CS253204B1

CS253204B1 - A method for producing a high pressure tool sealing component

Info

Publication number: CS253204B1
Application number: CS825635A
Authority: CS
Inventors: Vitezslav Muzik; Zdenek Vaculik; Rostislav Hetmanek; Jiri Nosek
Original assignee: Vitezslav Muzik; Zdenek Vaculik; Rostislav Hetmanek; Jiri Nosek
Priority date: 1982-07-26
Filing date: 1982-07-26
Publication date: 1987-10-15
Also published as: CS563582A1

Abstract

Způsob výroby těsnicích součástí vysokotlakého nástroje, pro syntézu diamantů, kubického nitridu boru a poly- krystalů supertvrdých materiálů, při kterém se kvádr minerálu dělí na desky, které se jádrují na polotovar s alespoň jedním tvarovým čelem na jmenovitý rozměr, polotovar je dále povrchově opracován na konečný rozměr součásti, přičemž jádrování polotovarů je prováděno jako trubkový polotovar o vnějším nebo vnitřním průměru na jmenovitý rozměr.The method of producing high pressure tool sealing components, for the synthesis of diamonds, cubic boron nitride and polycrystals of super-hard materials, in which the mineral block is divided into slabs which are core-shaped with at least one shaped face to nominal size, the final dimension of the component, wherein the core of the blanks is executed as a tubular blank having an outer or inner diameter to a nominal dimension.

Description

Vynález se týká způsobu výroby těsnicích součástí vysokotlakého nástroje pro syntézu diamantů, kubického nitridu boru a polykrystalů supertvrdých materiálů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the manufacture of high pressure tool sealing components for the synthesis of diamonds, cubic boron nitride and polycrystals of superhard materials.

Vysokotlaký nástroj sestává v podstatě mimo kovových dílů i z těsnicích částí - vysokotlakové komůrky (viz obr. 1), kalichů (viz obr. 2, 4) a izolačních vložek (viz obr. 3), uzavírajících čelně z obou stran vnitřní náplň vysokotlaké komůrky.The high-pressure tool consists essentially of metal parts as well as sealing parts - high-pressure chamber (see Fig. 1), chalices (see Fig. 2, 4) and insulating inserts (see Fig. 3), closing the inner filling of the high pressure chamber.

Tyto těsnicí elementy jsou vyráběny, s ohledem na kladné vysoké kvalitativní nároky, ze speciálních dovozních surovin - slídnatých minerálů typu pyrofylitu.These sealing elements are made from special import raw materials - pyrophyllite-type mica minerals, due to the positive high quality requirements.

Základní těsnicí součásti vysokotlakého nástroje z pyrofylitu jsou vyráběny technologií lisování jednotlivých tvarů cestou práěkové metalurgie, a to z pyrofylitové drtě. Nejnověji je však v zahraničí a částečně již i u nás uplatňována nová technologie výroby, tzv. monolitních součástí vysokotlakého nástroje, tj. přímo z horniny pyrofylitu v jeho původním přírodním - zhutnění.The basic sealing components of the high-pressure tool made of pyrophyllite are produced by the technology of pressing individual shapes by powder metallurgy, namely from pyrophyllite pulp. Recently, however, a new technology of production, the so-called monolithic components of a high-pressure tool, ie directly from the pyrophyllite rock in its original natural - compaction, has been applied abroad and partially also in our country.

Tyto monolitní součásti vysokotlakého nástroje jsou vyráběny tak, že z vytěžených kvádrů proměnlivého rozměru, například 350x450x600 mm, 250x350x500 mm apod. o hmotnosti cca 100-200 kg se vyvrtávají nebo vyjádrují nejprve jednotlivé roubíky či kruhové tyče o průměru odpovídajícím hrubému rozměru polotovaru finálních součástí. Ty se pak třískově opracovávají za rotace obrobku tvrdokovovými nástroji soustružením na konečný rozměr součásti.These monolithic components of the high-pressure tool are manufactured in such a way that from the excavated blocks of variable dimensions, for example 350x450x600 mm, 250x350x500 mm etc. of approximately 100-200 kg, single gags or round bars with a diameter corresponding to the gross dimension of the finished product blank are drilled or expressed. These are then machined while turning the workpiece by carbide tools by turning to the final dimension of the part.

