RU2354731C2 - Manufacturing method of polycrystalline elements - Google Patents

Manufacturing method of polycrystalline elements Download PDF

Info

Publication number
RU2354731C2
RU2354731C2 RU2007119326/02A RU2007119326A RU2354731C2 RU 2354731 C2 RU2354731 C2 RU 2354731C2 RU 2007119326/02 A RU2007119326/02 A RU 2007119326/02A RU 2007119326 A RU2007119326 A RU 2007119326A RU 2354731 C2 RU2354731 C2 RU 2354731C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powders
abrasive
fine
alloys
mixture
Prior art date
Application number
RU2007119326/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007119326A (en
Inventor
Владимир Васильевич Журавлев (RU)
Владимир Васильевич Журавлев
Дмитрий Николаевич Колчеманов (RU)
Дмитрий Николаевич Колчеманов
Валерий Федорович Герасимов (RU)
Валерий Федорович Герасимов
Гниятулла Гарифуллович Ишбаев (RU)
Гниятулла Гарифуллович Ишбаев
Original Assignee
ОАО "Научно-исследовательский институт природных синтетических алмазов и инструмента"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Научно-исследовательский институт природных синтетических алмазов и инструмента" filed Critical ОАО "Научно-исследовательский институт природных синтетических алмазов и инструмента"
Priority to RU2007119326/02A priority Critical patent/RU2354731C2/en
Publication of RU2007119326A publication Critical patent/RU2007119326A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2354731C2 publication Critical patent/RU2354731C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: it is prepared mixture of abrasive dust of coarse grain and, at least, of one fine grain, mixture of powders is compacted and impregnated by metals or alloys. In the capacity of powders, at least, of one fine grain there are used powders, surface of which fulfil wettability conditions by impregnating metals or alloys.
EFFECT: method provides increasing of working layer height of elements, and also receiving in the element defined content of abrasive grains for optimal external environment.
12 cl, 1 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к изготовлению поликристаллических элементов, в основном из порошков алмаза и/или кубического нитрида бора, предназначенных для изготовления режущих инструментов, таких как резцы, сверла, фрезы, буровой и правящий инструменты, инструменты для камнеобработки и т.п., а также для использования в качестве элементов конструкции, например, в качестве износостойких накладок в парах трения, центров прецизионных станков и т.п.The invention relates to the field of engineering and, in particular, to the manufacture of polycrystalline elements, mainly from powders of diamond and / or cubic boron nitride, intended for the manufacture of cutting tools, such as cutters, drills, cutters, drilling and straightening tools, tools for stone processing and etc., as well as for use as structural elements, for example, as wear-resistant linings in friction pairs, centers of precision machines, etc.

Известен способ изготовления алмазно-металлического композиционного режущего инструмента, при котором смесь покрытых металлом алмазных порошков (порошков кубического нитрида бора) различных зернистостей и материал связующего, смачивающего металл покрытия и имеющего температуру плавления ниже 1300°С, помещают в форму и подвергают горячему прессованию для получения единой массы (патент США №5096465, кл. 51-295, 1989 г.). Недостаток способа состоит в том, что нанесенный на все алмазные порошки слой металла существенно снижает их объемное содержание в готовом поликристаллическом элементе. Снижение объемного содержания абразивных порошков приводит к снижению физико-механических свойств элемента (износостойкости, модуля упругости и т.п.), не позволяя использовать инструмент с такими элементами для работы в тяжелых условиях (в буровом, правящем инструменте и т.п.).A known method of manufacturing a diamond-metal composite cutting tool, in which a mixture of coated metal diamond powders (powders of cubic boron nitride) of various granularities and a binder material wetting the coating metal and having a melting point below 1300 ° C, is placed in a mold and subjected to hot pressing to obtain single mass (US patent No. 5096465, CL 51-295, 1989). The disadvantage of this method is that a metal layer deposited on all diamond powders significantly reduces their volume content in the finished polycrystalline element. The decrease in the volumetric content of abrasive powders leads to a decrease in the physicomechanical properties of the element (wear resistance, elastic modulus, etc.), not allowing the use of tools with such elements for working in difficult conditions (in a drilling, straightening tool, etc.).

Наиболее близким является способ изготовления поликристаллических элементов, при котором смесь абразивных порошков разной зернистости (смесь крупных и мелких абразивных порошков) помещают в форму, имеющую дно и стенки, уплотняют и пропитывают их металлами или сплавами, при этом стенки формы выполняют из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, а расстояние между противолежащими стенками формы выбирают из условия h=(1÷4) А, где h - расстояние между противолежащими стенкам формы, А - размер зерен закрупненной фракции крупного абразивного (алмазного) порошка. В известном способе предусмотрен вариант, в котором абразивные порошки перед помещением в форму металлизируют (патент РФ №1330888, B24D 18/00, 1985 г.). О материалах, используемых для металлизации абразивных порошков и о назначении металлизации, в известном решении не сказано.The closest is a method of manufacturing polycrystalline elements, in which a mixture of abrasive powders of different grain sizes (a mixture of large and small abrasive powders) is placed in a mold having a bottom and walls, compacted and impregnated with metals or alloys, while the mold walls are made of a material wetted by impregnation metals or alloys, and the distance between the opposite walls of the mold is chosen from the condition h = (1 ÷ 4) A, where h is the distance between the opposite walls of the mold, A is the grain size of the coarsened fraction of grains abrasive (diamond) powder. In the known method, a variant is provided in which the abrasive powders are metallized before being placed into the mold (RF patent No. 1330888, B24D 18/00, 1985). The materials used for the metallization of abrasive powders and the purpose of metallization are not mentioned in the known solution.

Известный способ имеет недостаток, заключающийся в том, что по способу могут быть изготовлены поликристаллические элементы, высота рабочего слоя которых ограничена соотношением (1-4) размера зерна закрупненной фракции абразивного порошка, т.е. при реально используемой максимальной зернистости абразивного порошка для режущих элементов 500/400 могут быть получены элементы с рабочим слоем высотой до 2 мм. При использовании абразивных порошков, например, зернистостью 40/28 высота рабочего слоя режущего элемента может составлять до 0,2 мм. Небольшая высота рабочего слоя элементов существенно снижает область их применения, а также срок их службы. Металлизация абразивных порошков позволяет улучшить пропитываемость сформованного брикета при условии, что металл покрытия смачивается пропиточным металлом или сплавом, и тем самым увеличить размеры изготавливаемого элемента. Однако, как сказано выше, слой металла, нанесенный на абразивные порошки, снижает их объемное содержание. Снижение объемного содержания абразивных порошков приводит к снижению физико-механических свойств элемента, не позволяя использовать инструмент с такими элементами для работы в тяжелых условиях (в буровом, правящем инструменте и т.п.), т.е. ограничивает область их применения.The known method has the disadvantage that polycrystalline elements can be manufactured by the method, the height of the working layer of which is limited by the ratio (1-4) of the grain size of the coarsened fraction of the abrasive powder, i.e. with the maximum granularity of the abrasive powder actually used for cutting elements 500/400, elements with a working layer up to 2 mm high can be obtained. When using abrasive powders, for example, with a grain size of 40/28, the height of the working layer of the cutting element can be up to 0.2 mm. The small height of the working layer of the elements significantly reduces the scope of their application, as well as their service life. Metallization of abrasive powders can improve the impregnation of the molded briquette, provided that the coating metal is wetted by the impregnating metal or alloy, and thereby increase the size of the manufactured element. However, as mentioned above, a metal layer deposited on abrasive powders reduces their volumetric content. The decrease in the volumetric content of abrasive powders leads to a decrease in the physicomechanical properties of the element, not allowing the use of a tool with such elements for working in difficult conditions (in a drilling, straightening tool, etc.), i.e. limits the scope of their application.

Техническая задача предлагаемого решения заключается в увеличении размеров (высоты) рабочего слоя поликристаллического элемента, а также в возможности достижения заданного объемного содержания абразивных зерен в готовом элементе для оптимальных условий эксплуатации.The technical problem of the proposed solution is to increase the size (height) of the working layer of the polycrystalline element, as well as the ability to achieve a given volumetric content of abrasive grains in the finished element for optimal operating conditions.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления поликристаллических элементов, при котором готовят смесь из порошков крупной зернистости, в качестве которых берут абразивные порошки, и, по меньшей мере, порошков одной мелкой зернистости, помещают смесь в форму, уплотняют и пропитывают их металлами или сплавами, в качестве порошков, по меньшей мере, одной мелкой зернистости берут порошки, поверхность которых удовлетворяет условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing polycrystalline elements, in which a mixture is prepared from coarse-grained powders, for which abrasive powders are taken, and at least powders of one fine-grained grains, the mixture is placed in a mold, compacted and impregnated with metals or alloys, as powders of at least one fine grain take powders whose surface satisfies the wettability condition by impregnating metals or alloys.

В качестве порошков мелкой зернистости берут порошки, выбранные из группы абразивных порошков и/или порошков, изготовленных из материала, поверхность которых удовлетворяет условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами.As fine-grain powders, powders are selected from the group of abrasive powders and / or powders made from a material whose surface satisfies the wettability condition by impregnating metals or alloys.

Для удовлетворения условия пропитываемости абразивных порошков мелких зернистостей на их поверхность наносят слой металла или сплава, удовлетворяющего условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами. В качестве порошков, изготовленных из материала, удовлетворяющего условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами, берут металлические порошки, изготовленные из такого материала, либо могут быть взяты металлические порошки другого металла или сплава, например, со свойствами, удовлетворяющими требование к связующему режущего элемента, но с покрытием из металла или сплава, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами. Такие порошки могут быть получены любым известным способом, например дроблением, распылением соответствующего металла или сплава из металлов.To satisfy the condition of impregnation of abrasive powders of fine granularities, a layer of metal or alloy is applied to their surface, which satisfies the wettability condition of impregnating metals or alloys. As powders made from a material satisfying the wettability condition by impregnating metals or alloys, metal powders made from such a material are taken, or metal powders of another metal or alloy can be taken, for example, with properties satisfying the requirement for a binder cutting element, but with a coating of a metal or alloy wetted by impregnating metals or alloys. Such powders can be obtained by any known method, for example, crushing, spraying the corresponding metal or alloy of metals.

Для получения максимально высокого объемного содержания (концентрации) абразивных порошков в поликристаллическом элементе смесь должна содержать абразивные порошки крупной зернистости и абразивные порошки двух мелких зернистостей, отличающихся по размеру, при этом размеры порошков должны находится в соотношении примерно 1:4:8. Например, при размере зерен крупных абразивных порошков 60 мкм мелкие абразивные порошки должны иметь размеры соответственно ~15 мкм и ~7 мкм. Для получения, например, поликристаллических элементов с меньшей заданной концентрацией абразивных порошков в элементе смесь может содержать крупные абразивные порошки, к которым добавляются мелкие абразивные порошки только одного размера. Для улучшения условия пропитываемости в смесь могут быть введены порошки, изготовленные из материала, удовлетворяющего условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами. Для более низкой заданной концентрации абразивных порошков в элементе смесь может содержать только крупные абразивные порошки, а для улучшения пропитываемости в качестве порошков мелкой зернистости - металлические порошки, поверхность которых удовлетворяет условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами.To obtain the highest possible volumetric content (concentration) of abrasive powders in a polycrystalline element, the mixture should contain coarse-grained abrasive powders and two fine-grained abrasive powders that differ in size, while the powders should be in a ratio of about 1: 4: 8. For example, when the grain size of large abrasive powders is 60 μm, the fine abrasive powders should have sizes of ~ 15 μm and ~ 7 μm, respectively. To obtain, for example, polycrystalline elements with a lower specified concentration of abrasive powders in the element, the mixture may contain large abrasive powders, to which small abrasive powders of only one size are added. To improve the impregnation condition, powders made from a material satisfying the wettability condition by impregnating metals or alloys can be introduced into the mixture. For a lower specified concentration of abrasive powders in an element, the mixture may contain only large abrasive powders, and to improve the impregnation as fine-grain powders, metal powders whose surface satisfies the wettability condition by impregnating metals or alloys.

Предлагаются следующие варианты смесей, состоящих из абразивных порошков крупной зернистости и из:The following mixes are available, consisting of coarse-grained abrasive powders and of:

- абразивных порошков одной мелкой зернистости, поверхность которых снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами;- abrasive powders of one fine granularity, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys;

- абразивных порошков двух мелких зернистостей, при этом поверхность порошков любой одной из мелких зернистостей снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, либо порошки обеих зернистостей снабжены покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами;- abrasive powders of two fine grit, wherein the surface of the powders of any one of the fine grit is coated with a material wetted by an impregnating metal or alloy, or the powders of both grit are coated with a material wetted by an impregnated metal or alloy;

- порошков одной мелкой зернистости, изготовленных из металлического материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами;- powders of one fine granularity made of a metal material wetted by impregnating metals or alloys;

- порошков двух мелких зернистостей, из которых в качестве порошков одной мелкой зернистости берут абразивные порошки без покрытия, а в качестве порошков второй мелкой зернистости берут металлические порошки, смачиваемые пропиточными металлами или сплавами;- powders of two fine granularities, of which uncoated abrasive powders are taken as powders of one fine granularity, and metal powders wetted by impregnating metals or alloys are taken as second fine granular powders;

- порошков двух мелких зернистостей, из которых в качестве порошков одной мелкой зернистости берут абразивные порошки, поверхность которых снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, а в качестве порошков второй мелкой зернистости берут металлические порошки, смачиваемые пропиточными металлами или сплавами.- powders of two fine grit, of which abrasive powders are taken as powders of one fine grit, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys, and metal powders wetted by impregnated metals or alloys are taken as powders of the second fine grit.

Для изготовления поликристаллических элементов берут форму, у которой, по меньшей мере, две противолежащие боковые стенки выполнены из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.For the manufacture of polycrystalline elements, a mold is taken in which at least two opposite side walls are made of a material wetted by impregnating metals or alloys.

В качестве абразивных порошков могут быть использованы порошки алмаза, кубического нитрида бора или их смесь, например, в качестве порошков крупной зернистости могут быть использованы порошки алмаза, а в качестве абразивных порошков мелкой зернистости порошки кубического нитрида бора.As abrasive powders, diamond, cubic boron nitride powders or a mixture thereof can be used, for example, diamond powders can be used as coarse-grained powders, and cubic boron nitride powders as fine-grained abrasive powders.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для получения максимальной концентрации абразивного порошка в элементе объемное содержание крупных и, например, двух мелких зернистостей абразивных порошков находится в следующем соотношении: 62,5% - 17,5% - 10%, т.е. крупные абразивные порошки в большей мере определяют общую концентрацию абразивных зерен в готовом элементе. Поэтому использование абразивных порошков крупной зернистости без покрытия, в большей мере определяющих концентрацию изделия, способствует получению их высокого объемного содержания благодаря тому, что порошки без покрытия занимают меньший объем и соответственно в форме их может быть размещено больше. Крупные порошки образуют каркас элемента, а порошки мелких зернистостей располагаются в свободных пространствах между крупными абразивными порошками, поэтому покрытие на порошках мелких зернистостей, вводимых в смесь, не снизит существенно общую концентрацию. В то же время покрытие на мелких порошках значительно улучшает условие пропитываемости сформованной заготовки пропиточными металлами или сплавами, способствуя перемещению фронта жидкого пропиточного металла или сплава вглубь и в поперечном направлении пропитываемой заготовки за счет растекания жидкой связки не только по стенкам формы, но и по покрытию на абразивных порошках мелкой зернистости. Однако выполнение стенок формы из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, не является обязательным условием, т.к. при использовании абразивных порошков мелкой зернистости с покрытием или при использовании в качестве порошков мелких зернистостей металлических порошков пропитываемость всего сформованного элемента будет удовлетворительной.The invention consists in the following. To obtain the maximum concentration of abrasive powder in an element, the volume content of large and, for example, two fine grains of abrasive powders is in the following ratio: 62.5% - 17.5% - 10%, i.e. large abrasive powders to a greater extent determine the total concentration of abrasive grains in the finished element. Therefore, the use of abrasive powders of large granularity without coating, to a greater extent determining the concentration of the product, contributes to their high volume content due to the fact that powders without coating occupy a smaller volume and, accordingly, more can be placed in their shape. Large powders form the frame of the element, and fine grain powders are located in the free spaces between large abrasive powders, so coating on fine grain powders introduced into the mixture will not significantly reduce the overall concentration. At the same time, coating on fine powders significantly improves the condition for the preform to be impregnated with impregnating metals or alloys, contributing to the movement of the front of the liquid impregnating metal or alloy inward and in the transverse direction of the impregnated preform due to the spreading of the liquid binder not only along the walls of the mold, but also along the coating on fine grain abrasive powders. However, the execution of the walls of the mold from a material wetted by impregnating metals or alloys is not a prerequisite, because when using coated abrasive powders of fine granularity or when using metallic powders as fine granularities, the impregnation of the entire formed element will be satisfactory.

