RU59473U1

RU59473U1 - ABRASIVE INSTRUMENT OF THE INCREASED CONCENTRATION OF GRAINS

Info

Publication number: RU59473U1
Application number: RU2006104286/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Сухонос
Original assignee: Сергей Иванович Сухонос
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2006-12-27

Abstract

Полезная модель относится к абразивным, режущим, сверлильным, шлифовальным и буровым инструментам, изготавливаемых на основе смеси абразивных зерен и металлической связки. Сущность: в абразивных инструментах на металлической связке процентное содержание абразивных зерен составляет от 50% до 95% от объема рабочей части инструмента, а остальное пространство заполнено связующим материалом. Поверхность всех зерен предварительно покрывается тонким слоем металла (от 1 мкм и выше). Покрытие металла настолько проникающее, что обеспечивается адгезия не менее 5 МПа. Укладка зерен в форму такова, что каждое зерно входит в непосредственный контакт с максимально большим числом других зерен, во всяком случае, количество контактов у любого зерна должно быть более 4-х, что обеспечивает более высокую плотность укладки зерен (более высокую концентрацию). При этом толщина контакта зерна с другими зернами равна толщине слоя связующего металла. Поверхность инструмента имеет регулярные (например, спиральной формы) и нерегулярные выступы любой высоты и конфигурации, которые обеспечивают лучший отвод отработанного материала, более эффективную обработку и лучшие условия для охлаждения. Технический результат: повышается качество рабочих свойств абразивных инструментов, шлифовальных инструментов, буров увеличивается их производительность и ресурс.The utility model relates to abrasive, cutting, drilling, grinding and drilling tools made on the basis of a mixture of abrasive grains and a metal bond. Essence: in abrasive tools with a metal bond, the percentage of abrasive grains is from 50% to 95% of the volume of the working part of the tool, and the rest of the space is filled with a binder material. The surface of all grains is preliminarily coated with a thin layer of metal (from 1 μm and above). The metal coating is so penetrating that adhesion of at least 5 MPa is ensured. The laying of the grains in the form is such that each grain comes into direct contact with the largest possible number of other grains, in any case, the number of contacts of any grain should be more than 4, which provides a higher density of laying of grains (higher concentration). The thickness of the contact of the grain with other grains is equal to the thickness of the binder metal layer. The surface of the tool has regular (for example, spiral form) and irregular protrusions of any height and configuration, which provide better removal of waste material, more efficient processing and better cooling conditions. Effect: improves the quality of the working properties of abrasive tools, grinding tools, drills increases their productivity and resource.

Description

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

Устройство относится к абразивным, шлифовальным, сверлильным и буровым инструментам, изготавливаемых на основе смеси абразивных зерен и металлической связки.The device relates to abrasive, grinding, drilling and drilling tools made on the basis of a mixture of abrasive grains and a metal bond.

Инструменты, изготавливаемые таким образом, могут быть использованы для резки, сверления, шлифования, бурения различных материалов и поверхностей.Tools manufactured in this way can be used for cutting, drilling, grinding, drilling various materials and surfaces.

Абразивные инструменты состоят из рабочей части, выполненной из распределенной по ее объему смеси связанных посредством металлического связующего абразивных зерен (в основном, алмазных), и держателя или отверстия для вставки держателя, расположенных в ее центральной зоне.Abrasive tools consist of a working part made of a mixture of abrasive grains (mainly diamond) bonded by a metal binder distributed over its volume and a holder or a hole for inserting the holder located in its central zone.

К абразивным инструментам по данному устройству следует относить любые боры, сверла, фрезы, абразивные и шлифовальные круги, буры и пр. инструменты, в рабочей части которых присутствуют абразивные частицы абразивных материалов.The abrasive tools for this device should include any burs, drills, mills, abrasive and grinding wheels, drills and other tools, in the working part of which there are abrasive particles of abrasive materials.

Абразивные материалы, используемые для изготовления инструмента, это твердые частицы (зерна) различного состава: алмаз (природный и искусственный), электрокоруд, корунд, карбид кремния, карбид бора и другие известные в абразивной отрасли зернистые материалы, размеры частиц которых в диапазоне от 1 до 2000 мкм.The abrasive materials used to make the tool are solid particles (grains) of various compositions: diamond (natural and artificial), electrical equipment, corundum, silicon carbide, boron carbide and other granular materials known in the abrasive industry, particle sizes of which are in the range from 1 to 2000 microns.

Известны металлоабразивные инструменты (Авторское свидетельство СССР N 1703718, кл. С 25 D 5/02, 1989. 2. Авторское свидетельство СССР N 1705052, кл. В 24 D 3/34, 1988.), получаемые электрохимическими методами или спеканием, в том числе горячей допрессовкой порошковых заготовок в различных защитных средах. Применяемые для этой цели технологии из-за большого количества переменных факторов затрудняют стабильность основных параметров при серийном производстве, что в ряде случаев снижает качество изготовляемых инструментов.Metal-abrasive tools are known (USSR Author's Certificate N 1703718, class C 25 D 5/02, 1989. 2. USSR Author's Certificate N 1705052, class B 24 D 3/34, 1988.) obtained by electrochemical methods or sintering, including the number of hot pressing powder blanks in various protective environments. The technologies used for this purpose, due to the large number of variable factors, impede the stability of the main parameters in mass production, which in some cases reduces the quality of the manufactured tools.

Абразивные зерна этого инструмента предварительно не покрыты металлом, который бы проникал во все дефекты и поры поверхности абразивного зерна и создавал переходный слой для металла связки. Отсутствует и диффузионный слой между связкой и металлом покрытия.The abrasive grains of this tool are not previously coated with metal, which would penetrate into all defects and pores of the surface of the abrasive grain and create a transition layer for the metal of the binder. There is also no diffusion layer between the bond and the coating metal.

Все это снижает прочность удержания зерен в инструменте, следовательно, снижает износостойкость.All this reduces the strength of the retention of grains in the tool, therefore, reduces wear resistance.

Известен абразивный инструмент (Авторское свидетельство СССР N 2042499, кл. В 24 D 17/00,1995.), который содержит держатель, жестко скрепленный с рабочей частью, выполненной в виде смеси абразивных алмазных зерен и частиц наполнителя с металлическим связующим.A known abrasive tool (USSR Author's Certificate N 2042499, class B 24 D 17 / 00,1995.), Which contains a holder rigidly attached to the working part, made in the form of a mixture of abrasive diamond grains and filler particles with a metal binder.

Его недостатком является потеря рабочих свойств при выкрашивании с поверхности рабочей части алмазных зерен. Кроме того, в случае образования пустот и каверн при выкрашивании в теле инструмента снижается его износостойкость и производительность. Недостатки этого метода также состоят в том, что абразивные зерна предварительно смешиваются с металлической связкой и прессуются, что исключает предельно плотное заполнение формой зернами, т.к. часть пространства при прессовании исходно будет занимать металл связки. Следовательно, данный инструмент будет обладать меньшей производительностью и износостойкостью, чем заявляемый. Абразивные зерна предварительно не покрыты металлом, который бы проникал во все дефекты и поры поверхности абразивного зерна и создавал переходный слой для металла связки. Отсутствует и диффузионный слой между связкой и металлом покрытия. Все это снижает прочность удержания зерен в инструменте, следовательно, снижает износостойкость. Понижение концентрации за счет введения порошковой связки и прессования снижает производительность инструмента. Известен патент РФ №2240914 на абразивный инструмент, содержащий скрепленные друг с другом черновой и чистовой круги, состоящие из абразивных зерен и связующего вещества, новым является то, что в связующее вещество дополнительно введены полые сферические частицы в количестве 40-50% от занимаемого им объема инструмента, абразивные зерна в компактном состоянии образуют плотную упаковку и занимают 50-65% от объема инструмента, органическое связующее - 35-50% от объема инструмента, при этом в черновом круге размер абразивных зерен равен 1000-1600 мкм, полых сферических частиц - 50-80 мкм, а в чистовом - 400-500 мкм и 20-25 мкм соответственно. Недостатком этого инструмента является то обстоятельство, что органическое связующее не может обладать высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью, что снижает износостойкость самого инструмента. Зерна абразива не имеют диффузионной связи со связующим, по сути дела закреплены механически в связке. Кроме того, сферические частицы, введенные в органическую связку, представляют собой микродефекты, которые дополнительно ослабляют ее прочность. Изобретение относится к очень узкой области использования, т.к. предполагает применение абразивных частиц только ограниченного диапазона зернистостей - от 1000 до 1600 мкм. Очевидно, что для тонкого сверления, или, например, чистового шлифования такие зернистости неприменимы. Невозможно изготовить из такой смеси и тонкостенные абразивные сверла, инструменты с острой и тонкой кромкой.Its disadvantage is the loss of working properties when chipping diamond grains from the surface of the working part. In addition, in the case of the formation of voids and cavities during chipping in the tool body, its wear resistance and productivity are reduced. The disadvantages of this method are that the abrasive grains are pre-mixed with a metal binder and pressed, which excludes extremely dense filling of the form with grains, because part of the space during pressing will initially be occupied by the metal of the bundle. Therefore, this tool will have less performance and wear resistance than the claimed. Abrasive grains are not previously coated with metal, which would penetrate into all defects and pores of the surface of the abrasive grain and create a transition layer for the metal of the binder. There is also no diffusion layer between the bond and the coating metal. All this reduces the strength of the retention of grains in the tool, therefore, reduces wear resistance. Lowering the concentration due to the introduction of a powder binder and pressing reduces the productivity of the tool. Known RF patent No. 2240914 for an abrasive tool containing bonded rough and finish circles, consisting of abrasive grains and a binder, new is that hollow spherical particles are additionally introduced into the binder in an amount of 40-50% of the volume it occupies tools, abrasive grains in a compact state form a dense package and occupy 50-65% of the tool volume, an organic binder - 35-50% of the tool volume, while in the rough circle the size of the abrasive grains is 1000-1600 microns, floors Spherical Particles - 50-80 microns, and in finishing - 400-500 microns and 20-25 microns respectively. The disadvantage of this tool is the fact that the organic binder cannot have high hardness, wear resistance and heat resistance, which reduces the wear resistance of the tool itself. The abrasive grains do not have a diffusion bond with the binder; in fact, they are mechanically fixed in the bond. In addition, spherical particles introduced into an organic binder are microdefects that further weaken its strength. The invention relates to a very narrow field of use, because involves the use of abrasive particles of only a limited range of grain sizes - from 1000 to 1600 microns. Obviously, for fine drilling, or, for example, fine grinding, such granularities are not applicable. It is impossible to make thin-walled abrasive drills, tools with sharp and thin edges from such a mixture.

Также известен абразивный инструмент (бор) по патенту РФ №2092302, который содержит рабочую часть, выполненную из смеси жестко связанных посредством металлического связующего алмазных зерен и соизмеримых с ними частиц наполнителя, распределенных по ее объему, и держатель, размещенный в центральной зоне рабочей Also known is an abrasive tool (boron) according to the patent of the Russian Federation No. 2092302, which contains a working part made of a mixture of diamond grains rigidly bonded by means of a metal binder and comparable filler particles distributed over its volume, and a holder located in the central zone of the working

части, имеет гнезда, предназначенные для размещения в них алмазных зерен и/или частиц наполнителя, связь алмазных зерен с металлическим связующим выполнена в виде нанесенной на их поверхности металлической пленки покрытия, наружная поверхность рабочей части выполнена шероховатой.parts, has nests designed to accommodate diamond grains and / or filler particles in them, the connection of diamond grains with a metal binder is made in the form of a metal coating film deposited on their surface, the outer surface of the working part is roughened.

Данный инструмент изготовлен из абразивных частиц и металлической связки, которая занимает часть объема инструмента, что снижает его износостойкость и производительность.This tool is made of abrasive particles and a metal bond, which occupies part of the volume of the tool, which reduces its wear resistance and performance.

Абразивные зерна предварительно не покрыты металлом, который бы проникал во все дефекты и поры поверхности абразивного зерна и создавал переходный слой для металла связки. Отсутствует и диффузионный слой между связкой и металлом покрытия. Все это снижает прочность удержания зерен в инструменте, следовательно, снижает износостойкость.Abrasive grains are not previously coated with metal, which would penetrate into all defects and pores of the surface of the abrasive grain and create a transition layer for the metal of the binder. There is also no diffusion layer between the bond and the coating metal. All this reduces the strength of the retention of grains in the tool, therefore, reduces wear resistance.

Также недостатком этого инструмента и всех известных является то, что объем абразивных зерен абразивного покрытия на металлической связке составляет не более 50% от объема рабочей части инструмента (см. Фиг.1), где 1 - абразивные зерна крупной фракции, 2 - связующий материал на металлической связке, 3 - абразивные зерна малой фракции. Поэтому, все вышеуказанные и известные абразивные инструменты на металлической связке обладают пониженной производительностью и износостойкостью. Большая плотность абразива в рабочей части обеспечивает большую износостойкость инструмента. Например, повышение концентрации на 20% ведет к повышению износостойкости на 20%.Another disadvantage of this tool and all known ones is that the volume of abrasive grains of an abrasive coating on a metal bond is not more than 50% of the volume of the working part of the tool (see Figure 1), where 1 is abrasive grain of a large fraction, 2 is a binder material on metal bundle, 3 - abrasive grains of a small fraction. Therefore, all of the above and known abrasive tools on a metal bond have reduced performance and wear resistance. The high density of the abrasive in the working part provides greater wear resistance of the tool. For example, increasing the concentration by 20% leads to an increase in wear resistance by 20%.

Наиболее близким аналогом является патент РФ №2113531, в котором алмазный спеченный материал, имеющий отличные сопротивление разрушению, коррозионную стойкость, теплостойкость и износостойкость, и способный спекаться при сравнительно низком давлении и низкой температуре содержит 50-99,0 об.% алмаза и остальное - связующую фазу, состоящую из единственной или смешанной фазы из соединения или смеси по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов групп IIIБ, IVA и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Мn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, с фосфорным соединением или из вышеописанного соединения или смеси с окисью элемента.The closest analogue is the patent of the Russian Federation No. 2113531, in which a diamond sintered material having excellent fracture resistance, corrosion resistance, heat resistance and wear resistance, and capable of sintering at a relatively low pressure and low temperature contains 50-99.0% vol. Diamond and the rest is a binder phase consisting of a single or mixed phase of a compound or mixture of at least one element selected from the group consisting of rare earth elements of groups IIIB, IVA and VIB of the Periodic table of the elements, metal fishing groups of iron, Mn, V, alkali metals and alkaline earth metals, with a phosphorus compound or from the above compound or mixture with an oxide of an element.

К недостатку данного типа и способа связки абразива относится то обстоятельство, что связующее вещество по патенту РФ №2113531 подвержено ломке и растрескиванию (как показано на Фиг.2), поскольку абразивные зерна не полностью и не равномерно покрываются связующим веществом. Это приводит к износу абразивного покрытия на отдельных частях инструмента и снижению износостойкости инструмента в сравнении с заявляемым изобретением.The disadvantage of this type and method of bonding of the abrasive is the fact that the binder according to the patent of Russian Federation No. 2113531 is susceptible to breaking and cracking (as shown in FIG. 2), since the abrasive grains are not completely and not uniformly coated with a binder. This leads to wear of the abrasive coating on individual parts of the tool and reduce the wear resistance of the tool in comparison with the claimed invention.

К недостаткам способа связки абразива по патенту РФ №2113531 относится недостаточно прочное удержание зерен. А главной причиной повышения износостойкости любого инструмента является более прочное удержание зерен. В обычном инструменте (горячая прессовка) зерна держатся в связке преимущественно механически, и они вырабатывают (по разным оценкам) от 5 до 10% своего ресурса.The disadvantages of the bonding method of the abrasive according to the patent of the Russian Federation No. 2113531 include insufficiently strong grain retention. And the main reason for increasing the wear resistance of any tool is a stronger grain retention. In a conventional tool (hot pressing), grains are held in a bundle mainly mechanically, and they produce (according to various estimates) from 5 to 10% of their resource.

Целью данной полезной модели является повышение производительности и износостойкости инструмента на металлической связке и расширение его конструкционных возможностей.The purpose of this utility model is to increase the productivity and wear resistance of a tool on a metal bond and expand its structural capabilities.

Данная цель достигается за счет того, что процентное содержание абразивных зерен на металлической связке составляет от 50% до 95% от объема рабочей части инструмента (в зависимости от величины абразивных зерен), а остальное пространство заполнено связующим металлом, как показано на Фиг.3. Кроме того, за счет диффузионной прослойки удается на 20-30% прочнее скрепить зерна друг с другом и с металлической связкой и тем самым в среднем в 3 раза повысить ресурс работы абразивного инструмента.This goal is achieved due to the fact that the percentage of abrasive grains on a metal bond is from 50% to 95% of the volume of the working part of the tool (depending on the size of the abrasive grains), and the rest of the space is filled with a binder metal, as shown in Figure 3. In addition, due to the diffusion layer, it is possible to bond the grains with each other and with a metal bond 20-30% more firmly and thereby increase the life of the abrasive tool by an average of 3 times.

В совокупности с более высокой концентрацией эти особенности придают большую износостойкость заявляемому абразивному инструменту.Together with a higher concentration, these features give greater wear resistance to the claimed abrasive tool.

Для придания большей прочности конструкции абразивного инструмента поверхность всех зерен предварительно покрывается тонким слоем металла (от 1 мкм и выше).To give greater structural strength to the abrasive tool, the surface of all grains is preliminarily coated with a thin layer of metal (from 1 μm and above).

Толщина слоя должна быть более 1 мкм, в противном случае могут возникнуть разрывы на поверхности, что приведет к частичному раскрытию зерен и ухудшению условий закрепления зерен в инструменте (как показано на Фиг.2). Покрытие наносится на абразивное зерно (1) при высокой температуре таким образом (см. Фиг.4), чтобы металл (5) проникал во все поры (3) и трещины (4) на поверхности абразивных зерен максимально глубоко, что создает «корневую» систему, удерживающую металлическое покрытие на поверхности.The thickness of the layer should be more than 1 μm, otherwise tears may occur on the surface, which will lead to partial opening of the grains and the deterioration of the conditions for fixing the grains in the tool (as shown in Figure 2). The coating is applied to the abrasive grain (1) at high temperature in such a way (see Figure 4) so that the metal (5) penetrates into all pores (3) and cracks (4) on the surface of the abrasive grains as deep as possible, which creates a “root” a system that holds the metal coating on the surface.

Покрытие металла должно быть настолько проникающим, чтобы обеспечить адгезию слоя не менее 5 МПа. Высокая адгезия обеспечивает более высокую прочность удержания абразивных зерен внутри инструмента.The metal coating must be so penetrating as to ensure adhesion of the layer of at least 5 MPa. High adhesion provides higher retention strength of abrasive grains inside the tool.

В дальнейшем все покрытые таким способом зерна засыпаются в форму, изготавливаемую из материала, температура плавления (или разрушения) которого должна быть выше температуры плавления связующего металла (2), в которую он заливается в расплавленном состоянии, при этом температура плавления этого металла (2) должна быть ниже температуры плавления металла покрытия (5) зерен во избежании его расплавления и обнажения поверхности абразивных зерен.Subsequently, all grains coated in this way are poured into a mold made of a material whose melting (or breaking) temperature should be higher than the melting temperature of the binder metal (2), into which it is poured in the molten state, while the melting temperature of this metal (2) should be lower than the melting temperature of the coating metal (5) of the grains in order to avoid its melting and exposure of the surface of the abrasive grains.

Связующее вещество может являться металлом или сплавом любых металлов, температура плавления которого может быть выше 700 градусов по Цельсию. От того, The binder can be a metal or an alloy of any metals, the melting point of which can be higher than 700 degrees Celsius. From the fact

какой металл используется, зависит температура плавления связки, а, следовательно, ее твердость, износостойкость и термостойкость. Поэтому для получения возможности изготавливать инструменты с требуемым темпом разрушения, необходимо применять различные сплавы с различными физико-механическими характеристиками. Различные темпы разрушения позволяют создать оптимальный режим самозатачивания инструмента в процессе его работы. Все составы связок по данному способу являются ноу-хау и в данной заявке не раскрыты. При этом они отличаются температурой плавления.what metal is used depends on the melting temperature of the binder, and, therefore, its hardness, wear resistance and heat resistance. Therefore, in order to be able to produce tools with the required rate of destruction, it is necessary to use various alloys with different physical and mechanical characteristics. Different rates of destruction allow you to create the optimal mode of self-sharpening the tool during its operation. All compositions of the ligaments of this method are know-how and are not disclosed in this application. However, they differ in melting point.

Связующее вещество является металлом или сплавом любых металлов, температура плавления которого выше 700 градусов по Цельсию.A binder is a metal or alloy of any metals, the melting point of which is above 700 degrees Celsius.

Например, связующее вещество может являться сплавом металлов на основе меди, никеля, фосфора, температура плавления которого от 700 до 800 градусов по Цельсию.For example, a binder can be an alloy of metals based on copper, nickel, phosphorus, the melting point of which is from 700 to 800 degrees Celsius.

Связующее вещество также может являться сплавом металлов на основе меди, никеля и цинка, температура плавления которого от 800 до 900 градусов по Цельсию.The binder can also be an alloy of metals based on copper, nickel and zinc, the melting point of which is from 800 to 900 degrees Celsius.

Связующее вещество также может являться сплавом металлов на основе меди, никеля и германия или сплавом на основе меди, никеля, марганца и олова, температура плавления которого от 900 до 1000 градусов по Цельсию.The binder may also be an alloy of metals based on copper, nickel and germanium or an alloy based on copper, nickel, manganese and tin, the melting point of which is from 900 to 1000 degrees Celsius.

Связующее вещество также может являться сплавом металлов на основе меди, никеля и марганца, температура плавления которого от 1000 до 1100 градусов по Цельсию.The binder can also be an alloy of metals based on copper, nickel and manganese, the melting point of which is from 1000 to 1100 degrees Celsius.

При этом температура плавления металла покрытия всегда выше температуры плавления связующего металла (или сплава).The melting temperature of the coating metal is always higher than the melting temperature of the binder metal (or alloy).

В частности, используемый металл или сплав металлов покрытия имеет температуру плавления выше 1400 градусов по Цельсию. От того, какой металл или сплав используется в качестве покрытия, зависит температура плавления и, соответственно другие характеристик покрытия.In particular, the metal used or the metal alloy of the coating has a melting point above 1400 degrees Celsius. The melting temperature and, accordingly, other characteristics of the coating depend on which metal or alloy is used as a coating.

В частности, может использоваться в качестве покрытия чистый никель или никель с небольшим количеством примесей. В этом случае температура плавления покрытия составляет от 1400 до 1600 градусов по Цельсию.In particular, pure nickel or nickel with a small amount of impurities can be used as a coating. In this case, the melting temperature of the coating is from 1400 to 1600 degrees Celsius.

Также может использоваться в качестве покрытия чистый хром, или хром с небольшим количеством примесей. В этом случае температура плавления покрытия составляет от 1600 до 1650 градусов по Цельсию.Pure chromium, or chromium with a small amount of impurities, can also be used as a coating. In this case, the melting temperature of the coating is from 1600 to 1650 degrees Celsius.

Также может использоваться в качестве покрытия чистый молибден, или молибден с небольшим количеством примесей. В этом случае температура плавления покрытия составляет от 1600 до 2400 градусов по Цельсию.Pure molybdenum, or molybdenum with a small amount of impurities, can also be used as a coating. In this case, the melting temperature of the coating is from 1600 to 2400 degrees Celsius.

Также может использоваться в качестве покрытия чистый вольфрам, или вольфрам с небольшим количеством примесей. В этом случае температура плавления покрытия составляет от 2400 до 3500 градусов по Цельсию.Pure tungsten, or tungsten with a small amount of impurities, can also be used as a coating. In this case, the melting temperature of the coating is from 2400 to 3500 degrees Celsius.

Выбор конкретного металла для использования в качестве покрытия зависит от требований, предъявляемых к инструменту. Чем выше температура плавления покрытия, тем более высокую температуру плавления можно задать для связующего металла (сплава). А поскольку при заданной марке абразива термостойкость и твердость инструмента зависит от связующего металла, то чем выше температура его плавления, тем выше можно получить твердость и термостойкость инструмента в целом. Более высокая твердость рабочей части обеспечивает более высокую износостойкость инструмента. Однако не во всех случаях высокая твердость инструмента дает положительный эффект. Например, при использовании абразивного инструмента в качестве сверлильного, необходимо достаточно большое пространство между зернами, в которое мог бы уходить шлам (отработанный мелкодисперсный материал). Но при высокой твердости связующего материала это может и не достигаться по причине того, что изнашивание связки между зернами требует больших давлений, которые не всегда допустимы при сверлении хрупкого материала. В этом случае износ связки происходит медленно и не образуется достаточно свободного пространства для отвода шлама. Шлам скапливается в зоне резания, которая представляет собой глухую кольцевую полость и препятствует контакту абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью. Из-за этого процесс сверления может прекратиться, превращаясь в процесс скольжения по слою шлама. Если же выбрать правильную твердость связки, которая обеспечит оптимальное изнашивание металла в пространстве между зернами, шлам уходит в образовавшиеся полости и не препятствует сверлению.The choice of a specific metal for use as a coating depends on the requirements of the tool. The higher the melting temperature of the coating, the higher the melting temperature can be set for the binder metal (alloy). And since, for a given abrasive grade, the heat resistance and hardness of the tool depend on the binder metal, the higher its melting temperature, the higher the hardness and heat resistance of the tool as a whole. Higher hardness of the working part provides higher wear resistance of the tool. However, not in all cases the high hardness of the tool gives a positive effect. For example, when using an abrasive tool as a drilling tool, a sufficiently large space between the grains is needed, into which the sludge could go (spent fine material). But with a high hardness of the binder material, this may not be achieved due to the fact that the wear of the binder between the grains requires high pressures, which are not always acceptable when drilling brittle material. In this case, the ligament wear is slow and there is not enough free space to drain the sludge. The sludge accumulates in the cutting zone, which is a blind annular cavity and prevents the abrasive grains from contacting the surface being treated. Because of this, the drilling process may stop, turning into a sliding process along the slurry layer. If you choose the correct hardness of the bond, which will ensure optimal wear of the metal in the space between the grains, the sludge goes into the formed cavity and does not interfere with drilling.

Заливка связующим металлом в расплавленном состоянии обеспечивает лучшее сцепление его с поверхностью абразивных зерен, так как в расплавленном состоянии металл, во-первых, лучше проникает в структуру поверхности абразивных зерен, а, во-вторых, образует более прочный диффузионный слой с металлом покрытия зерен (5). Укладка зерен в форму такова (см. Фиг.3), что каждое зерно входит в непосредственный контакт с максимально большим числом других зерен, во всяком случае, количество контактов у любого зерна должно быть более 2-х, что обеспечивает более высокую плотность укладки зерен (более высокую концентрацию). При этом толщина контактной зоны между зернами равна толщине двух слоев металла покрытия (5). Предпочтительным является вариант, когда внутри абразивного инструмента любое зерно состоит в контакте как минимум с четырьмя другими зернами, и толщина контактной зоны не превышает толщины двух слоев металла покрытия. Также предпочтительным является вариант, когда зерна абразива имеют в среднем более восьми контактов с соседними зернами.Filling with a binder metal in the molten state provides better adhesion to the surface of abrasive grains, since in the molten state the metal, firstly, penetrates better into the surface structure of abrasive grains, and, secondly, forms a more durable diffusion layer with the grain coating metal ( 5). The laying of the grains in a form is such (see Figure 3) that each grain comes into direct contact with the largest possible number of other grains, in any case, the number of contacts of any grain should be more than 2, which ensures a higher density of laying of grains (higher concentration). The thickness of the contact zone between the grains is equal to the thickness of two layers of the coating metal (5). It is preferable that inside the abrasive tool any grain is in contact with at least four other grains, and the thickness of the contact zone does not exceed the thickness of the two layers of coating metal. It is also preferred that the abrasive grains have an average of more than eight contacts with adjacent grains.

Для определенных видов работ инструмента наиболее предпочтительным является вариант укладки в основном симметричных абразивных зерен, имеющих сфероподобную For certain types of work of the tool, the most preferred option is the laying of mostly symmetrical abrasive grains having a sphere-like

форму, когда достигается количество контактов равное 12 (3 зерна контачат с каждым зерном снизу, 3 зерна - сверху и 6 зерен - по бокам). Такая укладка зерен абразива обеспечивает предельное количество контактов зерен друг с другом, что придает структуре инструмента однородность и монолитность. Плотность укладки достигается специальной процедурой, например, с помощью вибрации формы со свободно насыпанными в нее зернами. При этом, одним из вариантов вибрационной укладки зерен, применяемых в том случае, когда зерна абразива имеют вытянутую, например, эллиптичную форму, (в другом случае - игольчатую, которая обеспечивает их более высокую абразивную способность), является вариант вибрации, когда амплитуда, частота и пространственная направленность вибрационных импульсов подбирается по специальной формуле, (известной заявителю, но не раскрывающейся в данном изобретении, поскольку она является предметом ноу-хау), позволяющей создать не только плотнейшую упаковку зерен в форме, но и придать им оптимальную для каждого конкретного вида инструмента пространственную ориентацию. Абразивные зерна, имеющие подобную вытянутую форму, ориентированы внутри рабочей части инструмента определенным образом. Зерна внутри рабочей части инструмента могут быть максимально уплотнены и среднее расстояние (с дисперсией не более 25%) между зернами точно соответствует среднему диаметру зерен основной фракции.shape when the number of contacts equal to 12 is reached (3 grains contact each grain from below, 3 grains from above and 6 grains from each side). Such stacking of abrasive grains provides a limit on the number of grain contacts with each other, which makes the tool structure uniform and monolithic. The packing density is achieved by a special procedure, for example, by means of vibration of a mold with grains freely poured into it. At the same time, one of the options for the vibrational laying of grains used in the case when the abrasive grains have an elongated, for example, elliptical shape (in another case, needle-shaped, which provides their higher abrasive ability), is a variant of vibration, when the amplitude, frequency and the spatial orientation of the vibrational pulses is selected according to a special formula (known to the applicant, but not disclosed in this invention, since it is the subject of know-how), allowing to create not only the densest package Patent Application in the form of grain, but also to give them the optimum for each particular type of the spatial orientation of the tool. Abrasive grains having a similar elongated shape are oriented in a certain way inside the working part of the tool. The grains inside the working part of the tool can be maximally compacted and the average distance (with a dispersion of no more than 25%) between grains exactly corresponds to the average grain diameter of the main fraction.

