RU2116163C1

RU2116163C1 - Method of manufacturing graphite frames for diamond crown bits

Info

Publication number: RU2116163C1
Application number: RU96102101A
Authority: RU
Inventors: В.И. Власюк; В.А. Никитаев; В.И. Спирин; И.А. Ососов
Original assignee: Тульское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: carbon materials. SUBSTANCE: graphite powder is mixed with thermoplastic binding agent and mixture is placed into metal cartridge of press mold matrix, heated to binder melting temperature, polymerized, and cooled to ambient temperature in press mold at constant pressure. EFFECT: improved quality of press molds and simplified their manufacture. 4 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению графитовых форм для алмазных буровых коронок. The invention relates to powder metallurgy, in particular to the manufacture of graphite molds for diamond drill bits.

Наиболее близким аналогом изобретения является известный способ изготовления графитовых форм для алмазных буровых коронок [1], согласно которому перед загрузкой смеси в матрицу прессующий пуансон нагревают до температуры 0,8-0,9 температуры нагрева матрицы, в матрицу устанавливают металлическую втулку и прессование осуществляют с последующей полимеризацией связующего. Затем втулку с изделием удаляют из матрицы и изделие охлаждают во втулке в напряженном состоянии до температуры окружающей среды. The closest analogue of the invention is a known method of manufacturing graphite molds for diamond drill bits [1], according to which, before loading the mixture into the matrix, the pressing punch is heated to a temperature of 0.8-0.9 of the matrix heating temperature, a metal sleeve is installed in the matrix and pressing is carried out with subsequent polymerization of the binder. Then the sleeve with the product is removed from the matrix and the product is cooled in the sleeve in a stressed state to ambient temperature.

Недостатком данного способа изготовления является низкая прочность графитовых форм, выражающаяся в образовании трещин, раковин в зоне рабочего пуансона (при прессовании в них элементов алмазных буровых коронок), которая обусловлена неравномерностью полимеризации смеси в металлической втулке, так как прогрев рабочего пуансона отстает по времени от стадии плавления связующего в периферийной и верхней частях пресс-формы. Другим существенным недостатком этого способа при изготовлении графитовых форм является их высокая деформация, возникающая при охлаждении во втулке в напряженном состоянии, так как возникшие в результате прессования напряжения воздействуют на изделия во всех направлениях. При охлаждении металлическая втулка удерживает боковое давление и деформации по диаметру изделия не происходит, а напряжение, действующие вдоль оси изделия, приведет к деформации по высоте изделия и как следствие этого произойдет разрыв и отслоение части графитовой формы вдоль оси. Кроме того, известный способ характеризуется невысокой производительностью изготовления графитовых форм вследствие необходимости предварительного нагрева матрицы пресс-формы, нагрева прессующего пуансона до 0,8-0,9 температуры нагрева матрицы, что, как видно из описания изобретения, не обеспечивает повышения производительности процесса. The disadvantage of this manufacturing method is the low strength of graphite molds, expressed in the formation of cracks, shells in the area of the working punch (when pressing the elements of diamond drill bits in them), which is due to the uneven polymerization of the mixture in the metal sleeve, since the heating of the working punch lags behind the stage melting the binder in the peripheral and upper parts of the mold. Another significant drawback of this method in the manufacture of graphite molds is their high deformation, which occurs during cooling in the sleeve in a stressed state, since the stresses resulting from pressing affect the products in all directions. During cooling, the metal sleeve retains lateral pressure and deformation along the diameter of the product does not occur, and stress acting along the axis of the product will lead to deformation along the height of the product and, as a result, a part of the graphite form will break and delaminate along the axis. In addition, the known method is characterized by low productivity in the manufacture of graphite molds due to the need for pre-heating the mold matrix, heating the pressing punch to 0.8-0.9, the temperature of the heating matrix, which, as can be seen from the description of the invention, does not increase the productivity of the process.

Помимо перечисленных выше недостатков для обеспечения технологического процесса по данному способу необходимо использование дополнительной специальной оснастки и оборудования, обеспечивающих одновременный нагрев пресс-формы и прессование. In addition to the above disadvantages, to ensure the technological process of this method, it is necessary to use additional special tools and equipment that provide simultaneous heating of the mold and pressing.

