CC BY
46УДК 62-1/-9
Е.И. Нежинский
РАЗРАБОТКА АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ СВЯЗКЕ
Статья посвящена научно-исследовательское работе, которая проводится при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «УМНИК» по теме «разработка алмазного инструмента на гальванической связке» в рамках договора №7132ГУ2015 от 03.08.2015 г.
Ключевые слова: алмазная отрезная проволока, гальваническая связка, новая конструкция алмазной отрезной проволоки, канавки для закрепления алмазных зерен.
Алмазная резка является одним из наиболее эффективных методов обработки неметаллических сверхтвердых хрупких материалов. Широкое применение, а во многих случаях и незаменимость алмазного инструмента, определяет актуальность проблемы повышения эффективности обработки. Алмазные отрезные инструменты предназначены для резка заготовок, разрезки на пластины, прорезки пазов, нарезки канавок и резьбы и др.
Алмазный инструмент на гальванической связке, как и любой инструмент на других связках, конструктивно состоит из корпуса и прочно соединенного с ним алмазоносного слоя. В данном случае алмазоносный слой представляет собой композиционный материал, состоящий из твердых преимущественно неэлектропроводных частиц абразивного сверхтвердого материала (СТМ) и электролитически осажденного металла или сплава, прочно удерживающего эти частицы.
Специфичность гальванического метода позволяет изготовить инструмент сложных форм и разных размеров с нанесением на рабочую поверхность преимущественно одного ряда алмазных зерен, прочно удерживающихся в связке, но не полностью зарощенных, что при изготовлении инструмента другими методами невыполнимо. Инструмент, изготовленный этим методом, обеспечивает хорошие режущие свойства. Вместе с тем, метод позволяет получать инструмент с многослойным покрытием.
Целью настоящего раздела работы является разработка конструкции конкурентоспособного импортозамещающего алмазного инструмента для обработки неметаллических сверхтвердых материалов, изготовление экспериментального образца и создание методики их исследования. Конструктивные параметры инструмента должны обеспечивать более высокую износостойкость и производительность.
Проволока изготавливается путем гальванического покрытия стальной проволоки связующим материалами и диспергированным алмазным порошком. Инструмент представляет собой стальную проволоку диаметром 00.1—3 мм, на которую нанесен алмазосодержащий слой.
Для изготовления алмазоносного слоя должны применяться алмазные порошки следующих марок:
Марка алмазного порошка Характеристика Рекомендуемая область применения
АС20 Из синтетических алмазов, зерна на которых представлены кристаллами, а также сростками и агрегатами (не более 40%) с коэффициентом формы зерен от 1.3-3.0 Изготовление инструментов на металлических связках, применяемых для обработки твердого сплава, керамики, стекла и других хрупких материалов
АС32 Из синтетических алмазов, зерна на которых представлены кристаллами, а также сростками и агрегатами (не более 15%) с коэффициентом формы зерен не более 1.2. Изготовление инструментов на металлических связках, применяемых для шлифования камня, резания мягких горных пород, обработки стекла, рубина, лейкосапфира,ситалла, корунда, чернового хонингования
АС50 Из синтетических алмазов, зерна на которых представлены кристаллами, а также сростками и агрегатами (не более 12%) с коэффициентом формы зерен не более 1.2.
АС100 Из синтетических алмазов, зерна на которых представлены кристаллами, а также сростками и агрегатами (не более 6%) с коэффициентом формы зерен не более 1.1. Изготовление инструментов на металлических связках, применяемых для резки, сверления природного камня, бетонов, стекла, керамики, правки шлифовальных кругов, обработки огнеупоров, в буровом инструменте.
© Нежинский Е.И., 2016.
Технологическая схема изготовления инструмента методом гальваностегии
Методика экспериментальных исследований алмазной отрезной проволоки
Нанесение алмазного порошка на стальную проволоку, предварительно смоченную в электролите никелирования с рН=4,2-4,3, проводят в ванне для нанесения алмазного порошка, содержащей на входе токопроводящий вал с плотностью тока 5-10А/дм2, в результате чего проволока под действием тока при температуре 45-60°С при рН=4,2-4,3 перемещается в слое подготовленного алмазного порошка между лентами, выполненными из химически стойкой ткани, которые движутся со скоростью 0,05-0,5 м/с, равной скорости движения проволоки. Таким образом, проволока и слой алмазного порошка в течение времени нахождения проволоки в ванне неподвижны относительно друг друга.
