1.1.2 Вибір схеми технологічного процесу

Вибір технології зводиться до вибору метода закріплення зерен. Зерна алмазів або інших надтвердих матеріалів можна закріплювати в металевому єднальному різними методами (литвом, зачеканкой, електрохімічним осадженням і ін.). Але найбільші переваги і можливості мають методи порошкової металургії які знаходять широке вживання в промисловому виробництві абразивних виробів на основі надтвердих матеріалів. Одним з перспективних методів для промисловості є метод гарячого пресування(спікання під тиском алмазовмісного шару з одночасним обєднанням з корпусом).

Технологія гарячого пресування

Він складається з приготування алмазовмісної порошкової суміші, її брекетування з одночасним зєднанням із корпусом, спікання і ущільнення в нагрітому стані с наступним охолодженням під тиском. В результаті процесів дифузії, розплавлення легкоплавких компонентів шихти зв’язки з зернами алмазів формується пористий брикет алмазоносного шару, котрий після термічної обробки і наступного ущільнення отримує високу міцність, зносостійкість, електропровідність. Пластична деформація в процесі ущільнення матеріалу зв’язки, нагрітого при спіканні вище температури рекристалізації, забезпечує міцне охоплення і закріплення алмазних зерен, рівномірно розподілених по всьому об’єму алмазоносного шару. Особливістю процесу спікання алмазоносного шару на металічній зв’язці є те ,що нагрів при спіканні проводиться в прес-формах для ущільнення. Що в свою чергу, веде до остаточного ущільнення брикету. Також слід зазначити, що використання металічних порошків в якості вхідних матеріалів дозволяє отримати за допомогою прес-форми заготовки абразивного шару, точні за формою та розмірами, що зводить до мінімуму об’єм механічної обробки важкооброблюваних композитів з вмістом надтвердих матеріалів.

Підготовка компонентів зв’язки

Приготування наважки алмазного порошку

Змішування компонентів зв’язки

Змішування шихти зв’язки з часточками алмазу

Приготування наважки шихти зв’язки

Приготування наважки шихти

Виготовлення корпусу

Пресування шихти в брикет

Міднення корпусу

Спікання

Гаряча пресування (ущільнення) алмазоносного шару

Механічна обробка

Контроль якості

Упаковка

Рис. 1 – Схема технологічного процесу виготовлення інструмента з порошку синтетичного алмазу на металічній зв’язці метод порошкової металургії спікання з одночасним ущільненням(полімеризації).

Перевагами такого методу можна назвати:

• Стабільність властивостей при зносі інструменту

• Довговічність інструмента

• М’яке шліфування, оскільки відстань між зернами сприяє відводу відпрацьованого матеріалу

До недоліків можна віднести:

• трудомісткість виготовлення

• мала концентрація алмазних зерен на поверхні і в об’ємі

Технологія гарячого пресування із застосуванням проміжного кільця

Крім поданого вище методу, існує аналогічний метод аналогічний порошкової металургії з тією відмінністю, що корпус скріплюється з алмазоносним шаром на проміжному кільці після спікання і ущільнення.

Проміжне кільце застосовують для кращого зчеплення абразивного шару з корпусом. Проте метод полімеризації дає кращі показники зчеплення

Підготовка компонентів зв’язки

Приготування наважки алмазного порошку

Змішування компонентів зв’язки

Змішування шихти зв’язки з часточками алмазу

Приготування наважки шихти зв’язки

Приготування наважки шихти

Виготовлення проміжного кільця

Пресування шихти в брикет

Гальванічне міднення кільця

Гаряча пресування (ущільнення) алмазоносного шару

Спікання брикету

Виготовлення корпусу

З’єднання алмазоносного шару з корпусом

Механічна обробка

Контроль якості

Упаковка

Рис. 2 – Схема технологічного процесу виготовлення інструмента з порошку синтетичного алмазу на металічній зв’язці методом порошкової металургії з використанням проміжного кільця.

Технологія вакуумно-дифузійної зварки

На практиці для підвищення адгезії зв’язки до ріжучих зерен алмаза в її склад вводять адгезійно-активні метали у вигляді гідридів, гідроксидів та інших. На основі цього була розроблена вакуумна технологія виготовлення алмазного інструменту.

Сутність методу в наступному. З алмазних зерен, попередньо вкритої металевою «рубашкою», разом з адгезійно-активним металом, пресують брикет заданих форми та розмірів, після чого проводять його спікання у вакуумі в вільному стані. Температура спікання в залежності від складу зв’язки дорівнює 800…900С. У верхній точці нагріву шихта розплавляється і просочує пустки між алмазними зернами. Но при цьому зерна продовжують контактувати між собою. Тому виникає зварна монолітна конструкція, в якій нема місця навіть для одного додаткового алмазного зерна. Після спікання проводять остаточну обробку робочого шару інструменту.

Переваги:

• можливість виготовляти інструмент будь-якої форми з розмірами від 1 мм при граничній концентрації алмаза 250%

• стабільність ріжучих властивості протяг всього періоду експлуатації

• гранична абразивність інструмента, зумовлена граничною концентрацією алмазів

• отримання гладкої поверхні за рахунок того, що всі зерна розташовані на одній висоті

Недоліки:

• неможливість виготовлення гнучких тонких дисків

• неефективність при задачах, що потребують збереження точних розмірів форми

• неефективність при виробленні дуже малих форм, всередині яких неможливо розташувати більше 3-х шарів алмазів

Технологія гальванічного закріплення зерен алмаза

При пропусканні постійного електричного струму через водний розчин солей на катоді осаджується шар металу, внаслідок дисоціації солей нікелю на аніони та катіони. Іони нікелю переміщуються до катоду і, розряджаючись, перетворюються в нейтральні атоми. Якщо в якості катода використовувати корпус інструмента з розташованим на ньому частинками алмазу, а в якості анода – нікелеву пластинку, то через деякий час на катоді утвориться тонкий шар нікелю який міцно утримує абразив на корпусі. Існує методи гальваностегії і гальванопластики.

