CC BY
77
ПРИМЕНЕНИЕ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КАМНЕОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Одним из способов, повышающих качество отрезных кругов, является гранулирование алмазов, т.е. приготовление гранул, содержащих алмаз и шихту связки, которое позволяет механизировать процесс изготовления сегментов и обеспечить равномерное распределение алмазов в них. Исследования, проведенные с участием автора в ООО «МКК-Диамант», способствовали отработке оптимальных технологических параметров изготовления сегментов из алмазных гранул, представляющих собой изометричные тела, по форме близкие к шару, внутри которых находится алмазное зерно, а вокруг него — металлические порошки связки. При заполнении такими шарообразными телами пространства возможно теоретически три типа укладки: простой кубический, объемно-центрированный и гране-центрированныи. Каждый тип укладки можно легко представить, если заполняемый шариками объем разбить на элементарные объемы-ячейки, имеющие форму кубов. В простой кубической укладке шарики расположены по вершинам кубика, в объемно-центрированной — по вершинам кубика и в его центре, при гране-центрированной — по вершинам кубика и в центре каждой грани. Пористость прессованного рабочего слоя при такой укладке шариков составляет соответственно 48, 44 и 26 %. В реальных условиях возможны сочетания этих укладок. Тип укладки и их переходные формы зависят в первую очередь от усилий прессования.
Учитывая, что алмазные отрезные круги работают в режиме резания, наиболее рациональной из всех видов укладок является гране-центрированная, обеспечивающая полное раз-
рушение породы зернами алмазов по всей ширине сегмента. При объемно-центрированной укладке гранул условия работы алмазных зерен несколько хуже, а при простой кубической укладке алмазы не перекрывают торец сегмента по толщине и соответственно не обеспечивают разрушения всей породы по ширине пропила.
Исходя из необходимости достижения в сегментах наиболее плотной упаковки гранул, основное внимание в процессе лабораторных исследований уделялось получению максимально плотно спрессованных изделий.
При изготовлении алмазного инструмента с использованием гранул навеска шихты была рассчитана по общепринятой методике на определенную партию сегментов. Массу металлического порошка, приходящихся на один карат алмазов, определяли из формулы
где Мп — масса партии алмазов, карат; Малм — масса порошка твердого сплава на партию алмазов, г.
Выражая массы алмазов и порошка через их объемы в пористость спрессованного изделия, имеем;
где ¥а и Уп — объемы, занимаемые в изделии соответственно алмазами и металлическим порошком; ра и рп — удельный
вес алмазов и расчетный удельный вес металлических порошков связки; п — пористость прессованного сегмента.
Значения ра, рп, Уа, ¥а известны. С учетом заданной пористости п легко найти массу порошка шихты на заданную партию алмазов.
Исследования прессуемости сегментов из гранул с концентрацией 25, 50, 75 проводили на карбиде кремния, имею-
(1)
рп - V (1 - П) М = —---------------—-----------і
(2)
щем равный удельный вес с алмазами, зернистостью 400/315 и бронзовой связке, состоящей из 80 % меди и 20 % олова, и связке на основе порошка кобальта.
Критериями оценки качества прессованного сегмента служат его плотность и прочность. Чем плотнее и прочнее прессованный сегмент, тем лучше осуществляется обжим алмазных зерен твердосплавным порошком, компактнее их укладка и, следовательно, тем выше должна быть работоспособность алмазного инструмента.
Результаты исследования позволили определить количество порошка шихты, необходимого на один карат алмазов в зависимости от их концентрации и требуемой плотности изделия.
Экспериментальные работы показали, что гранулированные алмазы могут быть успешно применены при изготовлении сегментных кругов, так как вполне обеспечивают изделиям необходимую плотность и прочность. Укладка гранул при прессовании может соответствовать одной из указанных выше или занимать одну из промежуточных форм в зависимости от давления прессования.
Для определения областей применения кругов с гранулированными алмазами, режимов их эксплуатации, а также установления работоспособности нового алмазного инструменте были проведены лабораторные и производственные испытания.
Для проведения исследований на различных этапах работы в лаборатории были изготовлены опытные алмазные круги, характеристика которых приведена в табл. 1.