Někteří výrobci diamantů vyrábějí tyto jednotlivé těsnicí součásti vysokotlakého nástroje již přímo z roubíků nebo kruhového tyčového polotovaru pyrofylitu, dodávaných od dodavatele pyrofylitovýoh kvádrů.Some diamond manufacturers manufacture these individual high pressure tool sealing components directly from gussets or a round rod of pyrophyllite, supplied from a supplier of pyrophyllite blocks.

Tím údajně vylučují riziko vysoké zmetkovitosti výroby těchto výchozích polotovarů, jež přímo u výrobce činí až 60 %. Tyčový polotovar je pak třískově zpracován, jak je výše uvedeno.This allegedly eliminates the risk of a high reject rate of production of these precursors, up to 60% at the manufacturer. The bar stock is then machined as described above.

Hlavní nevýhodou stávajícího způsobu výroby monolitních součástí pyrofylitu vysokotlakého nástroje je jeho vysoká pracnost a velmi nízká materiálová výtěžnost z původního stavu dodaného kvádru. Pro jádro'ání roubíků je zapotřebí speciálních nástrojů - vrtacích korunek, jejichž provedení rozhoduje o výtěžnosti a.množství odpadu při této operaci.The main disadvantage of the current method of producing monolithic components of pyrophyllite of a high-pressure tool is its high labor intensity and very low material yield from the original state of the delivered block. Special tools - drill bits are required for core gagging, the design of which determines the yield and the amount of waste in this operation.

Stávající způsob také neumožňuje současně vrtat více roubíků najednou při požadované proměnné rozteči jádrování a velikosti průměrů polotovarů. Další nevýhodou je i skutečnost, že délka vrtaných - jádrovaných - roubíků (cca 250-350 mm) je omezena délkou vrtacího nástroje.The present method also does not allow simultaneous drilling of multiple gags at the same time with a desired core pitch and diameter of the blanks. Another disadvantage is the fact that the length of drilled - cored - gags (approx. 250-350 mm) is limited by the length of the drilling tool.

S ohledem na dodávky proměnlivého rozměru kvádru pyrofylitu zůstává tak často nekontrolovatelný zbytek nedovrtaného materiálu kvádru, jakož i část případně i zalomeného roubíku pyrofylitu při vyjíždění nástroje z vrtu, a to zejména při nedovrtech.In view of the supply of varying dimensions of the pyrophyllite block, the remainder of the non-drilled cuboid material as well as a part of the potentially kinked pyrophyllite gag remain as the tool comes out of the borehole, especially in the case of boreholes.

Rovněž četnost přelomených nebo zalomených roubíků při vrtání je tím větší, čím větší je rozdíl průběhu materiálového vrstvení minerálu v kvádru od směru vedení vrtání. Tento negativní jev se ve'lmi záporně projevuje i při vlastním třískovém opracování.Also, the frequency of kinked or kinked screws during drilling is the greater the difference in the course of the mineral material lamination in the cube from the direction of the drilling guide. This negative phenomenon is very negatively manifested even during the machining itself.

Vlastní soustružení jednotlivých součástí vysokotlakého nástroje je nejen velmi pomalé - málo produktivní, ale při této operaci vzniká v důsledku působení řezných sil na velmi nehomogenní roubík·pyrofylitu velká zmetkovitost - zlomením, rozdrobením při upnutí v hrotech, nebo v důsledku přímého působení řezných sil staticky ustaveným soustružnickým nástrojem na poměrně dlouhý homogenní rotující polotovar v kolmém směru.The actual turning of the individual components of the high-pressure tool is not only very slow - not very productive, but due to the cutting forces on the very inhomogeneous gag · pyrophyllite high scrap rate - breaking, crumbling during gripping in tips, or a turning tool for a relatively long homogeneous rotating blank in a perpendicular direction.