Более высокая концентрация абразивных зерен обеспечивает более высокую производительность работы инструмента при прочих равных условиях по сравнению с инструментом с менее высокой концентрацией. Кроме того, за счет большего количества абразивных зерен в том же объеме ресурс инструмента при всех остальных прочих условиях возрастает. Кроме того, за счет прочного сцепления металла покрытия с абразивным зерном и наличия переходного диффузного слоя между этим металлом (5) и металлом связки (2), абразивные зерна лучше удерживаются внутри тела инструмента, что обеспечивает следующие положительные свойства: больший ресурс работы каждого отдельного зерна, что повышает общий ресурс инструмента, более высокую кромкостойкость, что позволяет производить инструменты с очень острыми рабочими кромками (вплоть до толщины одного абразивного зерна), более длительное сохранение заданной исходной формы инструмента.A higher concentration of abrasive grains provides a higher productivity of the tool ceteris paribus compared to a tool with a lower concentration. In addition, due to a larger number of abrasive grains in the same volume, the tool resource under all other other conditions increases. In addition, due to the strong adhesion of the coating metal to the abrasive grain and the presence of a transitional diffuse layer between this metal (5) and the binder metal (2), the abrasive grains are better retained inside the tool body, which provides the following positive properties: a longer service life of each individual grain , which increases the total tool life, higher edge resistance, which allows the production of tools with very sharp working edges (up to the thickness of one abrasive grain), a longer preservation is specified the original form of the instrument.

Поверхности инструмента можно придавать регулярные (например, спиральной формы) и нерегулярные выступы любой высоты и конфигурации, которые обеспечивают лучший отвод отработанного материала, более эффективную обработку и лучшие условия для охлаждения. При этом ширина выступов может уменьшаться по направлению к рабочей поверхности до размеров одного абразивного зерна, используемого для изготовления данного инструмента, что позволяет создавать лезвийный инструмент из абразивных The surface of the tool can be given regular (for example, spiral shape) and irregular protrusions of any height and configuration, which provide better removal of waste material, more efficient processing and better cooling conditions. In this case, the width of the protrusions can be reduced in the direction of the working surface to the size of one abrasive grain used for the manufacture of this tool, which allows you to create a blade tool from abrasive

зерен. А прочное диффузионное сцепление зерен на вершинах рабочих выступов обеспечивает продолжительную их работу, предотвращая их быстрое выкрашивание. Один из вариантов инструмента предусматривает, что вершины всех абразивных зерен на поверхности расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения. Подобное расположение обеспечивает минимальную вибрацию в процессе работы инструмента, равномерное участие всех зерен в работе и регулярный по всей поверхности характер съема обрабатываемой поверхности (отсутствие отдельных царапин и сколов). Вращающийся абразивный инструмент может выполняться с отверстиями в рабочей части, которые могут располагаться как перпендикулярно по отношению к оси вращения, так и под различными углами.grains. A strong diffusion cohesion of grains on the tops of the working protrusions ensures their long operation, preventing their rapid chipping. One of the options for the tool provides that the vertices of all abrasive grains on the surface are located at the same distance from the axis of rotation. Such an arrangement provides minimal vibration during the operation of the tool, uniform participation of all grains in the work and the nature of the removal of the treated surface that is regular over the entire surface (the absence of individual scratches and chips). A rotating abrasive tool can be made with holes in the working part, which can be located perpendicular to the axis of rotation, and at different angles.

Например, цилиндрическая фреза может иметь половину отверстий расположенных по направлению вращения, а другую половину в противоположную сторону, что позволяет одновременно через первые отверстия отводить образовавшийся шлам, а через второе -подавать охлаждающую жидкость.For example, a cylindrical cutter may have half of the holes located in the direction of rotation, and the other half in the opposite direction, which allows you to simultaneously drain the resulting slurry through the first holes, and to supply coolant through the second.

Вращающийся абразивный инструмент может иметь многослойную (по высоте) конструкцию, состоящую из нескольких различных абразивных составов. Каждый из которых выполняет свой вид обработки, а между ними нет никакого зазора или прослойки, т.к. они изготавливаются одновременно в одной форме. Например - сверло-зенкер выполняет работу по сверлению материала, а зенкер - по формированию фаски. Сверло имеет зернистость, например, 200 мкм, а зенкере, например - 125 мкм. Способ изготовления заключается в том, что в форму сначала засыпают точно отмерянное количество зерен 200 мкм, затем заливают специальным составом, образующим тонкий слой, исключающий перемешивание слоев при засыпке и вибрационном уплотнении второго слоя. Залитая прослойка, образует тонкую пленку, удерживающую нижний слой зерен от перемешивания с верхним слоем, а в процессе нагрева формы перед процессом спекания данная прослойка испаряется. Абразивный инструмент может иметь любую необходимую высоту тонкого слоя или стенки, т.к. зерна сначала свободно засыпаются, без прессования, которое всегда сопровождается арочным эффектом, что накладывает ограничения на возможность изготовления тонких стенок большой высоты. Толщина слоя или стенки (h) может быть от диаметра 3 зерен (и более), а высота требуемой конструкционной величины. Данная возможность изготавливать объемно-заполненный абразивный инструмент с тонкими стенками (не толще трех диаметров зерен, h≥3d, где d - диаметр абразивных зерен основной фракции) обеспечивает в случае периферийной фрезы точного размера экономию абразива, в случае сверла - высокое сверло с относительно тонкими стенками, что экономит зерна, энергию при сверлении (тоньше рез) и позволяет сверлить тонкие и хрупкие пластины на весу без угрозы из раздавливания (поломки). При этом высота L A rotating abrasive tool may have a multilayer (height) structure consisting of several different abrasive compounds. Each of which performs its own type of processing, and between them there is no gap or layer, because they are made simultaneously in one form. For example, a core drill performs work on drilling material, and a core drill performs chamfering. The drill has a grain size, for example, 200 microns, and a countersink, for example - 125 microns. The manufacturing method consists in the fact that the accurately measured quantity of grains of 200 microns is first poured into the mold, then it is poured with a special composition that forms a thin layer, which excludes mixing of the layers during filling and vibration compaction of the second layer. The flooded layer forms a thin film that holds the lower layer of grains from mixing with the upper layer, and during the heating of the mold before the sintering process, this layer evaporates. The abrasive tool can have any required height of a thin layer or wall, because the grains are first filled freely, without pressing, which is always accompanied by an arched effect, which imposes restrictions on the possibility of manufacturing thin walls of large height. The thickness of the layer or wall (h) may be from the diameter of 3 grains (or more), and the height of the required structural value. This ability to produce a volume-filled abrasive tool with thin walls (not thicker than three grain diameters, h≥3d, where d is the diameter of the abrasive grains of the main fraction) provides for an abrasive in the case of a peripheral mill with an exact size, in the case of a drill, a high drill with relatively thin walls, which saves grain, energy during drilling (thinner cuts) and allows you to drill thin and brittle plates on weight without the threat of crushing (breakage). Moreover, the height L

(или/и длина) рабочей части инструмента определяется строго по формуле L=k*h, где коэффициент k может варьироваться от 5 до 500.(or / and length) of the working part of the tool is determined strictly by the formula L = k * h, where the coefficient k can vary from 5 to 500.

В случаях, когда необходимо создавать инструмент с выступами на рабочей поверхности, диски, тонкостенные сверла, во избежание забивания рабочей поверхности отработанным материалом необходимо выбирать толщину (h) выступов (дисков, стенок сверл) по следующей формуле: h=3d, где d - диаметр абразивных зерен (со слоем покрытия) основной фракции рабочей части инструмента. Вариант использования инструмента для тонких периферийных дисков - резка минимальной толщины и большой глубины без сколов и с чистой поверхностью. Отсутствие сколов и чистота среза обеспечивается регулярной укладкой зерен и равноудаленностью их вершин от плоскости вращения диска. При такой форме кромки (толщиной ровно в 3 диаметра абразивного зерна) обеспечивается гарантированное отсутствие возможности забивания ее поверхности, т.к. после некоторого стартового режима работы боковые зерна срываются и кромка приобретает заостренный (до толщины одного зерна) вид. При наличии металлического и неметаллического держателя (сделанного, например, из композита или керамики), на котором крепится рабочая абразивная часть, его поверхность имеет регулярные и не регулярные выступы и впадины любых размеров и конфигурации, которые обеспечивают большую площадь контакта, и/или замковое крепление (например, ласточкин хвост (Фиг.5), что повышает силу как механического, так и диффузного сцепления между рабочей частью (6) и держателем (7). При этом поверхность держателя может выполняться с заданной шероховатостью, размер которой соизмерим (чуть больше) размеров абразивных зерен, что обеспечивает, во-первых, увеличение площади контакта, а во-вторых, создает дополнительное препятствие для отрыва рабочей части от держателя в процессе рабочего вращения, т.к. зерна входящие в углубления создают чисто механическое сопротивление прокручиванию. При этом между металлом связки и материалом держателя образуется диффузионный слой в процессе изготовления инструмента, что обеспечивается подбором соответствующих материалов и режимов изготовления. Диффузионный слой обеспечивает более прочное удержание рабочей части на держателе. Абразивные зерна с вышеописанным типом покрытия созданы заявителем, и их внешний вид на различных типах покрытия показан на Фиг.6, где 8 - абразивные зерна с покрытием, 1 - голое абразивное зерно (в данном случае алмаза) для сравнения. Технологией изготовления таких инструментов с повышенной плотностью абразивных зерен владеет заявитель, она не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыта.In cases where it is necessary to create a tool with protrusions on the working surface, disks, thin-walled drills, in order to avoid clogging of the working surface with waste material, it is necessary to choose the thickness (h) of the protrusions (disks, drill walls) according to the following formula: h = 3d, where d is the diameter abrasive grains (with a coating layer) of the main fraction of the working part of the tool. A variant of using the tool for thin peripheral disks is cutting a minimum thickness and great depth without chips and with a clean surface. The absence of chips and the cleanliness of the cut is ensured by the regular laying of grains and the equidistance of their vertices from the plane of rotation of the disk. With this shape of the edge (exactly 3 diameters of abrasive grain thickness), there is a guaranteed absence of the possibility of clogging its surface, because after a certain starting mode of operation, the lateral grains break down and the edge acquires a pointed (up to the thickness of one grain) appearance. In the presence of a metal and non-metallic holder (made, for example, of composite or ceramic), on which the working abrasive part is attached, its surface has regular and non-regular protrusions and depressions of any size and configuration that provide a large contact area, and / or lock fastening (for example, dovetail (Figure 5), which increases the strength of both mechanical and diffuse adhesion between the working part (6) and the holder (7). Moreover, the surface of the holder can be made with a given roughness, size which is comparable (slightly larger) to the size of the abrasive grains, which ensures, firstly, an increase in the contact area, and secondly, creates an additional obstacle for the working part to be torn from the holder during working rotation, since the grains entering the recesses create purely mechanical resistance to rolling, while a diffusion layer forms between the binder metal and the holder material during the manufacturing process of the tool, which is ensured by the selection of appropriate materials and manufacturing modes. The diffusion layer provides a stronger retention of the working part on the holder. Abrasive grains with the type of coating described above were created by the applicant, and their appearance on various types of coatings is shown in FIG. 6, where 8 are coated abrasive grains, 1 is bare abrasive grain (in this case, diamond) for comparison. The manufacturing technology of such tools with an increased density of abrasive grains is owned by the applicant, it is not subject to patent protection and, therefore, is not disclosed in the application materials.

