазной
составляющей равнялась 2 каратам в элементе.
После выполнения спекания под давлением высотный размер элементов составил
hсп.изд. 8…8,1 мм; пористость их боковых зон составляла 1…3 %, а центральной зоны 14…24 % (большее значение по центральной оси элемента). Алмазная составляющая также была распределена неравномерно - концентрация алмазов 44…46 % в боковых зонах и
31…35 % в центральной зоне. Трудоемкость изготовления комплекта элементов составила
4,6 часа; первоначальные затраты на прессовочную оснастку - 2,8 млн. руб.
Полученные из той же алмазно-металлической композиции при тех же режимах изготовления алмазосодержащие элементы стандартного исполнения имели также высотный
размер 8…8,1мм, пористость 1…4 % и концентрацию алмазов 40 %; остаточная пористость и алмазные зерна были распределены по сечению равномерно.
Были также изготовлены по способу прототипа элементы алмазосодержащие с тем же
химсоставом связки боковых зон с той же концентрацией алмазов (40 %). Центральная
зона выполнялась из связки с более низкими (на 30…60 %) физико-механическими характеристиками и более низкой концентрацией алмазов (32 %). При этом трудоемкость изготовления комплекта элементов абразивных составила 7,2 часа, а первоначальные затраты
на прессовочную оснастку - 4,1 млн.руб.
Эксплуатационные характеристики инструмента с элементами стандартного исполнения при резании гранита оказались ниже характеристик двух других исполнений: производительность резания 192 см2/мин; удельный расход алмазов 2,7 карат/м2. Характеристики
инструмента с элементами алмазосодержащими по предложенному решению и решению
прототипа оказались приблизительно одинаковыми: производительность 256…268 см2/мин
и удельный расход 2,3…2,4 карат/м2. Однако существенно меньшая трудоемкость изготовления элементов алмазосодержащих по предложенному решению (в 1,6 раза) при более низких первоначальных затратах на прессовочную оснастку подтверждает преимущества
предложенного технического решения по сравнению с известными решениями.
4
BY 15206 C1 2011.12.30
Источники информации:
1. RU 1414602, МПК5 B 24D 7/08, 1988.
2. RU 1085800, МПК5 B 24D 5/14, 1984.
3. RU 1646827, МПК6 B 24D 17/00, B 24D 18/00, 1991.
4. JP 64-9141, МПК5 B 24D3/10, В 24В 13/01, 1989.
5. USA 3028710, 1962.
6. RU 2103154, МПК6 В 24D 5/14, 2004.
7. PL 256957, МПК5 B 24D 3/00, 1987.
8. Баран А.А., Звонарев Е.В., Дроздовский К.В., Абрамович Д.Д. Корпусной алмазный
инструмент, полученный методом порошковой металлургии. - Материалы и технологии –
2000. Тезисы докладов 4-й республиканской научно-технической конференции. - Гомель:
ИММС НАНБ, 2000.- С. 94.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
421 Кб
Теги
by15206, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа