ES2282948T3

ES2282948T3 - Procedimiento de produccion de insertos de diamante.

Info

Publication number: ES2282948T3
Application number: ES05010648T
Authority: ES
Inventors: Luca Risso
Original assignee: MIMITALIA Srl
Current assignee: MIMITALIA Srl
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2007-10-16
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: ITTO20040328A1; US20050271539A1; BRPI0501764A; EP1598173A1; ATE353280T1; DE602005000536D1; CN1714990A; EP1598173B1; DE602005000536T2

Abstract

Un procedimiento para la producción de elementos de diamante, tales como insertos de diamante para cables para corte y similares, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas de: - preparar una mezcla de partida de polvos metálicos; - plastificar la mezcla de partida de polvos metálicos por medio de la adición de aditivos plásticos específicos para el moldeo por inyección de polvos metálicos; - añadir gránulos de diamante con un tamaño de grano comprendido entre 10 mim y 300 mim; - moldear por inyección por medio de tecnología MIM (moldeo por inyección de metal) la mezcla así obtenida para obtener elementos de diamante que tienen la forma deseada; - eliminar los aditivos plásticos; - sinterizar los elementos de diamante así obtenidos; e - infiltrar los elementos sinterizados con una aleación eutéctica para eliminar cualquier porosidad residual.

Description

Procedimiento de producción de insertos de diamante.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a herramientas de diamante, y más en particular:

\bullet: a insertos de diamante para cables usados para cortar bloques en canteras de mármol y granito, así como para la producción de placas y para cortar hormigón en intervenciones en el sector de obras de construcción de conservación; y

\bullet: a segmentos de diamante y más en general a cualquier componente abrasivo de diamante sinterizado, especialmente si es uno de una forma compleja.

Estado de la técnica anterior

Tradicionalmente, las tecnologías de producción de insertos de diamante de los que está constituido el cable de diamante consisten en prensar en seco una mezcla de polvos metálicos, normalmente Co, Fe, WC, W, Cu, Sn, y gránulos de diamante en troqueles fabricados de acero o un metal duro, seguido de sinterización. Por otro lado, los sistemas de prensado en caliente que usan máquinas de sinterización se están abandonando debido al hecho de que están lejos de ser económicamente viables.

Las composiciones de partida están constituidas por una mezcla con una formulación variable compuesta por:

1): polvo metálico fino, normalmente que tiene un diámetro de entre 1 \mum y 10 \mum, entre los cuales, por ejemplo, pero no exclusivamente, Ni, Cu, Fe, Sn, y Zn;

2): un aglutinante metálico, normalmente cobalto;

3): gránulos gruesos de diamante sintético industrial; y

4): gránulos de material de refuerzo o abrasivo (por ejemplo, pero no exclusivamente, SiO_{2}, WC, WC/W_{2}C, B_{4}C, SiC, TiC, Mo_{2}C, CrC, Al_{2}O_{3}, en tamaños de grano de hasta 250 \mum).

Las altas presiones ligadas a la fricción entre la mezcla de polvos y las piezas del troquel, así como entre las diferentes piezas del propio troquel, alcanzadas durante la formación de los polvos, provocan normalmente la aparición de defectos debido a la heterogeneidad de la mezcla, y por tanto de la distribución de tensiones en el troquel. Esto es cierto, en particular, en la etapa de extracción tras la compresión (formación de grietas y virutas). Además, la distribución de la presión dentro del troquel no es homogénea, puesto que es sustancialmente superior en la proximidad del punto de contacto entre la mezcla y el pistón de fuerza (es decir, la pieza del troquel que ejerce la fuerza de compresión). La tecnología de compresión tradicional con troqueles fríos limita la posibilidad de producir herramientas de diamante con formas sustancialmente simples. Otra desventaja relacionada con dichas tecnologías convencionales está ligada a la presencia del diamante, que ejerce una acción abrasiva considerable sobre los troqueles, produciendo el desgaste rápido de los mismos.

La solicitud de patente de los EE.UU. número US-2002/178862 describe la aplicación de tecnologías tales como moldeo por inyección de metal (MIM) para la producción de troqueles fabricados de una aleación de carburo de tungsteno-cobalto, previendo las etapas sucesivas de preparación de una aleación de carburo de tungsteno-cobalto con la posible adición de otros compuestos o elementos, mezclando con aditivos plásticos, el moldeo por inyección con tecnología MIM, la eliminación de aditivos plásticos, y finalmente la sinterización. Las temperaturas de sinterización indicadas específicamente en el documento anterior número US2002/178862 (hasta 1370ºC) no son compatibles con la producción de insertos con diamantes en la forma de gránulos.