Другой вариант нанесения слоя покрытия металла на абразивные зерна применяется в том случае, когда зерна абразива имеют поверхность без трещин, пор и дефектов. В этом случае применяется специальная технология нанесения металла покрытия (также не являющейся предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрывающейся), при которой в зоне контакта металл с поверхность абразивного зерна образуется диффузный слой, который обеспечивает прочное сцепление за счет физико-химических связей.Another option for applying a metal coating layer to abrasive grains is used when the abrasive grains have a surface without cracks, pores and defects. In this case, a special technology is applied for applying the coating metal (which is also not the subject of patent protection and therefore is not disclosed in the application materials), in which a diffuse layer forms in the contact zone of the metal with the surface of the abrasive grain, which provides strong adhesion due to physicochemical bonds.

Другой вариант абразивного инструмента предусматривает, что связующий металл заполняет все дефекты покрытых металлом абразивных зерен таким образом, что обеспечивается механическое сцепление слоя покрытия с абразивными зернами. Рабочая поверхность инструмента может иметь различные углубления и выступы, служащие лучшим подводом к зоне обработки охлаждающего агента (включая воздух) и отводом отработанного материала.Another variant of the abrasive tool provides that the binder metal fills all the defects of the coated abrasive grains in such a way that mechanical adhesion of the coating layer to the abrasive grains is ensured. The working surface of the tool can have various recesses and protrusions, which serve as the best approach to the treatment area of the cooling agent (including air) and the removal of waste material.

При этом выступы на его поверхности могут иметь сужающуюся по любой огибающей линии по направлению к рабочей поверхности форму, заканчивающуюся острой кромкой, толщина которой не превышает 3-х диаметров абразивных зерен основной фракции, составляющей рабочую часть инструмента.Moreover, the protrusions on its surface can have a shape tapering along any envelope line towards the working surface, ending with a sharp edge, the thickness of which does not exceed 3 diameters of the abrasive grains of the main fraction that makes up the working part of the tool.

Все вышеописанные конструкции и варианты инструментов, имеющие указанную плотность абразива в объеме рабочей части инструмента и диффузный слой покрытия абразивных зерен, характеризуются большой износостойкостью и высокой твердостью, превышающие по свойствам показатели всех известных инструментов на металлической связке.All the above-described designs and tool options having the indicated abrasive density in the volume of the working part of the tool and the diffuse coating layer of abrasive grains are characterized by high wear resistance and high hardness, exceeding the properties of all known metal-bonded tools.

Claims

1. An abrasive tool, consisting of a working part, made of a mixture distributed over its volume connected by a binder metal, abrasive grains and a holder or a hole for inserting a holder, the percentage of abrasive grains of various compositions: natural and artificial diamond, electrical equipment, corundum, carbide silicon, boron carbide in an abrasive tool is more than 50% of the volume of the working part of the tool, and the rest of the space is filled with a binder, characterized in that the particle size of the abrasive The apparent grains contained in the tool range from 1 to 2000 microns, and metal or alloys of various metals based on copper, nickel, manganese, phosphorus, tin, and germanium are used as a binder, while the abrasive grains are coated with a metal layer not thick below 1 μm, which is connected to the binder metal by a diffusion layer, and the melting temperature of the coating metal is not lower than the melting temperature of the binder metal or alloy of various metals.

2. The abrasive tool according to claim 1, characterized in that the melting temperature of the binder is from 700 to 2400 ° C.

3. The abrasive tool according to claim 1, characterized in that the coating metal has a melting point of from 1400 to 3500 ° C.

4. The abrasive tool according to claim 1, characterized in that inside the abrasive tool, any grain is in contact with at least four other grains, and the thickness of the contact zone does not exceed the thickness of the two layers of coating metal.

5. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the grains inside the working part of the tool are maximally compacted and the average distance between the grains is equal to the average grain diameter of the main fraction.

6. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the vertices of all abrasive grains on the surface are located at the same distance from the axis of rotation.

7. The abrasive tool according to claim 1, characterized in that the abrasive grains have an average of more than eight contacts with neighboring grains.

8. The abrasive tool according to claim 1, characterized in that mainly symmetrical abrasive grains having a sphere-like shape are used, and the number of contacts between them reaches an average of 12.

9. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the abrasive grains having an elongated shape are oriented inside the working part of the tool in one direction,

10. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the abrasive grains are located in the tool in layers, each layer having its own grain size and brand of abrasive.

11. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the coating metal is present in all pores, cracks and defects on the surface of the abrasive grains in such a way that mechanical adhesion of the coating layer to the abrasive grains is ensured.

12. The abrasive tool according to claim 1, or 4, or 5, characterized in that the adhesion of the metal coating on the abrasive grain is at least 5 MPa.

13. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the working part is connected to the holder material through a diffusion layer.

14. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the holder and the diffuse layer have recesses and protrusions that provide the maximum possible increase in the area of connection with the working part.

15. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the holder and the diffuse layer have recesses and protrusions of the castle type.

16. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the surface of the holder has a roughness commensurate with the grain size of the abrasive.

17. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the working surface of the tool has recesses and protrusions, providing access to the processing zone of the cooling agent, including air, and the removal of waste material.

18. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the protrusions on its surface have a shape tapering along any envelope in the direction of the working surface, ending with a sharp edge, the thickness of which does not exceed 3 diameters of the abrasive grains of the main fraction, component the working part of the tool.

19. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the working part of the tool has holes through which a cooling agent is supplied to the treatment area and the spent material is discharged.

20. The abrasive tool according to claim 1, or 4, or 5, or 19, characterized in that the working part of the tool has grooves or holes, and some of the grooves or holes are inclined in the direction of rotation and provides the removal of waste material, and the other part - opposite side and provides a supply of cooling agent.

21. The abrasive tool according to claim 1 or 4, characterized in that the working part of the tool has a thickness h, which is determined by the formula h≥3d, where d is the diameter of the abrasive grain (with a coating layer) of the main fraction of the working part of the tool, and the height L (or / and length) of the working part is determined by the formula L = k * h, where k = 5 ÷ 500.