Przedmiotem wynalazku jest sposób infiltracji metalowych spoiw narzedzi diamentowych.Infiltracja spoiw dokonywana jest w wypras- ke spoiwa, wykonana z mieszaniny proszków metali, przewaznie weglika wolframu lub innych twardych metali stanowiacych szkielet narzedzia, z zaprasowanym w nim we wlasciwej proporcji do wagi spoiwa rozdrobnionym boartem diamen¬ towym.Diamentowe narzedzia scierne ze wzgledu na specyfike ich stosowania, a szczególnie na duzy koszt scierniwa, wytwarzane sa dwu lub wielo- czesciowo, przy czym czesc robocza, w której osa¬ dzone sa diamenty z reguly jest pólfabrykatem, którego prawidlowosc i precyzja wykonania sta¬ nowi o walorach eksploatacyjnych, zywotnosci i cenie wyrobu finalnego. W przewazajacej czesci narzedzi diamentowych oddzielnie wytwarza sie korpus (czesc chwytowa) narzedzia i oddzielnie czesc pracujaca, zawierajaca wysokowartosciowy surowiec diamentowy.W czesci roboczej diamenty — szczególnie prosz¬ ki diamentowe osadzane sa w spoiwie. W zaleznosci cd przeznaczenia narzedzia, stosowane sa spoiwa ceramiczne, gumowe, zywiczne, galwaniczne lub metalowe — wsród nich równiez na bazie proszków metali. Stosujac technologie ceramiki proszków me¬ tali do wytwarzania narzedzi diamentowych, ist¬ nieje trudnosc trwalego osadzenia scierniwa w spoiwie, na skutek wystepujacej porowatosci, co ujemnie wplywa na przyczepnosc spoiwa do dia¬ mentu lub rozdrobnionych jego czastek stanowia¬ cych aktywny skladnik narzedzia w procesie szli¬ fowania. Przeciwdzialajac temu zjawisku, stosuje sie sposoby technologiczne zmierzajace do likwi¬ dacji szkodliwej porowatosci. Celowi temu sluzy miedzy innymi infiltracja pólfabrykatów narzedzi diamentowych wytwarzanych na bazie sproszko¬ wanych spoiw metalowych.Istnieja liczne publikacje omawiajace sposoby wytwarzania narzedzi diamentowych, w nich rów¬ niez przedstawione sa sposoby wytwarzania narze¬ dzi diamentowych o spoiwach metalowych. Zagad¬ nienia te omawiaja: Kandydat nauk technicznych w ksiazce pt. „Narzedzia diamentowe w przemysle" A. F. Niesmielow, Moskwa 1964 — tlumaczenie Wydawnictwa Naukowo Techniczne Warszawa 1967 r.; E. Jankowski i S. Skupinski w ksiazce pt.„Materialy i wyroby scierne" Wydawnictwa Nau¬ kowo Techniczne, Warszawa 1971 r., a szczególnie przydatna jest publikacja dr. R. Kieffera i W. Ho- topa pt. „Metalurgia proszków i materialy spieka¬ ne" — Panstwowe Wydawnictwa Techniczne — Katowice 1951 r., w której autorzy na str. 336—344 omawiaja znane sposoby mocowania ziarna dia¬ mentowego w spoiwach metalowych, przez zapra- sowywanie diamentu w proszkach metali i doborze ich zestawów, jak równiez przedstawiaja sposoby osadzania proszku diamentowego w metalach wia- 93 026•' ¦¦-. 3 ' * \ -¦ ¦',- '.¦ zacych, posiadajacych faze ciekla — stosujac me¬ tode infiltracji.Znany sposób infiltracji polega na tym, ze przy¬ gotowane z mieszaniny proszków metali wypraski z zawartoscia diamentu infiltrowane sa plynnymi 'metalami wnikajacymi w pory miedzy czasteczki sprascwanych uprzednio ksztaltek pólfabrykatu na¬ rzedzi. Pory te wypelnia sie plynnym metalem lub stopem, którego temperatura topliwosci jest nizsza od temperatury topliwosci proszków, z których wy¬ konane sa wypraski. Kapilarne dzialanie porów jest bardzo silne i powoduje wessanie plynnego metalu wiazacego w szkielet jak w gabke, dzieki czermr czajacy sie -dbbrym przyleganiem poszczególnych czastek spoiwa i odznaczajacy sie odpowiednia twa^escia^^pdpprrioscja na scieranie, która zalezy od 40$faju uzytego propzku na szkielet (wypraske) i slipnia puiU^lTatosci^ypraski. Stopien porowato¬ sci spoiwa (ksztaltki) zalezy od: — sily prasowania wypraski; to jest nacisków jednostkowych, które dla wiekszosci spoiw wynosza powyzej 1000 kg/cm2 — ziarnistosci uzytego proszku metali na wy- praske — odpowiedniego doboru róznej ziarnistosci po¬ szczególnych skladników. 3*nane sa dwie metody infiltracji ksztaltek: 1. Infiltracja przez bezposrednie wprowadzenie srodka infiltrujacego w postaci proszku do spoiwa ksztaltki 2. Infiltracja plynnym srodkiem infiltrujacym z zewnatrz wypraski.Infiltracja wedlug metody „1" odbywa sie naste¬ pujaco: do podstawowego proszku metali, z którego ma byc wykonana ksztaltka (szkielet) dodaje sie równiez w postaci proszku srodek przenikajacy i dokladnie calosc miesza. Ciezar nawazki srodka przenikajacego oblicza sie wychodzac z objetosci porów w ksztaltce sprasowanej bez srodka przeni¬ kajacego przy odpowiednich naciskach i ziarnisto¬ sci proszku podstawowego plus 5-M0% obliczonej cawazki jako naddatek na wyplywy powstajace w czasie sprasowywania.Z przygotowanej w ten sposób mieszaniny pra¬ suje sie w specjalnych matrycach stalowych odpo¬ wiednie ksztaltki przy wymaganych naciskach jed¬ nostkowych dla danego proszku metali z reguly powyzej 2000 kg/cm2. Sprasowane ksztaltki umiesz¬ cza sie w specjalnych matrycach przewaznie wielo- gniazdowych ze stali zaroodpornej lub grafitu.Przygotowany wsad umieszcza sie w piecu elek¬ trycznym najczesciej oporowym i podgrzewa do temperatury topliwosci srodka nasycajacego, po wygrzaniu w tej temperaturze ksztaltki prasuje sie na goraco przy naciskach powyzej 200 kg/cm2, ce¬ lem likwidacji porów, a tym samym polepszenia wlasciwosci wytrzymalosciowych wytwarzanych ksztaltek wyrobów.Jezeli nagrzewanie prowadzi sie przy pomocy pieca indukcyjnego, wówczas stosuje sie matryce wykonane z grafitu o bardzo zwiezlej budowie.Infiltracja wedlug drugiej metody odbywa sie jilwoma sposobami: 026 a) przez bezposrednie zanurzenie ksztaltki w plynnym srodku infiltrujacym, b) przez umieszczenie srodka infiltrujacego w po¬ staci wiórek, drutu lub -plytki na górnej powierz- chni ksztaltki.Przy infiltracji przez zanurzanie metal (infiltrat) umieszcza sie w specjalnej wannie, przewaznie wy¬ konanej z grafitu. Wanne podgrzewa sie w piecu do temperatury okolo 100°C powyzej temperatury io topliwosci metalu infiltrujacego. W roztopiony me¬ tal zanurza sie na okres 5-9-15 minut wykonare ksztaltki z proszków metali, celem wypelnienia po¬ rów ksztaltek plynnym infiltratem. Metoda ta znaj¬ duje glównie zastosowanie do wypelniania srod- kiem jednoskladnikowym, przewaznie miedzia lub sreorem, malych elementów o nieskomplikowanych ksztaltach, z reguly cylindrycznych, kwadratowych lub prostokatnych.Infiltracja wedlug sposobu podanego wyzej w punkcie „b" odbywa sie nastepujaco: Wykonane (sprasowane) ksztaltki wklada sie w gniazda fcrmv grafitowej, a na górna powierzchnie kazdej wy¬ praski umieszcza sie nawazke srodka infiltrujace¬ go w postaci wiórów, drutu lub plytki. Calosc na- grzewana jest w piecu do temperatury okolo 100°C powyzej temperatury topliwosci srodka infiltruja¬ cego. Nagrzewanie prowadzi sie do momentu cal¬ kowitego nasycenia ksztaltek, czyli wchloniecia przez wypraske srodka infiltrujacego, co jest zalez- 33 ne w duzej mierze od wymiarów ksztaltek i czasu nagrzewania formy. Praktycznie czas potrzebny do calkowitego wypelnienia ksztaltki infiltratem wy¬ nosi kilkanascie minut.Metoda ta znajduje zastosowanie w produkcji jednostkowej do infiltracji ksztaltek o duzych ga¬ barytach, przewaznie naprasowywanych na korpusy stalowe w postaci pierscieni lub tulei, w której umieszcza sie srodek infiltrujacy, jak na przyklad przy wytwarzaniu wiertniczych koronek diamento- 40 wych, wiertel itp.Glówna wada pierwszej metody jest to, ze wy¬ maga ona dodatkowego prasowania na goraco, a tym samym koniecznosc stosowania specjalnych matryc do tego celu. Wyzej wymieniona niedogod- 45 nosc podraza koszty produkcji, i ze wzgledu na to proces ten ma ograniczone zastosowanie, szczególnie w produkcji jednostkowej.Zasadnicza wada drugiej metody jest koniecznosc stosowania specjalnych wanien i form oraz to, ze 50 nie radaje sie ona do infiltracji ksztaltek stopami o znacznej róznicy temperatury topliwosci poszcze¬ gólnych skladników, poniewaz ze stopu w stanie plynnym nastepuje szybkie parowanie i wypalanie sie skladników niskotopliwych, a tym samym na- 55 stepuje zmiana skladu procentowego calego infil- tratu.Zasadniczymi wadami trzeciej metody sa miedzy innymi: a) trudnosci w nasyceniu malych ksztaltek, dla 60 których wymagane sa specjalne formy grafitowe z odpowiednimi gniazdami na kazda ksztaltke, b) duza ilosc braków, powstajaca na skutek nie¬ calkowitego wypelnienia ksztaltek, wynikajaca z faktu, ze powierzchnia styku srodka infiltrujacego 65 i ksztaltki jest stosunkowo mala, przez co wydluzo93 026 6 sie jego droga przenikania. Poza tym w czasie na¬ grzewania, ze wzgledu na brak dobrego przylegania srodka infiltrujacego do powierzchni ksztaltki, na¬ stepuje utlenianie zarówno powierzchni ksztaltki jak i srodka przenikajacego, co powoduje zle prze¬ nikanie plynnego metalu do wnetrza wypraski.Wszystkie wyzej opisane sposoby infiltracji spoi¬ wa infiltratem stanowiacym wzmocnienie ksztaltki spoiwa utrzymujacego ziarno diamentowe sa klo¬ potliwe w stosowaniu, pracochlonne i wymagaja stosowania duzej ilosci form lub matryc, co prze¬ dluza czas wytwarzania narzedzi i podwyzsza kosz¬ ty wlasne producenta.Dla wyeliminowania wyzej opisanych niedogod¬ nosci postawiono zadanie opracowania prostej i nie¬ skomplikowanej technologii wytwarzania diamen¬ towych narzedzi sciernych, w której infiltracja plynnym metalem ksztaltek spoiwa z zawartoscia scierniwa diamentowego nie stwarzalaby dotych¬ czasowych trudnosci.Zadanie zrealizowano w ten sposób, ze opracowa¬ no nowa, nie stosowana dotychczas metode infiltro¬ wania ksztaltek pólfabrykatów narzedzi diamento¬ wych infiltratem metalu lub aljazem kilku podob¬ nych, spelniajacych oczekiwane zadania przez ich wlasciwy dobór metali, która to metoda w prosty, praktycznie sprawdzony sposób znakomicie elimi¬ nuje stosowane dotychczas sposoby, pozwala na skrócenie nie dajacej sie zmniejszyc wedlug dotych¬ czasowych sposobów pracochlonnosci i pozwala na wytworzenie znacznie tanszych i pelnowartoscio¬ wych narzedzi diamentowych.Istota wynalazku jest zastosowanie w produkcji narzedzi diamentowych infiltracji czesci roboczej, zawierajacej krysztaly diamentu umieszczone w spciwie wykonanym z proszku metalcwego metoda wstepnego naprasowania infiltratu bedacego prosz¬ kiem metalu na ksztaltki pólfabrykatów narzedzi diamentowych, dobrane wielkoscia i waga do wiel¬ kosci obliczanych uprzednio przestrzeni miedzy- czasteczkowych (porów) w spoiwie ksztaltki narze¬ dzia, a nastepnie samoistne przenikniecie infiltratu w ksztaltke tego pólfabrykatu, co dokonuje sie wy¬ lacznie oddzialywaniem termicznym.Przedmiot wynalazku zilustrowany zostal na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia naprasowany jednostronnie srodek infiltrujacy na ksztaltke pól¬ fabrykatu narzedzia, fig. 2 — naprasowany dwu¬ stronnie srodek infiltrujacy na ksztaltke pólfabry¬ katu narzedzia, fig. 3 a — przekrój pionowy przez pojemnik z umieszczonymi w nim ksztaltkami z na- prascwanym infiltratem do infiltracji, fig. 3 b — pojemrik z ksztaltkami jak na fig. 3 a w widoku z góry, ze zdjeta pokrywa.Infiltracja ksztaltek spoiwa wiazacego diamento¬ wy material scierny w narzedziach dokonywana jest zgodnie z wynalazkiem w sposób nastepujacy: Na gcrna powierzchnie uformowanej i sprasowanej ksztaltki pólfabrykatu narzedzia 1 zasypuje sie od¬ powiedniej wielkosci nawazke 2 srodka infiltruja¬ cego w postaci proszku i prasuje go przy tych sa¬ mych naciskach co wypraske ksztaltki narzedzia, jak to przedstawiono na fig. 1.W zaleznosci od potrzeb technologicznych, proces ten mozna odwrócic i wówczas w pierwszej kolej¬ nosci prasuje sie srodek infiltrujacy przy dowol¬ nym obciazeniu, a nastepnie formuje ksztaltke pól¬ fabrykatu narzedzia i calosc prasuje sie pod wy¬ maganym cisnieniem, które dla wiekszosci spoiw stosowanych w produkcji narzedzi diamentowych wynosi powyzej 1000 kg/cm2. W niektórych wypad¬ kach, na przyklad dla wypelnienia ksztaltek o znacznej wysokosci, celem skrócenia drogi przeni¬ kania, srodek infiltrujacy korzystnie jest napraso- io wac na górna i dolna plaszczyzne, jak pokazano na fig. 2, gdzie narzedzie 1 wypelniane jest obu¬ stronnie infiltratem 2. Ilosc srodka infiltrujacego nalezy dobrac tak, aby caly zostal wchloniety (we- ssany) przez spoiwo formowanej ksztaltki, bez zbed¬ nych wyplywów na powierzchniach zewnetrznych wypraski. Ciezar nawazki najprosciej jest okreslic praktycznie, na podstawie wykonania szeregu prób infiltracji danego typu ksztaltek pólfabrykatów na¬ rzedzi diamentowych. Mozna równiez ustalic go za pomoca obliczen wedlug nizej podanego wzoru: C=KXVXy gdzie C — ciezar srodka infiltrujacego „C" V — objetosc porów w sprasowanej na zimno ksztaltce „cm8" y — ciezar wlasciwy srodka infiltrujacego g/cm3 K — wspólczynnik, który przyjmuje sie 1,05-^1,1 K — jest wspólczynnikiem uwzgledniajacym straty i naddatki srodka infiltrujacego w czasie wypel¬ niania, a jego wartosc waha sie w granicach od 1,05 do 1,10 w zaleznosci od wymiarów ksztaltki.Dla ksztaltek o wymiarach wiekszych, nalezy przyj¬ mowac wartosc wspólczynnika „1,1".Dla wiekszosci stosowanych spoiw z zawartoscia proszków diamentowych do produkcji narzedzi dia¬ mentowych, ciezar srodka infiltrujacego wynosi okolo 45% ciezaru spoiwa uzytego na wykonanie ksztaltki pólfabrykatu narzedzia.Wykonane w ten sposób ksztaltki pólfabrykatów narzedzi 1 z naprasowanym infiltratem 2 umiesz¬ cza sie w pojemniku grafitowym 3 w niewielkich odleglosciach miedzy poszczególnymi ksztaltkami, co przedstawia fig. 3.Celem zabezpieczenia