С целью получения сравнительных данных испытаниям были также подвергнуты серийные круги на связке М 605.
Сегменты были алмазосодержащими по всему объему и имели высоту соответственно 12 и 15 мм. Связка была изготовлена на основе кобальтового порошка.
В лабораторных условиях в течении одного опыта площадь реза составила 0,1—0,4 м2 (в зависимости от вида обрабатываемого материала). Расход алмазов д определяли весовым методом и рассчитывали по формуле:
Характеристики испытываемых кругов АОСК
№ круга Диаметр круга, мм Зернистость синтетических алмазов марки АС-300 Концентрация Масса алмазов в круге, карат
10 500 400/315 25 56,0
12 400/315 50 112,0
15 400/315 25 56,0
7 500/400 25 56,0
8 500/400 50 112,0
3 800 400/315 25 116,0
400/315 50
9 320 500/400 50 23,7
11 320 400/315 23,7
АМ ■ Ма 1
Я = д/ 77, (3)
Ма ■ Мс л
где Я — удельный расход алмазов, карат/м2 площади реза; АМ — изменение массы сегментов круга в течение опыта, мг; Ма — масса алмазов в круге, карат; Мс — масса сегментов круга до опыта, мг; Л — площадь реза за опыт, м2.
Испытания проводили на специально переоборудованном станке мод. 6М81Г при следующих режимах: глубина резания 4 и 5 мм, скорость продольной подачи до 10 м/мин.
Результаты лабораторных испытаний представлены в табл. 2.
Анализируя полученные результаты, видим, что опытные круги из гранулированных алмазов на кобальтовых связках успешно работают по материалам с высокой абразивной способностью (бетон). В менее абразивных гранитах на опытных кругах своевременного обнажения алмазных зерен не происходит, в результате чего резание гранита сопровождается вибрацией станка, перегрузкой двигателя, большим шумом и искрением. Динамические нагрузки и высокая температура в зоне резания приводят к повышенному расходу алмазов.
Таким образом, по результатам лабораторных испытаний можно сделать вывод, что круги, изготовленные методом прессования алмазных гранул, могут быть рекомендованы для обработки абразивных материалов, таких как известняк, туф, песчаник, огнеупоры и бетоны. А для обработки гранитов применение кругов с гранулированными алмазами на этой связки нецелесообразно.
Для уточнения областей применения и работоспособности сегментных кругов из гранулированных алмазов на кобальтовой связке, на различных предприятиях страны были проведены их производственные испытания. Отработку опытного инструмента вели одновременно с серийным (при выполнении основной программы).
Данные испытании приведены в табл. 3.
Расход алмазов при испытании сегментных кругов в производственных условиях определяли по изменению высоты сегментов при полном или частичном их износе и рассчитывали по формуле
^Ак 1
Я-еТТ <4)
где Q — масса алмазов в круге, карат; Ак — среднее изменение высоты сегментов, мм; к — высота рабочего слоя сегментов, мм; Л — площадь реза, м2.
Результаты работы опытных кругов № 10, 12 по гранитам показывают, что по работоспособности они уступают серийному инструменту. Этим полностью были подтверждены результаты лабораторных испытаний. Основной причиной низкой производительности данных кругов является высокая износостойкость связки, в результате чего происходит зашлифовка рабочей поверхности.
Положительные результаты получены при работе опытного алмазного круга по известняку, травертину и туфу. При равной с серийным инструментом производительности опытный алмазный круг требует расхода алмазов примерно на 1520 % меньше. Алмазы на рабочей поверхности круга из грану-
Результаты лабораторных испытаний сегментных кругов на гранулированных алмазах.