Предлагаемый способ изготовления графитовых форм для алмазных буровых коронок включает смешивание порошка графита с термопластическим связующим, загрузку смеси в металлическую втулку матрицы пресс-формы, нагрев до температуры плавления термопластического связующего, прессование и охлаждение. Прессование смеси производят вхолодную, а затем производят нагревание смеси в пресс-форме до температуры плавления связующего, полимеризацию и охлаждение до температуры окружающей среды в пресс-форме при постоянном давлении. The proposed method for the manufacture of graphite molds for diamond drill bits includes mixing graphite powder with a thermoplastic binder, loading the mixture into a metal sleeve of the mold matrix, heating to a melting temperature of the thermoplastic binder, pressing and cooling. Compression of the mixture is carried out cold, and then the mixture is heated in the mold to the melting temperature of the binder, polymerization and cooling to ambient temperature in the mold at constant pressure.

Изготовление графитовых форм для производства алмазного инструмента по предлагаемому способу позволяет повысить качество изделий вследствие повышения прочности и снижения деформации графитовых форм из-за того, что расплавление термопластического связующего происходит по всему объему смеси вместе с нагревом пресс-формы (матрицы, втулки, прессующего и формообразующего пуансонов). При этом полимеризации смеси осуществляется под постоянным давлением. Поры в смеси заполняются расплавом связующего, а после извлечения пресс-формы из камеры печи ее остывание происходит также под воздействием постоянного давления, что предупреждает развитие деформаций и образование трещин в вертикальном и горизонтальном направлениях. Наряду с этим необходимо отметить, что затвердевание смеси происходит в процессе остывания пресс-формы до температуры окружающей среды. The manufacture of graphite molds for the production of diamond tools according to the proposed method allows to improve the quality of products due to increased strength and reduced deformation of graphite molds due to the fact that the thermoplastic binder is melted throughout the mixture with the heating of the mold (die, sleeve, pressing and forming punches). In this case, the polymerization of the mixture is carried out under constant pressure. The pores in the mixture are filled with the binder melt, and after the mold is removed from the furnace chamber, its cooling also occurs under constant pressure, which prevents the development of deformations and the formation of cracks in the vertical and horizontal directions. Along with this, it should be noted that the hardening of the mixture occurs during cooling of the mold to ambient temperature.

На фиг. 1-4 показана последовательность операций при изготовлении графитовой формы по предлагаемому способу: на фиг. 1 - матрица пресс-формы с загруженной смесью; на фиг. 2 - схема холодного прессования смеси; на фиг. 3 - состояние пресс-формы в процессе полимеризации при постоянном давлении на смесь и ее остывания при постоянном давлении на изделие; на фиг. 4 - схема распрессовки изделия. In FIG. 1-4 shows the sequence of operations in the manufacture of graphite molds according to the proposed method: in FIG. 1 - mold matrix with a loaded mixture; in FIG. 2 - scheme of cold pressing of the mixture; in FIG. 3 - state of the mold during polymerization at constant pressure on the mixture and its cooling at constant pressure on the product; in FIG. 4 is a diagram of the extrusion of the product.