Přímá dodávka polotovarů, například pyrofylitovýoh tyčí, podstatně přispívá k vyšší produktivitě výroby a nižší zmetkovitosti při efektivnějším materiálovém využití dovážených surovin, ale tato je naproti tomu vícenásobně na jednotku hmoty (2 až 4x dle průměru a délky) dražší a tudíž pro spotřebitele ekonomiky, zejména finančně velmi nepříznivá. Přitom nevýhody vlastního třískového opracování - jak je uvedeno výše - zůstávají.Direct delivery of semi-finished products, such as pyrophyllite rods, contributes significantly to higher production productivity and lower reject rate with more efficient material utilization of imported raw materials, but on the other hand it is more expensive per unit of mass (2 to 4 times by diameter and length). financially very unfavorable. However, the disadvantages of the machining process itself - as mentioned above - remain.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby těsnicích součástí vysokotlakého nástroje pro syntézu diamantů, kubického nitridu boru a polykrystalů supertvrdých materiálů podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že kvádr minerálu se dělí na desky, které se jádrujl na polotovar s alespoň jedním tvarovým čelem na jmenovitý rozměr, který je dále povrchově opracován na konečný rozměr součásti, přičemž jádrováni polotovarů je prováděno jako trubkový polotovar o vnějším nebo vnitřním průměru na jmenovitý rozměr.These disadvantages are overcome by the method of manufacturing the high pressure tool sealing components for the synthesis of diamonds, cubic boron nitride and polycrystals of superhard materials according to the present invention, which consists in dividing the mineral block into plates which have been cored into a blank with at least one shaped face a dimension which is further surface machined to the final dimension of the component, wherein the coring of the blanks is performed as a tubular blanks of external or internal diameter to a nominal dimension.

Výhodou uvedeného způsobu výroby základních těsnicích součástí vysokotlakého nástroje je jeho podstatné zvýšení výtěžnosti materiálu, zejména při dělení kvádru pyrofylitu, a to téměř na dvojnásobek. Pro rozřez kvádru je možno použít dostupných moderních a vysoce výkonných dělicích zařízení (např. pásových rychlořezaček) s minimálním prořezem prakticky pod 1 mm, a tedy s maximálním využitím vstupního materiálu.The advantage of said method of manufacturing the basic sealing components of a high-pressure tool is that it substantially increases the yield of the material, in particular when dividing the block of pyrophyllite, by almost double. For cutting the block, modern and high-performance dividing devices (eg belt speed cutters) can be used with a minimum cut-through of practically less than 1 mm, thus making maximum use of the input material.

Produktivita navrženého způsobu dělení polotovarů je mnohonásobně vyšší a s minimální zmetkovitostí. Rovněž fyzicky je tato operace méně namáhavá bez obtížné ruční manipulace s poměrně hmotným a rozměrově robustním roubíkovacim nástrojem.The productivity of the proposed method of cutting semi-finished products is many times higher and with minimal scrap. Also physically, this operation is less strenuous without the difficulty of manually manipulating the relatively massive and dimensionally robust gagging tool.

Přímým jádrováním polotovaru tvaru trubky již s jmenovitými průměry a čelním (jednostranným) zarovnáváním při jednom pracovním úkonu podstatně zjednodušuje výrobní cyklus výroby těchto těsnicích součástí vysokotlakého nástroje.By directly coring the pipe-shaped workpiece with nominal diameters and front (one-sided) alignment in a single operation, it significantly simplifies the production cycle of these high-pressure tool components.

Dokončení opracování tvarového povrchu součástí je již nenáročné a proveditelné při vnitřním upnutí na trnu na jeden pracovní úkon za rotace obrobku - např. na jednoduchém soustruhu. Lze s výhodou uplatnit i dokončení výrobní operace na jednoduchých vrtacích soupravách rotačním vícebřitým, případně složeným nástrojem i za klidu obrobku. Způsob výroby je investičně i plošně nenáročný a tedy ekonomicky a provozně velmi efektivní.Finishing of the workpiece surface is no longer demanding and feasible with internal clamping on a mandrel for one operation while rotating the workpiece - eg on a single lathe. It is also possible to apply the completion of the manufacturing operation on simple drilling rigs with a rotary multi-blade or composite tool even when the workpiece is at rest. The method of production is not demanding in terms of investment and in terms of area and therefore very economically and operationally efficient.

Na přiložených výkresech je v obr. 1 znázorněn tvar vysokotlaké komory z pyrofylitu, na obr. 2 jednoduchý kalich, na obr. 3 vložka a na obr. 4 složený kalich - všechno jako nezbytné součásti vysokotlakého nástroje.In the accompanying drawings, FIG. 1 shows the shape of a high-pressure pyrophyll chamber, FIG. 2 a simple cup, FIG. 3 an insert, and FIG. 4 a collapsed cup - all as essential components of the high-pressure tool.

