SE462021B - Anvaendning av en slipinsats i ett slipverktyg daer insatsen utsaettes foer en temperatur oever 850 c under tillverkning eller anvaendning av verktyget - Google Patents

Description

10 462 021 2 Det är känt inom tekniken att tillverka diamant- och kubisk bornitridpresskroppar under sådana temperatur- och tryckbe- tingelser att slipmedelpartikeln är kristallografiskt stabil.

Slipkroppar kan bindas direkt till ett verktyg eller skaft för användning. Alternativt kan de bindas till ett underlag. som t ex hârdmetall, före montering på ett verktyg eller ett skaft. Sådana underlagsförsedda presskroppar är även kända inom tekniken som sammansatta slipkroppar.

US-A-4 224 380 beskriver ett sätt för urlakning av en väsent- lig mängd av katalysatorn från en diamantpresskropp. Den på detta sätt framställda produkten innefattar självbundna dia- mantpartiklar innefattande ca 70-95 volymprocent av produk- ten. en metallisk fas infiltrerad väsentligen jämnt i hela produkten, varvid fasen innefattar ca 0.05-3 volymprocent av produkten, och ett nätverk av sammanbundna, tomma porer för- delade i produkten och avgränsade genom partiklarna och den metalliska fasen, varvid porerna innefattar 5-30 volymprocent av produkten. Urlakningen kan uppnås genom placering av en diamantpresskropp i en varm koncentrerad salpetersyra-f1uor- vätesyra-lösning under en viss tidsperiod. Denna behandling med den varma syran lakar ur katalysatorfasen och kvarlämnar en skelettliknande diamantstruktur. Den urlakade produkten anges vara mera termiskt stabil än den icke-urlakade produk- ten. f” US-A-4 124 401 beskriver en polykristallin diamantkropp be- stående av en massa av diamantkristaller. vidhäftande samman- bundna genom ett kiselatomhaltigt bindemedel bestående av kiselkarbid och en karbid och/eller silicid av en metallkom- ponent, som bildar en silicid med kisel. varvid diamant- kristallerna varierar i storlek från 1 um till ca 1.000 um, och varvid densiteten för kristallerna varierar i området från åtminstone ca 70 volymprocent upp till åtminsto- ne ca 90 volymprocent av kroppen, varvid det kiselatomhaltiga bindemedlet är närvarande i en mängd upp till ca 30 volym- m procent av kroppen, och varvid bindemedlet är fördelat åt- minstone väsentligen jämnt i kroppen, och där den del av bin- demedlet, som är i kontakt med ytorna på diamantkristallerna, är åtminstone i en huvudsaklig mängd kiselkarbid och varvid díamantkroppen är åtminstone väsentligen porfri. Metallkom- ponenten för diamantkroppen väljes från en stor grupp av me- taller bestående av kobolt, krom, järn, hafnium. mangan. molybden, níob, nickel, palladium. platina, rhenium, rodium. rutenium, tantal, torium, titan, uran, vanadin, volfram, yttríum, zirkoníum och legeringar därav. Den polykristallina diamantkroppen framställes under relativt milda varmpress- ningsbetingelser på sådant sätt att diamantsammanväxt icke inträffar.

I US-A-4 151 686 beskrives en polykristallin diamantkropp, liknande den i US-A-4 124 401, förutom att bindemedlet består av kiselkarbid och elementärt kísel och mängden diamant- kristaller i kroppen varierar i området 80-95 volymprocent av kroppen. vidare tillverkas de polykristallina slipkropparna enligt denna amerikanska patentskrift under högre tillämpade tryckbetingelser, dvs tillämpat tryck av minst 25 kilobar. slípkropparna anges vara användbara som ett slipskärverktyg, munstycke eller annat slitbeständigt organ.

US-A-3 234 321 beskriver diamantpresskroppar med en andra fas av titan, vanadin, zirkonium, krom eller kísel eller en lege- ring av någon av dessa metaller med nickel, mangan eller järn. Presskropparna framställes genom blandning av diamant- partíklarna med metallen, i pulveriserad form, varpå bland- ningen utsättes för förhöjda temperatur- och tryckbetingel- ser. I ett exempel användes kísel som metall i en mängd av 31,5 volymprocent. Denna patentskrift föreslår att presskrop- pen lämpligen kan formas“och monteras för fräsning och slip- ning av hårda material.