przed utlenianiem infiltra¬ tu zakrywa sie pojemnik pokrywa grafitowa 4 i umieszcza w piecu elektrycznym ogrzewajac w ciagu 20—40 minut w zaleznosci od wielkosci wsa¬ du, do temperatury okolo 100°C powyzej tempera¬ tury topliwosci srodka infiltrujacego.Infiltrowanie plynnym metalem lub stopem me¬ tali wyprasek pólfabrykatów narzedzi diamento¬ wych dokonuje sie we wstepnie zageszczone z za¬ wartoscia scierniwa diamentowego zestawy prosz¬ ków takich jak wolfram, kobalt, zelazo, zeliwo, ni¬ kiel, molibden, lub ich dwu- albo trzyskladnikowe mieszaniny, stanowiace szkielety czesci roboczych na przyklad o nastepujacych skladach wagowych: Przyklad I.WC — weglik wolframu — 68,5% Co — kobalt — 8,5% Diament — 24,0% 40 45 50 55 607 93 026 8 Przyklad II.Fe — zelazo — 40°/o Co — kobalt — 36% Diament — 24% W przedstawionym sposobie zgodnie z wynalaz¬ kiem srodkami infiltrujacymi moga byc proszki na¬ stepujacych metali i ich stopów: — miedzi i stopów miedzi, — srebra i stopów srebra, — cyny i stopów cyny, — aluminium i stopów aluminium, — cynku i stopów cynku.Wyzej przedstawiona metoda umozliwia stosowa¬ nie do infiltracji gotowych proszków danego stopu lub mieszaniny proszków metali wchodzacych w sklad stopu.Przedstawiona metoda pozwala na prosty sposób infiltracji wyprasek pólfabrykatów narzedzi dia¬ mentowych, to jest wykonania czesci roboczych na¬ rzedzi diamentowych, a w szczególnosci: 1. Wszelkiego typu obciagaczy diamentowych a) jednoziarnistych i jednoszeregowych b) wieloziarnistych jedno i wielowarstwowych c) wieloziarnistych agregatowych d) wieloziarnistych pylowych (proszkowych) 2. segmentów do pil trakowych segmentowych 3. wiertel diamentowych, koronek wiertniczych 4. ciagadel diamentowych.Poza tym metoda ta równiez moze byc stosowa¬ na do innych elementów, na przyklad niektórych czesci maszyn lub styczników elektrycznych.Jako glówne zalety sposobu infiltracji ksztaltek narzedzi diamentowych zgodnie z wynalazkiem, nalezy wymienic: a) w odróznieniu od dotychczas stosowanych me¬ tod nie wymaga zadnych matryc do prasowania na goraco lub infiltracji, co znacznie obniza koszty produkcji, b) nadaje sie do produkcji masowej z uwagi na mozliwosc równoczesnej infiltracji duzej ilosci ksztaltek, co znacznie obniza koszty produkcji, c) ksztaltki po wypelnieniu nie posiadaja zbed- nych wyplywów lub zanieczyszczen srodkiem in¬ filtrujacym, co w produkcji narzedzi diamentowych ma duze znaczenie, poniewaz poza zwyklym oczysz¬ czeniem przy pomocy plótna sciernego nie wymaga dodatkowej i pracochlonnej obróbki mechanicznej, d) mozliwosc stosowania jako srodka infiltruja¬ cego mieszaniny proszków o róznej temperaturze topliwosci z zachowaniem stalego skladu tej mie¬ szaniny w czasie procesu infiltracji na skutek: — latwosci zabezpieczenia przed utlenianiem, — krótkiego czasu, w jakim srodek infiltrujacy znajduje sie w stanie plynnym. e) duza i bezposrednia powierzchnia styku ksztaltki i srodka infiltrujacego zapewnia dobre warunki infiltracji i duza powtarzalnosc stopnia wypelnienia (bez wyplywów i miejsc niewypelnio¬ nych srodkiem infiltrujacym), f) latwosc zabezpieczenia przed utlenianiem, dzie¬ ki zastosowaniu pojemnika grafitowego, z dodatko¬ wym wypelnieniem proszkiem grafitu, pozwala na stosowanie zwyklych pieców grzewczych, bez sto¬ sowania klopotliwych i drogich pieców z atmosfera ochronna. PL