Выполнение, по меньшей мере, двух противолежащих боковых стенок из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, позволяет не только успешно осуществлять пропитку по всей площади элемента, но и получать элементы с поверхностями, примыкающими к стенкам формы (рабочие поверхности элементов), с достаточно ровной поверхностью, на которой алмазы расположенны на одном уровне, а свободное пространство между ними полностью заполнено пропиточными металлами или сплавами. Механическая обработка таких элементов в дальнейшем существенно облегчается.The implementation of at least two opposite side walls of a material wetted by impregnating metals or alloys, allows not only to successfully impregnate the entire area of the element, but also to obtain elements with surfaces adjacent to the walls of the form (working surfaces of the elements), with a fairly smooth the surface on which diamonds are located at the same level, and the free space between them is completely filled with impregnating metals or alloys. The mechanical processing of such elements is subsequently greatly facilitated.

В качестве материала покрытия абразивных порошков мелкой зернистости, а также в качестве материала для металлических порошков могут быть использованы металлы или сплавы, а также неметаллические материалы, которые способны смачиваться пропиточными металлами или сплавами.Metals or alloys, as well as nonmetallic materials that are wettable by impregnating metals or alloys, can be used as a coating material for fine grain abrasive powders, and also as a material for metal powders.

Способ поясняется чертежами.The method is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан вертикальный разрез формы, заполненной смесью порошков разной зернистости;Figure 1 shows a vertical section of a mold filled with a mixture of powders of different grain sizes;

на фиг.2 показано абразивное зерно первой мелкой зернистости с металлическим покрытием;figure 2 shows the abrasive grain of the first fine grain with a metal coating;

на фиг.3 показано абразивное зерно второй мелкой зернистости с покрытием;figure 3 shows the abrasive grain of the second fine grain coated;

на фиг.4 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости и покрытых абразивных порошков одной мелкой зернистости, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;figure 4 schematically shows a form filled with a mixture of abrasive powders of coarse grain and coated abrasive powders of one fine grain, free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.5 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости, абразивных порошков первой мелкой зернистости с покрытием и абразивных порошков второй мелкой зернистости без покрытия, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;figure 5 schematically shows a form filled with a mixture of abrasive powders of coarse grain, abrasive powders of the first fine grain coated and abrasive powders of the second fine grain uncoated, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.6 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости и абразивных порошков первой и второй мелких зернистостей с покрытием, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;6 schematically shows a mold filled with a mixture of coarse-grained abrasive powders and coated first and second fine grained abrasive powders, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.7 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости и абразивных порошков первой мелкой зернистости без покрытия и абразивных порошков второй мелкой зернистости с покрытием, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;Fig. 7 schematically shows a mold filled with a mixture of coarse-grained abrasive powders and uncoated first fine-grained abrasive powders and coated second fine-grained abrasive powders, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.8 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости, абразивных порошков первой мелкой зернистости без покрытия и металлических порошков в качестве порошков второй мелкой зернистости, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;Fig. 8 schematically shows a mold filled with a mixture of coarse-grained abrasive powders, uncoated first fine-grained abrasive powders and metallic powders as second fine-grained powders, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.9 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости, абразивных порошков первой мелкой зернистости с покрытием и металлических порошков в качестве порошков второй мелкой зернистости, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;Fig. 9 schematically shows a mold filled with a mixture of coarse-grained abrasive powders, coated first-fine abrasive powders and metallic powders as second fine-grained powders, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.10 схематично показана форма, заполненная смесью абразивных порошков крупной зернистости и металлических порошков, свободные пространства между которыми заполнены пропиточным металлом или сплавом;10 schematically shows a mold filled with a mixture of coarse-grained abrasive powders and metal powders, the free spaces between which are filled with an impregnating metal or alloy;

на фиг.11 показан готовый поликристаллический элемент после удаления всех стенок формы.figure 11 shows the finished polycrystalline element after removing all the walls of the form.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В форму 1, содержащую, например, две противолежащие боковые стенки 2 и 3, выполненные из материала, смачиваемого пропиточным металлом или сплавом, помещают смесь порошков разной зернистости 4. Смесь порошков содержит, например, абразивные порошки крупной зернистости 5 и абразивные порошки первой мелкой зернистости 6, снабженные покрытием 7 (фиг.4). После того как смесь абразивных порошков засыпали в форму, порошки уплотняют любым известным способом, например прессованием. Для получения плотной упаковки абразивных зерен может быть использовано также шликерное литье, виброполе и т.п. После уплотнения абразивные зерна, составляющие порошок, располагаются так, что мелкие абразивные зерна заполняют свободное пространство между крупными абразивными зернами. Затем сверху на уплотненные порошки укладывают пропиточный металл или сплав 8, форму нагревают до температуры, обеспечивающей жидкотекучесть пропиточного металла или сплава, которая, в основном, на 50÷100°С выше температуры их плавления. Расплавленный металл или сплав течет по стенкам формы, по покрытию на абразивных порошках мелкой зернистости, одновременно заполняя поры, имеющиеся в объеме уплотненного порошка, связывая все абразивные зерна друг с другом и образуя связку. Растекание металла или сплава происходит как в поперечном направлении заданным расстоянием h между противолежащими стенками (будущая высота поликристаллического элемента), так и вглубь на величину Н, которая определяет размеры поликристаллического элемента в направлении, перпендикулярном его высоте, а именно площадь рабочего слоя изготавливаемого элемента.In a mold 1 containing, for example, two opposite side walls 2 and 3 made of a material wetted by an impregnating metal or alloy, a mixture of powders of different granularities is placed 4. The mixture of powders contains, for example, abrasive powders of coarse grain 5 and abrasive powders of the first fine grain 6 provided with a coating 7 (FIG. 4). After the mixture of abrasive powders is poured into the mold, the powders are compacted by any known method, for example by compression. To obtain a dense packing of abrasive grains, slip casting, vibrofield, etc. can also be used. After compaction, the abrasive grains making up the powder are arranged so that small abrasive grains fill the free space between the large abrasive grains. Then, impregnating metal or alloy 8 is placed on top of the compacted powders, the mold is heated to a temperature that ensures the fluidity of the impregnating metal or alloy, which is mainly 50 ÷ 100 ° C above their melting temperature. The molten metal or alloy flows along the walls of the mold, along the coating on fine-grained abrasive powders, at the same time filling the pores in the bulk of the compacted powder, linking all the abrasive grains to each other and forming a bond. The spreading of the metal or alloy occurs both in the transverse direction by the specified distance h between the opposite walls (the future height of the polycrystalline element) and deep into the value of H, which determines the dimensions of the polycrystalline element in the direction perpendicular to its height, namely the area of the working layer of the manufactured element.

Возможно осуществлять пропитку при небольшом давлении, например, до 500 кг/см2.It is possible to impregnate at low pressure, for example, up to 500 kg / cm 2 .

Для изготовления элементов с различной концентрацией абразивных зерен и с различными физико-механическими свойствами, кроме вышеуказанной смеси, могут быть приготовлены следующие смеси. Смесь может содержать абразивные порошки крупной зернистости 5, абразивные порошки первой мелкой зернистости 6 с покрытием 7 и абразивные порошки второй мелкой зернистости 9 без покрытия (фиг.5) либо абразивные порошки второй мелкой зернистости 10 с покрытием 11 (фиг.6). К абразивным порошкам крупной зернистости 5 в качестве порошков первой мелкой зернистости могут быть введены абразивные порошки 12 без покрытия и абразивные порошки второй мелкой зернистости 10 с покрытием 11 (фиг.7). Смесь может также содержать крупные абразивные порошки 5, абразивные порошки первой мелкой зернистости 12 без покрытия и порошки второй мелкой зернистости - металлические порошки 13 (фиг.8); порошки крупной зернистости 5, порошки первой мелкой зернистости 6 с покрытием 7 и порошки второй мелкой зернистости - металлические порошки 13 (фиг.9). Возможен вариант, в котором смесь составлена из крупных абразивных зерен 5 и металлических порошков 13 (фиг.10).For the manufacture of elements with different concentrations of abrasive grains and with different physical and mechanical properties, in addition to the above mixture, the following mixtures can be prepared. The mixture may contain coarse-grained abrasive powders 5, first fine-grained abrasive powders 6 with a coating of 7 and second uncoated abrasive powders of a second fine-grained 9 (Fig. 5) or abrasive powders of a second fine-grained 10 with a coated 11 (Fig. 6). To the abrasive powders of coarse grain 5 as powders of the first fine grain can be introduced abrasive powders 12 without coating and abrasive powders of the second fine grain 10 with coating 11 (Fig.7). The mixture may also contain coarse abrasive powders 5, abrasive powders of the first fine grain 12 without coating and powders of the second fine grain - metal powders 13 (Fig. 8); coarse-grained powders 5, powders of the first fine-grained 6 coated 7 and powders of the second fine-grained metal powders 13 (Fig. 9). A variant is possible in which the mixture is composed of large abrasive grains 5 and metal powders 13 (Fig. 10).

По окончании процесса пропитки в зависимости от назначения элемента удаляются все либо часть стенок формы любым известным способом: стравливанием, сошлифовыванием, точением, фрезерованием и др. Например, на фиг.11 показан режущий элемент 14 с рабочей поверхностью 15, полученный после удаления всех стенок формы. Такой режущий элемент может быть закреплен в державке для использования его, например, в качестве режущего элемента - резца. Для использования поликристаллического элемента в качестве, например, износостойкой накладки к станине станка можно оставить стенку формы на одной поверхности элемента, которая будет служить слоем для крепления этого элемента к станине.At the end of the impregnation process, depending on the purpose of the element, all or part of the walls of the mold are removed by any known method: etching, grinding, turning, milling, etc. For example, Fig. 11 shows a cutting element 14 with a working surface 15 obtained after removing all the walls of the mold . Such a cutting element can be fixed in the holder for use, for example, as a cutting element - a cutter. To use a polycrystalline element as, for example, a wear-resistant lining to the machine bed, you can leave the mold wall on one surface of the element, which will serve as a layer for attaching this element to the bed.

В форме может быть выполнена только одна из противолежащих стенок из материала, смачиваемого пропиточным металлом или сплавом. Наиболее предпочтительным вариантом является выполнение двух противолежащих стенок, например 2 и 3 (фиг.1) из материала, смачиваемого пропиточным металлом или сплавом. В последнем случае можно получать элементы большей толщины. Противолежащие стенки формы могут быть полностью изготовлены из материала, смачиваемого пропиточным металлом или сплавом, либо стенки могут быть изготовлены составными, т.е. стенки могут быть изготовлены из материала, не смачиваемого пропиточным металлом, но снабжены вставками, изготовленными из материала, смачиваемого пропиточным металлом или сплавом. Вместо установки вставок смачиваемый материал может быть нанесен на стенки формы любым известным способом, например напылением, гальваническим наращиванием и т.п.Only one of the opposite walls of the material wetted by the impregnating metal or alloy can be made in the mold. The most preferred option is the implementation of two opposite walls, for example 2 and 3 (figure 1) of a material wetted by an impregnating metal or alloy. In the latter case, elements of greater thickness can be obtained. Opposite walls of the mold can be completely made of a material wetted by an impregnating metal or alloy, or the walls can be made composite, i.e. the walls can be made of a material not wettable by the impregnating metal, but provided with inserts made of a material wetted by the impregnating metal or alloy. Instead of installing the inserts, the wettable material can be applied to the walls of the mold in any known manner, for example by spraying, galvanizing, etc.

Пример 1. Изготавливали двухслойную пластину с высотой рабочего слоя h=3 мм, с площадью Н×Н=210×210 мм. Для заданной концентрации режущих зерен 82 об.% брали смесь алмазных порошков АС35: порошки крупной зернистости 400/315 и порошки одной мелкой зернистости 40/28. На алмазные порошки АСМ зернистостью 40/28 нанесли молибденовое покрытие толщиной 5 мкм. Одну из этих стенок формы изготовили из твердого сплава ВК15, вторую - из стали 45. Алмазные зерна уплотняли с наложением вибраций частотой 50 Гц. Пропитку производили сплавом ЛНМц 50-2-2. Угол смачивания сплавом ЛНМц 50-2-2 твердого сплава равен θ=30°, стали - θ=10°, металла покрытия алмазного порошка - θ=20°. Температура пропитки Тпр=900°С, время пропитки - 5 мин. После пропитки удалили все стенки формы, кроме одной, изготовленной из твердого сплава. В результате получили двухслойную пластину с твердосплавной подложкой и рабочим слоем, у которого объемное содержание алмазных порошков составило 82%. Высота поликристаллического рабочего слоя составила 3 мм. Заполнение пор во всем объеме рабочего слоя - полное. При нанесении покрытия на крупные алмазные порошки АС 35 зернистостью 400/315 объемное содержание алмазных зерен составляло - 72%.Example 1. A two-layer plate was made with a working layer height h = 3 mm, with an area H × H = 210 × 210 mm. For a given concentration of cutting grains 82 vol%, a mixture of diamond powders AC35 was taken: coarse-grained powders 400/315 and powders of one fine-grained 40/28. AFM diamond powders with a grain size of 40/28 were applied with a molybdenum coating 5 μm thick. One of these mold walls was made of VK15 hard alloy, the second of steel 45. The diamond grains were compacted with the application of vibrations with a frequency of 50 Hz. Impregnation was carried out with the LNMts 50-2-2 alloy. The wetting angle of the LNMts 50-2-2 alloy of the hard alloy is θ = 30 °, steel θ = 10 °, and the coating metal of the diamond powder θ = 20 °. Impregnation temperature Тпр = 900 ° С, impregnation time - 5 min. After impregnation, all the walls of the mold were removed, except for one made of hard alloy. The result was a two-layer plate with a carbide substrate and a working layer, in which the volumetric content of diamond powders was 82%. The height of the polycrystalline working layer was 3 mm. The filling of pores in the entire volume of the working layer is complete. When coating on large AC 35 diamond powders with a grain size of 400/315, the volume content of diamond grains was 72%.

Пример 2. Изготавливали режущий элемент с высотой рабочего слоя h=5 мм, Н×Н=210×210 мм. Для получения заданной концентрации режущих зерен 89 об.% брали смесь алмазных порошков AC 35: крупной зернистости 400/315 и первой мелкой зернистости АСМ 40/28. К смеси добавляли порошки КНБ второй мелкой зернистости 5/3. Порошки КНБ зернистостью 5/3 покрывали хромом толщиной 3 мкм. Стенки формы изготавливали из ст.45. Изготовление режущего элемента осуществляли, как в примере 1. После пропитки все стенки формы сошлифовали. В результате получили режущий элемент с объемным содержанием в поликристаллическом рабочем слое зерен алмаза и КНБ - 89%. Заполнение пор во всем объеме рабочего слоя - полное.Example 2. A cutting element was made with a working layer height h = 5 mm, N × N = 210 × 210 mm. To obtain a given concentration of cutting grains of 89 vol%, a mixture of diamond powders AC 35 was taken: coarse grain 400/315 and the first fine grain ACM 40/28. To the mixture, CBN powders of the second fine grain size 5/3 were added. CBN powders with a 5/3 grit were coated with chromium 3 microns thick. The walls of the mold were made from st. 45. The manufacture of the cutting element was carried out as in example 1. After impregnation, all the walls of the mold were ground. The result was a cutting element with a volume content of 89% in the polycrystalline working layer of diamond and CBN grains. The filling of pores in the entire volume of the working layer is complete.