Na obr. 5 až 7 jsou ukázky dělicích zařízení, použitých k přípravě pyrofylitových dílů.Figures 5 to 7 show examples of separation devices used to prepare pyrophyllite parts.

V uvedených výkresech je zobrazen pracovní stůl 2» rotační upínací hlava 2» obráběcí jednotka 2 ^a pyrofylitová součást 4.In the drawings, a workbench 2 »rotary clamping head 2» machining unit 2 ^{and a} pyrophyllite component 4 are shown.

Uvedeným způsobem výroby těsnicích součástí vysokotlakého nástroje - 1 kusu kompletu je celková materiálová výtěžnost hmotnostně oproti současnému stavu výroby zvýšena prakticky na trojnásobek. Z hlediska kapacit pak výrazně klesá potřebný počet drahých výrobních zařízení, počet pracovních sil, potřeba energie a výrobních ploch.By the above mentioned method of manufacturing the high-pressure tool sealing parts - 1 piece of the set, the total material yield by weight is practically tripled compared to the current state of production. In terms of capacities, the required number of expensive production facilities, the number of manpower, the need for energy and production areas are significantly reduced.

Způsob výroby těsnicích součástí vysokotlakého nástroje podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že kvádr pyrofylitu je postupně nebo najednou dělicím nástrojem dělen v pevně dané rozteči na desky, které se dále jednotlivě nebo o větším počtu jádrují na hrubý trubkový polotovar nebo již s vnějším nebo vnitřním průměrem a alespoň jednou čelní stranou na jmenovitý rozměr, načež je dále následně při vnitřním upnutí na trnu za klidu nebo jeho rotace povrchově třískově dotvarován na konečný rozměr součásti.The method of manufacturing the high-pressure tool sealing components according to the invention is characterized in that the pyrophyllite block is gradually or suddenly divided by a separating tool into a fixed spacing into plates which are individually or more cored to a coarse tubular blank or already with external or internal diameter. and at least one end face to the nominal dimension, whereupon it is subsequently surface-chipped to the final dimension of the workpiece when the mandrel is internally clamped or rotated.

Příklad 1Example 1

Pyrofylitový kvádr se ustaví na pojezdový systém - saně - dělicího zařízení a je postupně rozřezán pásovou rychlořeznou pilou ze slinutého karbidu na desky v rozteči t = v (výšce polotovaru vyráběné součásti vysokotlakého nástroje).The pyrophyllite block is set up on the traversing system - slide - dividing device and is gradually cut by a band saw with tungsten carbide to the plates at the spacing t = v (height of the semi-finished product of the high-pressure tool component).

Poté jsou pyrofylitové desky ustaveny na pracovní stůl s podélným, případně i příčným pohybem vertikální vrtací soupravy (stolní nebo stojanové vrtačky).Then the pyrophyllite plates are placed on a workbench with longitudinal or transverse movement of the vertical drilling rig (bench or bench drills).

Po ustavení složeného vícebřitového rotačního jádrovaoího nástroje do vertikální vrtací hlavy je v rozteči finálních výrobků jádrován na polohový doraz trubkový polotovar obrobek pyrofylitové součásti vysokotlakého nástroje - s vnějším a vnitřním průměrem na finální rozměr a s přední (kolmou) čelní plochou na hotovo. Po vyjádrování polotovarů v jedné ose - v jednom směru pohybu stolu - se pyrofylitové deska přestaví v kolmém směru tak, aby následná řada byla jádrována v přestavěné pravidelné rozteči - a to s co nejmenším prořezem (vnější obvodové stopy nástroje se prakticky dotýkají nebo v rozsahu tlouštky nástroje co nejvýše překrývají).After setting the composite multi-blade rotary core tool into the vertical drilling head, the tubular blank of the high-pressure tool part - with the outside and inside diameter to the final dimension and with the front (perpendicular) face finished - is cored to the position stop at the position stop. After expressing the workpieces in one axis - in one direction of movement of the table - the pyrophyllite plate adjusts in a perpendicular direction so that the subsequent row is cored in the adjusted regular spacing - with as little cut as possible (outer circumferential traces of the tool practically touching or within thickness) tools overlap).