Sumario de la invención

Un fin de la presente invención es proporcionar un procedimiento de producción de insertos y elementos de diamante que permitirán superar los inconvenientes descritos anteriormente, es decir, permitirá la reducción en las presiones de formación de las herramientas y por tanto en el desgaste de los troqueles, aprovechándose de las ventajas de tecnologías conocidas, tales como MIM.

Un fin adicional de la presente invención es reducir sustancialmente los defectos en la etapa de moldeo.

Aún un fin adicional de la invención consiste en garantizar una alta homogeneidad en la distribución de la presión dentro del componente prensado. Otro fin de la invención es garantizar la posibilidad de obtener incluso formas complejas.

\newpage

Los fines anteriores se consiguen a través de un procedimiento aplicado a una mezcla de polvos metálicos y gránulos de diamante que comprende las siguientes etapas sucesivas:

1): preparar una mezcla de partida de polvos metálicos;

2): plastificar la mezcla de partida de polvos metálicos por medio de la adición de aditivos plásticos específicos para el moldeo por inyección de polvos metálicos (procedimiento MIM).

3): añadir gránulos de diamante con un tamaño de grano comprendido entre 10 \mum y 300 \mum, preferiblemente por medio de plastificación en caliente, homogeneización, enfriamiento, y granulación.

4): moldear por inyección (MIM) tanto a alta como a baja presión dicha mezcla para obtener elementos de diamante de la forma deseada;

5): eliminar los aditivos plásticos;

6): sinterizar los elementos de diamante; e

7): infiltrar los elementos sinterizados con una aleación eutéctica para la eliminación de cualquier porosidad residual.

La sinterización de los elementos de diamante puede realizarse a temperaturas comprendidas entre 900ºC y 1100ºC. También es posible realizar las operaciones de sinterización con tecnologías de prensado isostático en caliente (HIP) o prensado en caliente. De igual manera puede preverse una etapa de HIP final adicional.

Las formulaciones preferidas de la mezcla de partida de polvos se enumeran en la siguiente tabla:

1

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El tamaño de grano del polvo de Co, Fe, WC, W, Cu y Sn está comprendido convenientemente entre 0,01 \mum y 100 \mum.

El tamaño de grano de las partículas de diamante está comprendido normalmente entre 10 y 200 de malla (mallas según B.S.I 1943, Tyler 1910 y Norma estadounidense 1940).

Los aditivos plásticos usados pueden elegirse, por ejemplo, de:

1): mezclas termoplásticas con una base de poliolefinas tales como: polietileno, polipropileno, acetato de etilvinilo, cera, ácido esteárico;

2): mezclas termoplásticas solubles en agua con una base de poli(alcohol vinílico), compuestos de celulosa y polisacáridos;

3): mezclas termoplásticas poliacetálicas; y

4): mezclas termoendurecibles.

El mezclado de los polvos metálicos con los aditivos plásticos es un procedimiento de mezclado en caliente realizado, por ejemplo, en dispositivos de tipo prensa extrusora de doble husillo o de tipo mezcladora de doble rodillo.

Se añaden a continuación las partículas de diamante mediante plastificación en caliente, homogeneización, enfriamiento y granulación.

Para esta etapa puede usarse, por ejemplo, una mezcladora planetaria con paletas en forma de Z u paletas en forma de \Sigma.

La mezcla así obtenida se moldea por inyección a continuación usando tecnología MIM (moldeo por inyección de metal) con los parámetros críticos siguientes: presión comprendida entre 100 kPa y 100.000 kPa, y temperatura comprendida entre 50ºC y 300ºC.

Se obtienen así cuerpos moldeados de diamante, que se someten a desparafinado, es decir, eliminación del aditivo plastificante.

El desparafinado puede llevarse a cabo, por ejemplo, de diferentes formas alternativas:

1): usando calor por medio de tratamiento térmico en hornos en una atmósfera controlada o aire;

2): usando disolventes orgánicos, tales como alcohol, benceno, xileno, etc., o si no disolventes acuosos; y

3): por medio de catálisis en hornos saturados con ácido nítrico.

A continuación los cuerpos moldeados y desparafinados así obtenidos se someten a sinterización.

La sinterización se lleva a cabo normalmente en un horno de hidrógeno industrial, con temperaturas características comprendidas entre 900ºC y 1100ºC. También es posible llevarlo a cabo sinterizando con HIP o si no prensando en caliente.

La mezcla formada mediante prensado y a continuación sinterizada, se somete a continuación posiblemente a la infiltración con una aleación eutéctica de Cu/Ag u otra aleación de infiltración con el fin de llenar cualquier posible porosidad residual presente en los insertos.