Den fullständiga beskrivningen i sydafrikanska patentskriften nr 84/0053 beskriver en slipkropp. som har en hög hållfasthet och förmåga att motstå höga temperaturer, vilket gör den 462 021 462 021 4 lämplig som verktygsinsats för putsverktyg och ytmonterade borrskär. Kroppen innefattar en massa av diamantpartiklar. närvarande i en mängd av 80-90 volymprocent av kroppen och en andra fas närvarande i en mängd av 10-20 volymprocent av kroppen, varvid massan av diamantpartiklar innehåller avse- värd diamant-till-diamant-bindning för bildning av en samman- hängande skelettliknande massa och den andra fasen innehåller nickel och kisel, varvid nickel är i form av nickel och/eller nickelsilicid och kisel är i form av kisel, kiselkarbid och/eller kiselsilicid. slipkropparna framställes under be- tingelser med förhöjd temperatur och tryck, som är lämpliga för tillverkning av diamantpresskroppar.

Föreliggande uppfinning hänför sig till användning av en slipinsats, som innefattar en massa av diamantpartiklar. som är närvarande i en mängd av 80-90 volymprocent av insatsen. och en andra fas, närvarande i en mängd av 10-20 volymprocent av insatsen, varvid massan av diamantpartiklar innehåller avsevärd diamant-till-diamant-bindning så att en samman- hängande skelettliknande massa bildas och den andra fasen väsentligen består av kisel. varvid kislet är i form av kisel och/eller kiselkarbid. i ett slipverktyg där insatsen utsät- tes för en temperatur över 850°C under tillverkning eller an- vändning av verktyget.

I bifogade ritningar är Fig 1 en partiell sidovy av ett putsverktyg enligt uppfin- ningen.

Fig 2 en perspektivvy av ett ytmonterat borrskär enligt upp- finningen, Fig 3 en perspektivvy av en del av den skärande ytan på borr- skäret enligt fig 2, Fig 4 en perspektívvy av en annan utföringsform av ett ytmon- terat borrskär enligt uppfinningen. och illustrerar Fig 5 grafiskt resultaten, som erhållits i ett jämförelsetest.

\ Enligt uppfinningen användes åtminstone en slipinsats med de h' 462 021 ovan angivna karakteristiska egenskaperna i den funktionella delen på ett slipverktyg. Sådana insatser har visat sig icke endast ha avsevärd hållfasthet, beroende åtminstone delvis på den avsevärda diamant-til1-diamant-bindningen, utan även vara i stånd att motstå en temperatur av 1200°C under ett vakuum av 1o'4 torr eller mera eller en inert eller en reducerande atmosfär utan att signifikant grafitisering av diamanten in- träffar. Hållfastheten hos insatserna och deras förmåga att motstå höga temperaturer gör dem idealiska som skärande ele- ment eller verktygsinsatser för verktyg. där höga temperatu- rer alstras under användningen därav, t ex i puts- eller svarvverktyg. eller där höga temperaturer erfordras under tillverkning av verktyget, t ex i ytmonterade eller impregne- rade borrskär.

Den andra fasen bestående av kisel i slipinsatsen är homogent fördelad i den sammanhängande. skelettliknande diamantmassan.

Den andra fasen består, såsom angivits ovan, väsentligen av kisel, varvid kislet är i form av kisel och/eller kiselkar- bid. Detta innebär att eventuella andra komponenter är när- varande i den andra fasen endast i spårmängder.

De enligt uppfinningen använda slipinsatserna kan uppvisa en mångfald olika former beroende på den avsedda användningen.