Пример 3. Изготавливали режущий элемент, как в примере 2. Металлическое покрытие наносили на крупные алмазные порошки зернистостью 400/315. На мелких порошках покрытие отсутствовало. В результате заготовка пропиталась полностью, однако объемное содержание абразивных зерен в элементе составило - 77% (вместо 89 об.%).Example 3. A cutting element was made, as in example 2. A metal coating was applied to large diamond powders with a grain size of 400/315. There was no coating on fine powders. As a result, the workpiece was completely saturated, however, the volumetric content of abrasive grains in the element was 77% (instead of 89 vol.%).

Пример 4. Изготавливали двухслойную пластину, как в примере 1, только вместо алмазных порошков первой мелкой зернистости АС 40/28 с покрытием брали металлические порошки аналогичной зернистости, изготовленные из материала покрытия. В результате получили двухслойную пластину с твердосплавной подложкой и рабочим слоем, у которого объемное содержание алмазных порошков составило 62,5%. Высота поликристаллического рабочего слоя составила 3 мм. Заполнение пор во всем объеме рабочего слоя - полное. При нанесении покрытия на алмазные порошки АС 35 400/315 концентрация алмазных зерен снизилась до 50 об.%.Example 4. A two-layer plate was made, as in example 1, only instead of diamond powders of the first fine grain AC 40/28 with a coating, metal powders of the same grain size made from the coating material were taken. The result was a two-layer plate with a carbide substrate and a working layer, in which the volumetric content of diamond powders was 62.5%. The height of the polycrystalline working layer was 3 mm. The filling of pores in the entire volume of the working layer is complete. When coating on diamond powders AC 35 400/315, the concentration of diamond grains decreased to 50 vol.%.

Пример 5. Изготавливали поликристаллический элемент для использования его в качестве опорного центра на прецизионных станках: цилиндр диаметром 12 мм, высотой 12 мм с конусом 60° на одном из торцов цилиндра. Брали природные алмазные порошки изометричной формы зернистостью 250/200 и природные микропорошки зернистостью 63/50. На мелкие порошки наносили покрытие из хрома толщиной около 4 мкм. Порошки укладывали в стакан, изготовленный из стали 45, который устанавливали в графитовую форму. Алмазные зерна уплотняли с наложением вибраций частотой 50 Гц. Пропитку производили латунью Л63, легированной 4% титана при температуре 980°С в вакууме в течение 5 мин. Получили элемент с объемным содержанием алмазных порошков 82%. Заполнение пор во всем объеме алмазного слоя - полное. Элемент крепился серебряным припоем ПСР40КД к хвостовику центраExample 5. A polycrystalline element was made for use as a support center on precision machines: a cylinder with a diameter of 12 mm, a height of 12 mm with a cone of 60 ° at one of the ends of the cylinder. Natural isometric diamond powders with a grain size of 250/200 and natural micropowders with a grain size of 63/50 were taken. Fine powders were coated with chromium about 4 microns thick. The powders were placed in a glass made of steel 45, which was installed in graphite form. Diamond grains were compacted with the application of vibrations with a frequency of 50 Hz. The impregnation was performed with L63 brass alloyed with 4% titanium at a temperature of 980 ° C in vacuum for 5 minutes. An element was obtained with a volumetric content of diamond powders of 82%. Pore filling in the entire volume of the diamond layer is complete. The element was fastened with PSR40KD silver solder to the center shank.

Пример 6. Изготавливали режущий элемент с высотой рабочего слоя h=5 мм, Н×Н=210×210 мм для точения легированного чугуна по корке. Брали порошки кубического нитрида бора зернистостью 400/315 и алмазные порошки зернистостью 100/80 с покрытием из никеля толщиной около 3 мкм, нанесенным химическим путем. Порошки укладывали в керамическую форму из окиси циркония, стенки которой смазывали гексагональным нитридом бора. После уплотнения порошков их пропитывали кремнием при температуре 1550°С в течение 3 мин. Объемное содержание абразивных зерен составило 84%. Элемент имел полное заполнение пор.Example 6. A cutting element was made with a working layer height h = 5 mm, N × N = 210 × 210 mm for turning alloy cast iron over the crust. Powders of cubic boron nitride with a grit of 400/315 and diamond powders with a grit of 100/80 with a nickel coating about 3 microns thick chemically deposited were taken. The powders were placed in a ceramic form of zirconium oxide, the walls of which were lubricated with hexagonal boron nitride. After compaction of the powders, they were impregnated with silicon at a temperature of 1550 ° C for 3 min. The volume content of abrasive grains was 84%. The element had full pore filling.

Таким образом, нанесение покрытия, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, на абразивные порошки только мелкой зернистости позволяет увеличить высоту рабочего слоя элемента и объемное содержание абразивных порошков в готовом изделии.Thus, the coating, wetted by impregnating metals or alloys, on abrasive powders of only fine grain size allows to increase the height of the working layer of the element and the volumetric content of abrasive powders in the finished product.

Claims (12)