Los elementos o insertos así obtenidos (cada uno dotado normalmente de un soporte metálico central) se montan finalmente sobre un cable metálico para obtener cables que pueden usarse para cortar bloques en canteras de mármol y granito, así como para la producción de placas y para cortar hormigón en intervenciones en el sector de las obras de construcción de conservación.

Gracias al procedimiento descrito, es posible una reducción en las presiones de formación de las herramientas, y por tanto en el desgaste de los troqueles, y se obtiene de igual manera una homogeneidad superior en la densidad del compacto sin tratar formado mediante prensado y por consiguiente una mejor homogeneidad de las características físico-mecánicas del producto terminado. Es posible obtener además productos incluso de una forma compleja así como usar tecnología MIM convenientemente para la producción de insertos de diamante, con ahorros evidentes en cuanto a los costes de producción.

La invención permite dichas ventajas gracias a la peculiaridad de las etapas combinadas del procedimiento reivindicado, presentándose dicha combinación como un modo original de superar el perjuicio técnico ligado hasta la fecha a las supuestas dificultades insalvables de operación con respecto a recurrir a tecnologías MIM para la formación de elementos de diamante.

Por supuesto, las modalidades y etapas del procedimiento pueden variar ampliamente con respecto a lo que se describe simplemente a modo de ejemplo en el presente documento, sin apartarse así del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones siguientes. Por tanto, la aplicación de la invención a insertos de diamante para cables de diamante para el corte se proporciona simplemente como un ejemplo. Una aplicación igualmente ventajosa puede preverse de hecho para la producción de segmentos de diamantes, que podría ser la aplicación principal en el futuro, y nuevas formas que no se han producido hasta ahora serán posibles gracias a la versatilidad propia del procedimiento MIM.

Claims

1. Un procedimiento para la producción de elementos de diamante, tales como insertos de diamante para cables para corte y similares, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas de:

-: preparar una mezcla de partida de polvos metálicos;

-: plastificar la mezcla de partida de polvos metálicos por medio de la adición de aditivos plásticos específicos para el moldeo por inyección de polvos metálicos;

-: añadir gránulos de diamante con un tamaño de grano comprendido entre 10 \mum y 300 \mum;

-: moldear por inyección por medio de tecnología MIM (moldeo por inyección de metal) la mezcla así obtenida para obtener elementos de diamante que tienen la forma deseada;

-: eliminar los aditivos plásticos;

-: sinterizar los elementos de diamante así obtenidos; e

-: infiltrar los elementos sinterizados con una aleación eutéctica para eliminar cualquier porosidad residual.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha mezcla de partida de polvos metálicos presenta una de las siguientes formulaciones.

2

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3. El procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el tamaño de grano del polvo metálico original está comprendido entre 0,01 \mum y 100 \mum.

4. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que los gránulos de diamante añadidos tienen un porcentaje en peso comprendido entre el 0,5% en peso y el 5% en peso de la mezcla.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se eligen los aditivos plásticos de una de las siguientes clases:

a.: mezclas termoplásticas con una base de poliolefinas tales como: polietileno, polipropileno, acetato de etilvinilo, cera, ácido esteárico;

b.: mezclas termoplásticas solubles en agua con una base de poli(alcohol vinílico), compuestos de celulosa y polisacáridos;

c.: mezclas termoplásticas poliacetálicas; y

d.: mezclas termoendurecibles.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la adición de aditivos plásticos a la mezcla de polvos en condiciones en caliente en una prensa extrusora de doble husillo.

7. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la adición de aditivos plásticos a la mezcla de polvos en condiciones en caliente en una mezcladora de doble rodillo.

8. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la adición de gránulos de diamante por medio de una mezcladora planetaria con paletas en forma de Z.

9. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la adición de gránulos de diamante por medio de una mezcladora planetaria con paletas en forma de sigma.

10. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la eliminación de aditivos plásticos mediante calor en una atmósfera controlada o aire.

11. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la eliminación de aditivos plásticos usando disolventes orgánicos.

12. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la eliminación de aditivos plásticos a través de disolventes acuosos.

13. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce la eliminación de aditivos plásticos por medio de catálisis en hornos saturados con ácido nítrico o ácido oxálico.

14. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce el moldeo por inyección según la tecnología MIM con presiones de entre 100 kPa y 100.000 kPa.

15. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce el moldeo por inyección según la tecnología MIM a temperaturas de entre 50ºC y 300ºC.

16. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se realiza la sinterización a temperaturas de entre 900ºC y 1000ºC.

17. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se realiza la sinterización por medio de HIP o prensado en caliente.

18. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la aleación eutéctica de infiltración es una aleación de Cu/Ag.