Takto dělený polotovar - trubkový obrobek - je obvodově tvarově dokončen - opracován (včetně druhé čelní plochy) za rotace při vnitřním upnutí na trnu tvarovým nožem v příčném suportu soustruhu na hotovo.The semi-finished product - a tubular workpiece - is circumferentially finished - machined (including the second face) while rotating while internally clamping the mandrel with a profiled knife in the transverse support of the lathe.

Příklad 2Example 2

Pyrofylitový kvádr se dělí na desky podobně jako podle příkladu 1 na dělicím zařízení například ponorem na rozbrušovací jedno- či vícekotoučové pojízdné brusné jednotce.The pyrophyllite block is subdivided into plates similar to Example 1 on a separating device, for example, by immersion on a cut-off single- or multi-disc mobile abrasive unit.

Desky jsou pak jádrovány skupinově ustavenými vertikálně posuvnými hydraulickými jednotkami - vyvrtávačkami, a to v jednom pracovním úkonu složeným rotačním nástrojem najednou, nebo zdvojenými jádrovacími jednotkami s postupným prováděním vyvrtávacích úkonů v jednotném taktu zařízeni, přičemž se nejdříve jádruje vnitřní průměr trubkového polotovaru s tím, že vyvrtané středové jádro polotovaru pyrofylitu (trubky) je opět jádrováno na jmenovitý vnější průměr jiné vyráběné součásti vysokotlakého nástroje - např. izolačních vložek.The plates are then cored by group-mounted vertically displaceable hydraulic boring units in a single operation by folding a rotary tool at the same time or by double coring units with successive boring operations in a uniform cycle time, first coreing the inner diameter of the tubular blank. the drilled core core of the pyrophyllite (tube) blank is again cored to the nominal outer diameter of another high pressure tool component manufactured - e.g., insulating inserts.

Konečné obvodové tvarové opracováni je provedeno bezprostředně na následující skupině vyvrávacích jednotek, obr. 5, 6, při vertikálním upnutí jednotlivých polotovarů v mechanicky obr. 7 (pneumaticky) upínací hlavě na vnitřní upínací trn tvarovým rotačním nástrojem s jednostranným opracováním.The final peripheral shape machining is carried out immediately on the next group of vortex units, Figs. 5, 6, by vertically clamping the individual blanks in the mechanically Fig. 7 (pneumatic) clamping head on the inner clamping mandrel with a one-sided machining.

Po uvolnění a otočení obrobku o 180° je na hotovo opracována i druhá strana, přičemž obrobek je upnutý staticky - v klidu, nebo koná pozvolný rotační pohyb.After loosening and turning the workpiece by 180 °, the other side is also finished, whereby the workpiece is clamped statically - at rest, or it performs a slow rotational movement.

Uvedené způsob výroby - jádrování kvádrů pyrofylitu na polotovar rozměrově blízký finálnímu stavu součásti vysokotlakého nástroje, umožňuje jeho snadnější, rychlejší a bezpečnější manipulaci, jakož i volbu optimální a produktivnější výrobní operace opracováni.Said production method - coring of pyrophyllite blocks to a semi-finished product close to the final state of the high-pressure tool component, enables its easier, faster and safer handling, as well as the choice of an optimal and more productive machining operation.

Rovněž umožňuje lépe se přizpůsobit danému provoznímu strojnímu zařízení, případně potřebám mechanizace (automatizace) dílčích operací a výrobním kapacitám výroby umělých diamantů a polykrystalů.It also makes it possible to better adapt to the operating machinery in question, possibly to the needs of mechanization (automation) of partial operations and to the production capacities of the production of artificial diamonds and polycrystals.

PŘE DM ÉT VYNÁLEZUOF THE INVENTION

Claims

OF THE INVENTION

Method for producing high pressure tool sealing components for the synthesis of diamonds, cubic boron nitride and polycrystals of superhard materials, characterized in that a mineral block is divided into slabs which are cored into a blank with at least one shaped face to a nominal dimension which is further surface machined final dimension of components.

2. A method according to claim 1, wherein the coring of the blanks is performed as a tubular blanks of external or internal diameter to a nominal dimension.

3 drawings