1. Способ изготовления поликристаллических элементов, включающий приготовление смеси из абразивных порошков крупной зернистости и из порошков одной или двух мелких зернистостей, размещение смеси в форме, уплотнение и пропитку ее металлами или сплавами, отличающийся тем, что в качестве порошков по меньшей мере одной мелкой зернистости берут порошки, поверхность которых удовлетворяет условию смачиваемости пропиточными металлами или сплавами.1. A method of manufacturing polycrystalline elements, comprising preparing a mixture of coarse-grained abrasive powders and from powders of one or two fine grains, placing the mixture in a mold, compacting and impregnating it with metals or alloys, characterized in that as powders of at least one fine grain powders are taken whose surface satisfies the wettability condition by impregnating metals or alloys. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошков по меньшей мере одной мелкой зернистости берут абразивные порошки, на поверхность которых нанесено покрытие из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.2. The method according to claim 1, characterized in that the powders of at least one fine grain take abrasive powders, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошков по меньшей мере одной мелкой зернистости берут порошки, изготовленные из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.3. The method according to claim 1, characterized in that as powders of at least one fine grain take powders made of a material wetted by impregnating metals or alloys. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве порошков, изготовленных из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, берут металлические порошки.4. The method according to claim 3, characterized in that as powders made from a material wetted by an impregnating metal or alloy, take metallic powders. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят из абразивных порошков крупной зернистости и из абразивных порошков одной мелкой зернистости, поверхность которых снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.5. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from abrasive powders of coarse grain and from abrasive powders of one fine grain, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят из абразивных порошков крупной зернистости и из абразивных порошков двух мелких зернистостей, при этом поверхность порошков одной из мелких зернистостей снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.6. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from abrasive powders of coarse granularity and from abrasive powders of two fine granularities, while the surface of the powders of one of the fine granularities is provided with a coating of a material wetted by impregnating metals or alloys. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят из абразивных порошков крупной зернистости и из абразивных порошков двух мелких зернистостей, поверхность которых снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.7. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from abrasive powders of coarse granularity and from abrasive powders of two fine granularities, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовят смесь из абразивных порошков крупной зернистости и из порошков одной мелкой зернистости, в качестве которых берут порошки, изготовленные из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.8. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from abrasive powders of coarse grain and powders of one fine grain, which are powders made of a material wetted by impregnating metals or alloys. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят из абразивных порошков крупной зернистости и из порошков двух мелких зернистостей, при этом в качестве порошков одной мелкой зернистости берут абразивные порошки без покрытия, а в качестве порошков второй мелкой зернистости берут порошки, изготовленные из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.9. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from coarse-grained abrasive powders and from two fine-grained powders, while uncoated abrasive powders are used as fine-grained powders, and powders are taken as second fine-grained powders, made of a material wetted by impregnating metals or alloys. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь готовят из абразивных порошков крупной зернистости и из порошков двух мелких зернистостей, при этом в качестве порошков одной мелкой зернистости берут абразивные порошки, поверхность которых снабжена покрытием из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами, а в качестве порошков второй мелкой зернистости берут порошки, изготовленные из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.10. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is prepared from coarse-grained abrasive powders and from two fine-grained powders, while abrasive powders, the surface of which is coated with a material wetted by impregnating metals or alloys, are taken as fine-grained powders and as powders of the second fine grain take powders made of a material wetted by impregnating metals or alloys. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь порошков помещают в форму, имеющую по меньшей мере одну пару противолежащих боковых стенок, выполненных из материала, смачиваемого пропиточными металлами или сплавами.11. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of powders is placed in a mold having at least one pair of opposite side walls made of a material wetted by impregnating metals or alloys. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве абразивных порошков по меньшей мере одной мелкой зернистости берут порошки из группы: алмаз и кубический нитрид бора. 12. The method according to claim 1, characterized in that as abrasive powders of at least one fine grain take powders from the group: diamond and cubic boron nitride.
RU2007119326/02A 2007-05-24 2007-05-24 Manufacturing method of polycrystalline elements RU2354731C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119326/02A RU2354731C2 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Manufacturing method of polycrystalline elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007119326/02A RU2354731C2 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Manufacturing method of polycrystalline elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007119326A RU2007119326A (en) 2008-11-27
RU2354731C2 true RU2354731C2 (en) 2009-05-10

Family

ID=41020204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007119326/02A RU2354731C2 (en) 2007-05-24 2007-05-24 Manufacturing method of polycrystalline elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2354731C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007119326A (en) 2008-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Konstanty Powder metallurgy diamond tools
US7585342B2 (en) Polycrystalline superabrasive composite tools and methods of forming the same
US6830598B1 (en) Molten braze coated superabrasive particles and associated methods
US3871840A (en) Abrasive particles encapsulated with a metal envelope of allotriomorphic dentrites
CN104057404B (en) A kind of multiple grinding three-dimensional for preparing sintered carbide tools works in coordination with arrangement method
US5505748A (en) Method of making an abrasive compact
KR100371979B1 (en) Abrasive tool, dressing tool and method of manufacturing the dressing tool
CA1050482A (en) Lubricant packed wire drawing dies
KR101072382B1 (en) Granite slabs cut with frame saw employing blades with diamond-containing segments and method of cutting thereof
JPH0456790B2 (en)
WO2004029310A2 (en) Molten braze-coated superabrasive particles and associated methods
US20090283335A1 (en) Impregnated drill bits and methods of manufacturing the same
JP2000054007A (en) Diamond-sintered body and its production
US5022894A (en) Diamond compacts for rock drilling and machining
JP2000512219A (en) Polishing tool having patterned coarse particle distribution and method of manufacturing the same
Mao et al. Wear performance of the Fe-Ni-WC-based impregnated diamond bit with Mo2C-coated diamonds: Effect of the interface layer
RU2354731C2 (en) Manufacturing method of polycrystalline elements
JP2003181765A (en) Porous supergrain grinding stone and method for manufacturing the same
US8360046B2 (en) Cutting tip, method for making the cutting tip and cutting tool
RU2594923C2 (en) Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing
JPS606356A (en) Sintered minute short fiber abrasive
RU2484941C1 (en) Method of making cutting elements from superhard materials
KR20190074295A (en) Metal hybrid grinding wheel with coated filler particles
RU2364496C1 (en) Method for production of composite materials
RU2092301C1 (en) Method of production of abrasive tools

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090525

HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180525

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200303