Поликристаллические сверхтвердые материалы в производстве

Увеличение удельного веса труднообрабатываемых и специальных материалов, ужесточение требований к качеству их изготовления требует применения различных способов обработки с использованием алмазного инструмента и инструмента из поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ). 

Благодаря своей высокой стойкости и способности обрабатывать материалы практически любой твердости, эти инструментальные материалы особенно соответствуют условиям любого производства.

Проведенный анализ показал, что алмазные инструменты из ПСТМ делятся на следующие виды: инструменты на органических, металлических и керамических связках, а также инструменты на гибкой основе и пасты.

При этом эти инструменты можно разделить на два класса:

• многокристальные инструменты, к которым относятся буровые колонки, правящие инструменты и отдельные виды режущих инструментов;
• однокристальные инструменты, к которым относятся режущие и контрольно измерительные инструменты, алмазные волоки и правящие инструменты некоторых видов.

Многокристальные инструменты чаще всего изготавливают из необработанных кристаллов, технических алмазов или дробленых ПСТМ сравнительно небольшой массы – до 0,02 карат. Однокристальные инструменты обычно изготавливают из кристаллов более крупных размеров, используя при этом целиковые спеки.

Наиболее распространенный способ производства инструментов из ПСТМ на металлической связке – предварительное холодное брикетирование, а затем спекание инструментальных материалов с одновременным прессованием для предотвращения деформирования алмазных зерен.

В настоящее время представлена широкая номенклатура металлических связок с различными физико-механическими свойствами, выбираемыми в зависимости от обрабатываемого материала и условий эксплуатации алмазного инструмента. Процесс изготовления инструментов при этом отличается в зависимости от температуры и продолжительности спекания, наличия жидкой фазы, размера зерна.

На основании вышеизложенного были разработаны варианты технологических процессов изготовления широкой гаммы конструкций алмазных инструментов различного назначения из ПСТМ типа Св. Создание технологических процессов осуществлялось по принципу блочной унификации используемого алмазного инструмента, что позволило в значительной мере обобщить потребности в инструментах из ПСТМ.

При проектировании участков по производству инструментов из ПСТМ предусмотрено широкое внедрение нового прогрессивного оборудования: станков с ЧПУ, высокопроизводительных пресс-установок для синтеза ПСТМ. В серийном производстве алмазных инструментов предлагается применение поточно-механизированных и автоматических линий.

Такие инструменты позволяют в условиях любого типа производства осуществлять следующие работы: правку абразивных кругов различной зернистости и твердости в интервалах от обдирочного шлифования до финишных операций тонкого шлифования. При этом разработаны конструкции многокристальных правящих карандашей, позволяющие осуществлять правку и профилирование кругов различной ширины за минимальное число проходов.

Как показали выполненные исследования и многочисленные производственные испытания, проводившиеся в реальных производственных условиях, предлагаемые конструкции инструментов из ПСТМ рекомендуется использовать в механо- и камнеобрабатывающей промышленности, а также в индивидуальном и промышленном строительстве.

Проведенный полный цикл испытаний алмазных инструментов позволил выявить определенные закономерности. Так, карандаши для правки шлифовальных кругов на кругло-шлифовальных станках, при изготовлении которых были использованы дробленые спеки ПСТМ типа СВ с размером зерна 800–1000 мкм, показали наилучшие результаты по стойкости и качеству правки. Полученные при этом результаты испытаний подтвердили соответствующий уровень качества изготовления предлагаемых инструментов из ПСТМ.

Представленные выше материалы показывают, что создание новых конструкций алмазного инструмента из ПСТМ, а также разборка технологических процессов их изготовления, позволяют не только значительно расширить область эффективного применения предлагаемых инструментов в различных отраслях металло- и камнеобрабатывающей промышленности, но и в значительной степени исключить возможность использования инструментов из природных алмазов, себестоимость которых в 8–10 раз выше.

По материалам доклада В. И. Аверченкова,

В. В. Надуваева и Е.Н Фролова, сотрудников Брянского государственного технического университета РФ