Метод гальваностегії

Для виготовлення інструмента виконують наступні операції: виготовлення корпусу, підготовку корпусу до покриття, очищення алмазів від домішок, нанесення алмазного шару, контроль якості та упаковку.

Підготовка корпусу до нанесення покриття включає в себе операції ретельного очищення поверхні від жирових плівок, окислів та інших забруднень. Перед нанесення алмазного шару алмази очищають ,в першу чергу, від електропровідних домішок(графіту; металу каталізатора; дендритів, які наросли в

процесі електролізу). Очищають алмази кип’ятінням у «царській горілці» з наступною промивкою водою, а потім оброблюють хромовою сумішшю, задля видалення часток графіту. Алмазоносний шар наносять у два етапи. Перший етап може бути названий прикріпленням алмазів, другий – закріплення. Для прикріплення використовують електроліт для матового нікелювання. Його отримують розчином у дистильованій воді 300г/л сірчанокислого нікелю та хлористого нікелю і борної кислоти (по 30г/л кожного). Осадження нікелю для прикріплення проводять при температурі 50 – 60С. На швидкість осадження впливає кислотність, яка повинна бути в межах 4,7 – 5 рН. Катодна щільність струму – 0,6 – 1 А/дм². Після прикріплення корпус промивають і переносять в ванну для закріплення. Процес осадження регулюють так, щоб товщина металу буле не менше 2/3 лінійних розмірів зерен основної фракції. Для закріплення алмазного зерна використовують електроліт для блискучого нікелювання. В електроліт блискучого нікелювання крім сірчанокислого (300г/л) та хлористого (30г/л) нікелю, а також борної кислоти (30г/л), вводять додатково для покращення блиску покриття кумарин (1г/л), паратолуолсульфамід (2г/л) і формалін (0,02г/л). Неробочі поверхні покривають лаком, який після електролізу знімається зривом водневих бульбашок чи шліфуванням. За тим слідує контроль якості зчеплення алмазоносного шару з корпусом, рівномірність розподілу зерен алмазів на робочій поверхні, відсутність дендритів та товщину шару. Для відправки споживачу інструмент запаковують в пластмасову короби, дерев’яні ящики, чохли з поліетилену тощо

Виготовлення корпусу

Підготовка корпусу до покриття

Нанесення ізолюючого шару

Збір пристосування

Очищення алмазів від домішок

Загрузка пристосувань у ванну

Прикріплення алмазів

Закріплення алмазів

Видалення ізолюючого шару

Кінцева обробка

Контроль та упаковка

Рис. 3 – Схема технологічного процесу виготовлення інструмента з порошку синтетичного алмазу на металічній зв’язці методом гальваностегії

Метод гальванопластики

В технології електрохімії процеси гальванопластики використовуються для отримання порожнистих тіл, відтворення форм предметів і т.д. В загальному випадку процес гальванопластики включає операцію нанесення покріття з наступним відділенням його від катода. Багаторазові катоди виконують з нержавіючої сталі та нікелю, на поверхню яких додатково наноситься електропровідний шар, який облегшує знімання виробу з катоду. Такі катоди використовують тільки для виготовлення виробів простих форм. Вироби складних форм роблять на разових катодах з легкоплавких і алюмінієвих сплавів, пластмас. Технологія використовується рідко, проте вона дозволяє отримувати високоточні свердла, правлячі ролики складного профілю та інших інструментів, які не можливо отримати іншими методами.

Переваги гальванічної технології закріплення алмазів:

• можна виготовити дуже складні і малорозмірні інструменти

• практично зберігається незмінена форма, що дуже важливо при виготовлені надточних виробів

• можливість виготовлення гнучких і дуже тонких дисків

• низька собівартість виробництва

Недоліки:

• недовговічність

• зниження абразивних властивостей в зв’язку з затупленням і вириванням алмазних зерен

• викрашування поверхні абразива приводить до шарпання оброблюваної поверхні

• нерівномірність розташування зерен по висоті призводить до шарпання та відколювання

Висновки та постановка завдання проектування

Для попередньої шліфувальної заточки різців з твердих сплавів (металокерамічних, мінералокерамічних та керметів) на шліфувальних кругах прямого профіля на металічній звязці із наданням параметру шорсткості не більше 0,63 мкм було обрано технологію гарячого пресування одразу на корпус. Оскільки вихідні властивості виробів забезпечуються його стабільністю властивостей при зносі інструменту, довговічністю інструмента, м’яким шліфуванням, оскільки відстань між зернами сприяє відводу відпрацьованого матеріалу відводячи частину теплоти. А також недопустимістю недоліків інших методів: недовговічність, шарпання при гальванічній технології; нездатність ефективно зберігати точну форму виробу при вакуумній технології та надмірне ускладнення процесу виготовлення кругів, а також нижче значення адгезії абразивного шару з корпусом в технології гарячого пресування з проміжним кільцем і складанням корпусу з шаром після спікання.

2. Опис технологічного процесу