Способ осуществляется следующим образом. В матрицу 1, собранную вместе с формообразующим пуансоном 2, устанавливают металлическую втулку 3, засыпают смесь 4 порошка графита с термопластическим связующим, устанавливают во втулку 3 прессующий пуансон 5 и производят холодное прессование смеси 4. Не снимая давления холодного прессования, соединяют болтами матрицу 1 с прессующим пуансоном 5 и разгружают пресс. Пресс-форму со смесью 4, находящуюся под постоянным давлением, равным давлению холодного прессования, помещают в камерную печь и производят нагрев пресс-формы до температуры плавления связующего. Процесс полимеризации осуществляется при постоянном давлении на смесь 4. Затем пресс-форма извлекается из печи. Остывание пресс-формы до температуры окружающей среды происходит при постоянном давлении на графитовую форму 7. После этого извлекаются болты 6 и снимается давление на форму 7. Распрессовка и извлечение графитовой формы 7 со втулкой 3 производится с помощью распрессовочника 8. The method is as follows. A metal sleeve 3 is installed in the matrix 1, assembled together with the forming punch 2, a mixture 4 of graphite powder with a thermoplastic binder is poured, a pressing punch 5 is installed in the sleeve 3 and the mixture is cold pressed 4. Without removing the cold pressing pressure, connect the matrix 1 s with bolts pressing punch 5 and unload the press. A mold with a mixture of 4 under constant pressure equal to the pressure of cold pressing is placed in a chamber furnace and the mold is heated to the melting temperature of the binder. The polymerization process is carried out at a constant pressure on the mixture 4. Then the mold is removed from the furnace. The mold is cooled to ambient temperature at a constant pressure on the graphite mold 7. After this, the bolts 6 are removed and the pressure on the mold is removed 7. The graphite mold 7 is pressed and removed with the sleeve 3 using a press tool 8.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Предлагаемый способ был реализован в опытном производстве ТулНИГП при изготовлении экспериментальных образцов графитовых форм, предназначенных для производства алмазных буровых коронок. Из стали 45 на токарном и фрезерном станках были изготовлены детали пресс-формы. В матрицу пресс-формы, собранную вместе с формообразующим пуансоном, была установлена металлическая втулка. В смесителе типа "Пьяная бочка" было произведено смешивание порошка графита (ТУ 48-20-54-75) с термопластическим связующим - пульвербакелитом (ОСТ 6-05-411-78) в соотношении 8:2. Полученная смесь была загружена в металлическую втулку матрицы пресс-формы. После этого во втулку был установлен прессующий пуансон и на гидравлическом прессе с усилием 20 т, было произведено холодное прессование смеси до полного захода прессующего пуансона во втулку матрицы пресс-формы (фиг. 3). Затем, не разгружая пресс, т.е. не снимая давления холодного прессования, было произведено соединение стяжными болтами матрицы и прессующего пуансона. После этого пресс был разгружен. Пресс-форма со смесью, находящейся под давлением, равным давлению холодного прессования, была помещена в камерную печь типа СНО 6124/10И4 и нагрева до температуры плавления связующего (180 - 200^oC) с выдержкой в течение 10 мин. В этот период был осуществлен процесс полимеризации смеси, находящейся под постоянным давлением, созданным в процессе холодного прессования. Далее пресс-форма была извлечена из печи и остывала до температуры окружающей среды. При этом образование пространственной решетки полимера и его затвердевание происходило при постоянном давлении, созданном в процессе холодного прессования. После остывания пресс-формы были вывернуты стяжные болты (снято приложенное давление) и произведено извлечение графитовой формы, находящейся во втулке, с помощью распрессовочного приспособления. На графитовой форме (фиг. 4, поз. 7) не было обнаружено трещин, раковин и отслоений. Размеры оттиска соответствовали размерам рабочей части формообразующего пуансона. Остаточной деформации изделия не наблюдалось.The proposed method was implemented in the pilot production of TulNIGP in the manufacture of experimental samples of graphite molds intended for the production of diamond drill bits. Mold steel parts were made from steel 45 on a turning and milling machine. A metal sleeve was installed in the mold matrix assembled together with the forming punch. In a mixer of the Drunken Barrel type, graphite powder (TU 48-20-54-75) was mixed with a thermoplastic binder - pulverbakelite (OST 6-05-411-78) in a ratio of 8: 2. The resulting mixture was loaded into the metal sleeve of the mold matrix. After that, a pressing punch was installed in the sleeve and on a hydraulic press with a force of 20 tons, the mixture was cold pressed until the pressing punch completely entered the sleeve of the mold matrix (Fig. 3). Then, without unloading the press, i.e. without relieving the pressure of cold pressing, the connection was made by the coupling bolts of the matrix and the pressing punch. After that, the press was unloaded. A mold with a mixture under pressure equal to the pressure of cold pressing was placed in a chamber furnace of type СНО 6124 / 10И4 and heated to the melting temperature of the binder (180 - 200 ^o C) with holding for 10 minutes. During this period, the process of polymerization of the mixture under constant pressure created during the cold pressing process was carried out. Next, the mold was removed from the furnace and cooled to ambient temperature. In this case, the formation of the spatial lattice of the polymer and its solidification occurred at a constant pressure created during cold pressing. After the mold was cooled, the clamping bolts were turned out (the applied pressure was relieved) and the graphite mold located in the sleeve was removed using a pressing device. On the graphite form (Fig. 4, item 7), no cracks, shells, or delaminations were found. The dimensions of the print corresponded to the dimensions of the working part of the forming punch. No residual deformation of the product was observed.

Применение изобретения изготовления графитовых форм позволяет повысить качество изделий и упростить изготовление алмазного инструмента. The use of the invention of manufacturing graphite molds can improve the quality of products and simplify the manufacture of diamond tools.

Claims

A method of manufacturing graphite molds for diamond drill bits, comprising mixing graphite powder with a thermoplastic binder, loading the mixture into the metal sleeve of the mold matrix, heating to the melting temperature of the thermoplastic binder, pressing and cooling, characterized in that the mixture is cold pressed and then produced heating the mixture in the mold to the melting temperature of the binder; polymerizing and cooling to ambient temperature in the mold at constant pressure.