Новая конструкция алмазной отрезной проволоки с канавками для консольного закрепления алмазных зерен (Патент № 2538745)
Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к алмазному отрезному инструменту. Алмазный отрезной инструмент содержит основу из металлической проволоки с функциональным слоем из алмазоносного материала. Основа выполнена с продольными прямоугольными в поперечном сечении канавками, в которых расположен функциональный слой. Глубина Н каждой из канавок составляет (1/10-1/3)А, где А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции. Количество канавок 2к выбирается по определенной зависимости. В результате обеспечивается консольное закрепление алмазных зерен на основе алмазного отрезного инструмента, что в итоге повышает ресурс его работы.
Рис. 1.1
Рис. 1.2
Рис. 1.3
Рис 1.4
Рис. 1.5
Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к алмазному отрезному инструменту с алмазно-гальваническим покрытием (АГП), а именно к алмазному отрезному инструменту на никель гальванической связке.
Технический результат, на решение которого направлено заявленное изобретение, заключается в исключении вырывания алмазных зерен из основы, за счет их консольного закрепления посредством никелевой гальванической связки на основе алмазного отрезного инструмента, что в конечном итоге повышает ресурс его работы.
Данный технологический результат достигается посредством того, чтов алмазном отрезном инструменте, выполненном в виде основы из металлической проволоки с функциональным слоем из алмазоносного материала, согласно изобретению основа выполнена с прямоугольными в поперечном сечении канавками, в которых сформирован функциональный слой, при этом глубина Н каждой из канавок составляет (1/10-1/3)А, где А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции, а количество канавок Як
п - 3.1415;
п - количество алмазных зерен, расположенных по ширине канавки в нормальном сечении;
Б - диаметр основы, мм;
А - средний диаметр алмазных зерен основной фракции, мм;
Оптимально, когда канавки алмазного отрезного инструмента выполнены продольными, пересекающимися и по винтовой линии.
Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где:
- на Рис. 1.1 показан вид сбоку алмазного отрезного инструмента с продольными канавками;
- на Рис. 1.2 показан разрез Б-Б алмазного отрезного инструмента;
- на Рис. 1.3 показан увеличенный вид В рабочей части алмазного отрезного инструмента с выполненной на нем продольной канавкой;
- на Рис. 1.4 показан вид сбоку алмазного отрезного инструмента с канавками, выполненными по винтовой линии;
- на Рис. 1.5 показан вид сбоку алмазного отрезного инструмента с пересекающимися канавками.
Алмазный отрезной инструмент, содержит основу 1 из металлической проволоки, поверхность которой выполнена с продольными прямоугольными в поперечном сечении канавками 2, в которых расположен функциональный слой, выполненный из нанесенных на поверхность основы 1 проволоки алмазных зерен 3 и никель гальванической связки.
При этом необходимо, чтобы глубина Н канавок 2 выбиралась из диапазона 1/10А-1/3А, где А -средний диаметр алмазных зерен 3 основной фракции. Диапазон величины глубины Н канавки 2 выбирается так, чтобы обеспечить консольное закрепление алмазных зерен 3 без потери ресурса работы алмазных зерен 3, при их закреплении на поверхности проволоки, за счет чего режущая поверхность алмазного отрезного инструмента сохраняет свои режущие свойства до тех пор, пока не износится 9/10/-2/3А размера алмазного зерна 3.
На производственной площадке ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» прошли испытания предложенной конструкции, а именно алмазного отрезного инструмента в виде проволоки диаметром 0.3 мм с канавками 2 глубиной 1/3А, в которых гальваническим методом закреплены алмазные зерна 3 зернистостью 50/40.
Испытания проходили на станке для проволочной резки, образцами материалов для испытаний служили кристаллы диоксида циркония, плотностью 4,68-4,71 г/см3 и твердостью 7-8 по шкале Мооса.
