1.2.3 Опис технологічних операцій

Принциповими елементами технології виробництва абразивних інструментів з надтвердих матеріалів порошкової металургії методом гарячого пресування є: приготування шихти алмазоносного шар, її дозування, брикетування на корпусі, виготовлення корпусу, його міднення, спікання алмазоносного шару, гаряча пресування (ущільнення), контроль якості, упаковка.

Приготування шихти алмазоносного шару. Готові порошки металів просіюють через сита з квадратними комірками з розміром 40 – 100 мкм. При просіюванні стандартних порошків залишаються багато порошинок великого розміру, проте є певний відсоток і частинок розміром 40 мкм. Менші за розміром порошинки більш активні при спіканні, для їх спікання потрібні менші температури. Тож доцільно їх використовувати при виготовленні інструменту з мікропорошків.

Металічні порошки при довгому зберіганні окислюються. Оксидна плівка погіршує умови їх спікання, тому порошки піддають відновленню. З цією метою порошок нагрівають у середовищі водню. Оксиди відновлюються до чистих металів за реакцією:

Ме_хО_у+уН₂ = хМе + уН₂О

Температура нагріву для відновлення залежить від температури плавлення металу. Наприклад, мідний порошок нагрівають у струмені осушеного Н₂ при температурі 450С. Брикети, що утворились дроблять і просівають через сита.

Так як в склад шихти зв’язки входять компоненти, що суттєво відрізняються за густиною, висока якість змішування досягається тільки при тривалому змішуванні. При частоті обертання барабана 30 – 50 об/хв і коефіцієнті заповнення об’єму 0,4 тривалість змішування коливається від 24 до 48 год. Для запобігання розшарування компонентів шихти з алмазами використовують зволожувач такий як 20% розчин гліцерину в спирті. Така рідина добре і рівномірно змочує частинки шихти, після випаровування спирту залишає

плівку гліцерину, яка зчеплює частки і повністю вигорає при спіканні.

Змішування шихти зв’язки з шліфпорошками алмазів виконують у такій послідовності: ретельно змішують наважку алмазів зі зволожувачем, потім перемішують із шихтою зв’язки 10-20хв в барабанних змішувачах. Якісне змішування компонентів алмазоносного шару може бути досягнуто при 5 – 15 год.

Дозування

Метою операції є одержання необхідної кількості порошку шляхом визначення маси чи об’єму порошку для точного виконання технологічних операцій. Вагове дозування використовують в дрібносерійному виробництві, а також коли потрібні дуже точні за вагою вироби.

Перед дозування проводять розрахунок наважки порошку по формулі:

Де: V- об’єм готової продукції , ;- питома вага шихти , яка відповідає її компактному стану , г/; П – задана пористість готового виробу, % ;

- коефіцієнти, які враховують втрати порошку під час пресування та спікання.

Під час об’ємного дозування кількість шихти відміряється за допомогою спеціальної мірки. Об’ємне дозування вимагає використання порошків з постійною насипною вагою.

Вагове дозування не залежить від насипної ваги та текучості порошку воно може бути ручним та автоматичним. Ручне дозування проводиться на технічних або електронних вагах, автоматичне дозування проводиться на ваговому дозаторі.

Брикетування

Для отримання точних розмірів алмазоносного шару брикетування та ущільнення проводять у прес-формах. Оскільки температура і тиск при брикетуванні і ущільненні суттєво відрізняються, для виконання цих операцій використовують 2 прес-форми, що дозволяє спростити прес-форму для спікання, яка працює в умовах високого тиску та температури, зменшити

витрати дорогих жароміцних матеріалів і знизити трудоємність обробки деталей. Операція брикетування проводиться при кімнатній температурі. Пресування шихти алмазоносного шару на металевій звязці в брикет під дією зовнішнього тиску підпорядковується загальним закономірностям пресування металевих порошків. Із-за наявності в складі шихти великої кількості алмазних зерен (25% об’єму), які гальмують процес пресування, подолання межі ущільнення брикету одним тільки збільшенням тиску неможливе. Тому в першій стадії формування отримують пористий брикет(допустима П=15 – 25%). Тиск пресування при цьому 3000 кгс/см². Тиски пресування більші за 4000 кгс/см² призводять до дроблення алмазів. Брикетування алмазоносних шарів простої форми з відношенням його висоти до ширини 3:1 проводять в прес-формах одностороннім пресуванням. В промисловості зазвичай використовують пресування «до упору». Розрахункова сила брикетування алмазоносного шару розраховується за формулою:

P = 1,3pF,

де р – тиск брикетування

F – площа проекції поверхні пресування на площину перпендикулярну до напрямку пресування

При брикетуванні алмазоносного шару, перед збиранням прес-форм формотворні поверхні промивають ацетоном і протирають для усунення залишків шихти. Формотворні поверхні пуансонів і матриці прес-форм змащують тонким шаром змазки ЦИАТИМ-221, для зменшення тертя об стінки

прес-форми. В зібрану прес-форму засипають наважку суміші. Далі ретельно розрівнюють алмазоносний шар, так як він малорухливий в процесі формування. Після засипки шихти, розрівнювання і встановлення пуансона прес-форму переносять на гідравлічний прес. Після пресування, внаслідок пружної післядії, алмазоносний шар збільшується в розмірах на 0,1 – 0,3%. Тому розміри формотворних поверхонь прес-форм для брикетування повинні бути зменшенні на цю величину в порівнянні з прес-формами для ущільнення

Спікання

Для термічної обробки алмазоносний шар нагрівають в контрольованому середовищі чи на повітрі до температури не вище (0,7 – 0,8) температури плавлення основного компоненту шихти. У виробництві алмазного інструмента на металевій звязці в промисловості використовують камерні або тунельні електричні печі. Висока якість інструменту може бути отримана при спіканні в захисному середовищі водню чи суміші азоту з воднем. Після загрузки прес-форми і герметизації муфеля повністю витісняють повітря азотом. Потім включають подачу водню чи диссоційованого аміаку. Зазвичай в муфелях підтримують тиск 150 мм. вод. ст., що перешкоджає потраплянню повітря. Якщо в якості звязки використовують алюміній, то спікання проводиться з меншою температурою, а також може проводитись на повітрі. Особливістю процесу спікання алмазоносного шару є те, що нагрів при спіканні проводять у прес-формах для ущільнення. При підготовці до спікання деталі прес-форми обезжирюють і покривають тонким шаром колоїдно-графітового препарату. Тонка плівка графіту запобігає припіканню алмазоносного шару до стінок прес-форми. В прес-форму вкладають брикет алмазоносного шару та корпус, складену прес-форму поміщають в піч і нагрівають до температури спікання. Для алюмінієвих зв'язок температура близька до 600С. Для рівномірного прогріву і повного протікання процесу спікання у всьому обємі алмазоносного шару проводять ізотермічну витримку в максимальній температурі нагріву протягом 1-3 год. Після витримки прес-форми виймають з печі і встановлюють на гідравлічний прес для ущільненя.

Ущільнення

Виконують ущільнення в одно- і багатомісних прес-формах. Прес-форми для ущільнення суттєво відрізняються від прес-форм для брекетування. Як правило, формуючі їх поверхні складаються з декількох деталей, котрі міцно зчепленні між собою конусними обоймами чи клинами. Така конструкція не потребує випресовування виробів, оскільки після послаблення клинового зєднання прес-форма легко розбирається. На виробі не залишаються задири, сколи, які утворюються при випресовці.

Тиск для ущільнення для різних зв'язок знаходиться в межах 600 – 1500 кгс/см². Алмазоносний шар після ущільнення охолоджують в прес-формах під тиском до температури 200-300С, що запобігає коробленню інструмента із-за внутрішніх напружень, виникаючих при нерівномірному остиганні. Після охолодження прес-форму розбирають і виймають виріб.

Контроль якості

Після операцій спікання та ущільнення контролюють якість виробу, зазвичай, за такими параметрами: геометричні розміри, твердість алмазоносного шару, міцність його зєднання з корпусом. Геометричні розміри вимірюють універсальними чи спеціальними інструментами, котрі забезпечують необхідну точність. Інша важлива характеристика , твердість алмазоносного шару, залежить від складу звязки, пористості алмазоносного шару, якості виконання процесів спікання та ущільнення. Підвищена пористість, заниження температури спікання, недостатній тиск гарячого пресування та інші відхилення від режимів технологічного процесу призводять до зниження твердості алмазного шару, міцності втримання алмазів, до збільшенню зносу інструмента в процесі експлуатації. Твердість алмазоносного шару на металевій звязці вимірюють на твердомірі ТК-2 по шкалі В.