№ кру- га Обрабатываемый материал Общая площадь реза, м2 Режимы обработки Производитель-ность, м2/ч Мощность резания, кВт Средний расход алмазов, карат/м2
Скорость продольной подачи, м/мин Глубина резания, мм
10 Янцевский 0,4 8 4 9,3—13,0 1,35—1,58
12 гранит 0,4 320 9,9
15 0,8 7,0—12,0
15 Бетон М500 0,2 10 5 500 3,7 1,1—1,5
2,9
12 Известняк 0,2 10 6 600 11,2—12,5 ,8 0, —0 ,6 0,
7 10,0—15,0
8 4,7—6,0
15 ,8 6—7,8 ,6 5,
10 Травертин 0,4 5 9,2 ,3 0, —0 ,2 0,
8 0,8 8 400 8, —8 ,8 7,
15 0,4 9,2
6
Результаты производственных испытаний сегментных кругов на гранулированных алмазах
№ круга, тип и количество Обрабатываемый материал Общая площадь реза, м2 Режимы обработки Расход алмазов, карат/м2
Скорость резания, м/с Продольная подача, м/мин Глубина резания, мм
10 15 17 (серийный) Граниты: Возрождение, Трикратнен-ский, Актюбинский 10,0 2,6 14,5 38,0 10—15 8—15 1,2—1,5 4—5 1,5 1,8 2,0
7 18 (серийный) Граниты: Янцев-ский, Старобабанов-ский 13.7 5.7 36,0 ,2 ,5 77 ,0 ,2 3—4 3—5 1,63 1,5
Диаметр 800 (опытные, 22 круга) Диаметр 800 М605 (серийный, 10 кругов) Известняк, ракушечник 50000 9700 30,0 12—15 5—6 0,09 0,12
16 туф 160,0 40,0 12—14 4—5 0,2—0,25
Диаметр 500 (опытный) Диаметр 500 (серийный, 5 кругов) Бетон 350 (после 72-часовой выдержки) 424.0 256.0 8—10 4—6 ,0 7 ,8 0,
Размещение алмазов по поверхности сегментов, изготовленных из гранул
лированных алмазов обнажились и были вскрыты постоянно. На рисунке отчетливо видно равномерное размещение алмазных зерен в сегментах этих кругов (в серийных кругах часть участков сегментов насыщена алмазами, а отдельные участки их совсем лишены).
При резании известняков, ракушечников, туфов было установлено, что гранулированные алмазные сегментные круги по сравнению с серийными при всех равных эксплуатационных показателях имеют стойкость на 30—35 % выше. Расход алмазов на квадратный метр площади реза у них составил 0,09 карата, а у кругов на связке М605 — 0,12 карата.
При обработке труднообрабатываемых материалов, таких как бетон, расход алмазов у опытных кругов на 20 % ниже, чем у серийных инструментов, и они могут быть рекомендованы для работы также по огнеупорам, песчаникам и т.п. материалам, обладающим высокой абразивностью.
Алмазными сегментными кругами диаметром 500 мм на связках гранулированной и М605 производили резку бетона
250 и 350 после 72-часовой выдержки. При нарезке пазов площадью 5 м2 в бетоне 350 расход алмазов у опытных кругов оказался в два раза ниже по сравнению с расходом алмазов у серийных кругов. Алмазы в кругах своевременно вскрывались и были размешены равномерно по всей поверхности сегментов. Сегментные круги с гранулированными алмазами можно рекомендовать для обработки указанных абразивных материалов.
Таким образом, метод гранулирования алмазов может быть использован при изготовлении алмазных сегментных кругов. Он позволяет повысить качество инструмента за счет равномерного распределения алмазов в связке и дает возможность механизировать процесс.
Алмазные отрезные сегментные круги на гранулированной связке наиболее работоспособны при обработке высокоабразивных материалов, таких как песчаник, туф, известняк, бетон и им подобных. В процессе обработки этих материалов при равной производительности они обеспечивают снижение расхода алмазов в два раза,
В настоящее время организовано серийное производство алмазных кругов на гранулированных связках. Так в «МКК-Диамант» в зависимости от назначения инструмента практически одновременно производятся как стандартные (серийные) так и гранулированные связки. Это повышает как технологическую гибкость и вариантность производства, так и конкурентоспособность всей продукции, позволяя «МКК-Диамант» прочно удерживать лидирующие позиции в отечественной индустрии алмазного камнеобрабатывающего инструмента.
Целесообразно также провести исследования по гранулированию алмазов на других марках связок, например бронзовых.