Рис. 1.6. Схема обработки алмазной проволокой
Одним из критериев оценки работоспособности экспериментального алмазного инструмента служит весовой метод определения расхода алмазов, который предусматривает точное взвешивание инструмента до и после выполнения заданного объема работ. Расход алмазов определяется по формуле: q = ДРа, мг
где ДР- разность веса инструмента до и после опытов; а- коэффициент, учитывающий весовое содержание алмазов в рабочем слое.
При базовой длине алмазной проволоки в 10 м., изготовленной с новой конструкцией, при концентрации алмазов в алмазоносном слое 100% и общем времени работы 2,8 ч., расход алмазов составил: q = ДРа = (122000 - 85600) * 0,122 = 4440,8 мг
Алмазные отрезные проволоки со стандартной конструкцией имеют расход алмазов q=6200±7%. Стандартные проволоки диаметром 0.254 мм и 0.381 мм служат в среднем около 1 - 2 часов.
По экспериментальным данным определено, что глубина канавки проволоки величиной 1/3А, обеспечивает максимально прочное закрепление алмазных зерен на основе проволоки при оптимальном сохранении режущей способности.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет исключить вырывание алмазных зерен из основы, за счет их консольного закрепления посредством никель гальванической связки на основе алмазного отрезного инструмента, что в конечном итоге повышает ресурс его работы.
Заключение. В рамках промежуточного этапа НИР была доработана РКД, разработан экспериментальный образец алмазной отрезной проволоки новейшей запатентованной конструкции для обработки неметаллических особо твердых материалов, была разработана методика экспериментальных исследований и были проведены испытания экспериментального образца. Была подтверждена эффективная работоспособность новой конструкции проволоки, что повысило износостойкость и ресурс работы инструмента.
Работы выполнялись в соответствии с техническим заданием на выполнение НИР «Разработка алмазного инструмента на гальванической связке» по договору №7132ГУ2015 от 03.08.2015 г.
Библиографический список
¡.Абразивная и алмазная обработка материала. Справочник. /Под ред. Резникова А.Н. - М.: Машиностроение, 1977, 392 с.
2.Цыпкин Р.З. и др. Алмазная резка неметаллических материалов.- М.: НИИМАШ, 1976, 55 с.
3.Бакуль В.Н. и др. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента»/ М.: Машиностроение, 1975, - 296 с.
4.Балыков А.В, Сухонос С.И. Новые возможности алмазно-абразивного инструмента "МонАлит" М.: Журнал "Стекло и бизнес", 2001, № 2, с. 34-35.
5.Балыков А.В. Алмазное сверление отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов. - М: «Наука и технология», 2003, 187с.
6.Осипов В. И. Рынок производства стекла. Проблемы и перспективы развития. Доля России в мировой стекольной отрасли. [Электронный ресурс]/ Портал «СтеклоСоюз» России. — Режим доступа: www.steklosouz.ru. -27.08.2007.
7.Шуваев Г.В. Технологический процесс и оборудование алмазной резки пластин твёрдых и хрупких материалов.. Науч.техн.сб. «Электронная техника» 1972, вып.4.
8.Балыков А.В., Бабичев В.Ю. Станок с ЧПУ для сверления и резки алмазным инструментом. М.: «Обмен производственно техническим опытом», вып. 4, 1989.
9.Механическая обработка деталей из керамики и ситаллов. Хрульков В. А., Тародей В. А., Головань А. Я., Буки Ю. М. Изд-во Саратовского ун-та, 1975, с. 352.
10.Алмазная обработка технической керамики. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1976, 160 с.
11.Кизиков Э.Д. Алмазно-металлические композиции. К.: «Техника», 1988, 133с.
12.Прудников Е.Л. Инструмент с алмазно-гальваническим покрытием. М.: «Машиностроение», 1985, с. 95.
13.Курис И.М. и др. Алмазный инструмент на гальванической связке для обработки стеклопластика. К.: Синтетические алмазы, 1976, вып. 2, с.38-41.
НЕЖИНСКИЙ ЕВГЕНИЙ ИГОРЕВИЧ - магистрант, ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», Россия.