Exempel på lämpliga former är skivform, triangulär kubisk, rektangulär och hexagonal form. Dessa former fräses vanligen, t ex med användning av laser, från en stor slipmedelkropp tillverkad på ett sätt, som beskrives fullständigt nedan. In- satserna kan även vara av oregelbunden form, vilket kan åstadkommas genom krossning av den stora slipmedelkroppen. slipinsatserna förses med en tunn metall- eller legeringsbe- läggning före insättning i den funktionella delen på verk- tyget. Metallbeläggningen kan t ex bestå av en krom- eller titanbeläggning. som har visat sig vara särskilt lämplig för impregnerade borrskär.

De i slipverktyg enligt uppfinningen använda insatserna till- verkas under temperaturer och tryck i det stabila diamantom- 462 021 6 rådet i fasdiagrammet för kol. I synnerhet framställes insat- serna frân slipkroppar, bildade genom placering av en massa av diamantpartiklar i ett reaktionskärl, placering av en mas- sa av kisel i kontakt med massan av diamantpartiklar. place- ring av reaktionskärlet med innehåll i reaktionszonen på en högtemperatur/högtrycks-anordning, utsättande av innehållet i reaktíonskärlet för betingelser av förhöjd temperatur och tryck i det stabila diamantområdet i kolets fasdiagram under en tillräcklig tid för att bilda kroppen och uttagning av kroppen från reaktionszonen. De föredragna betingelserna för förhöjd temperatur och tryck är temperaturer i området 1400-l600°C och tryck i området 50-70 kilobar. Dessa förhöjda betingelser för temperatur och tryck upprätthålles under en tillräcklig tid för att ge kroppen. Vanligen upprätthålles dessa förhöjda betingelser för temperatur och tryck under en tidsperiod av 5-20 minuter. Kisel kan tillföras i form av ett pulver eller i form av ett ark eller folie. Det torde tilläg- gas att för uppnående av lämplig diamant-till-diamant-bind- ning har det visat sig vara lämpligt att infiltrera kisel i diamantmassan under tillverkning av kroppen. Diamant-till- -diamant-bindningen är primärt fysikalisk sammanbindning afl diamant-till-diamant och bindning alstrad genom plastisk de- formation av diamantpartiklarna under tillverkning av elemen- tet.

Reaktionskärlet, i vilket diamanterna och kisel placeras. kan vara tillverkat av molybden, tantal, titan eller liknande karbidbildande metall med hög smältpunkt. Det kan antagas att inneslutning av massan av diamant och kisel i ett sådant reaktionskärl under tillverkningen bidrager till den utmärkta diamant-till-diamant-bindningen, som uppnås.

Diamantpartiklarna, som användes vid tillverkningen av slip- insatserna, kan variera från grova till fina partiklar. Gene- rellt är artiklarna av en storlek mindre än 100 um, och har vanligen en storlek i området 10-75 um. Föredragen storlek är i området 15-30 um. 462 021 Anordningar för hög temperatur och högt tryck är välkända inom tekniken (se t ex US-A-2 941 248).

Slipinsatsen användes monterad i änden på ett slípverktyg, som kan vara ett puts- eller svarvverktyg, som innefattar ett verktygsskaft och slipinsatsen, såsom definierats ovan, för åstadkommande av en putsande eller svarvande kant. Fig 1 illustrerar ett exempel på ett putsverktyg. Med hänvisning till denna figur visas ett putsverktyg innefattande ett skaft med ett skärande element 12 monterat i ena änden därpå.

Det skärande elementet ger en putsande kant 14. Höga tempera- turer alstras vid den putsande kanten under användningen av verktyget. Det har emellertid visat sig att den utmärkta ter- miska stabiliteten hos det skärande elementet 12 möjliggör att elementet kan motstå dessa höga temperaturer.

Slipverktyget, vari slipinsatsen användes, kan även vara ett borrskär, som innefattar en roterbar kropp med en skärande yta vid ena änden därpå, varvid den skärande ytan innefattar en mångfald slipinsatser fasthållna i en bindande grundmassa och som ger skärande kanter eller punkter för ytan. Exempel på sådana borrskär är ytmonterade borrskär och impregnerade borrskär.

För borrskär föredrages att slipinsatserna är av antingen tríangulärt tvärsnitt eller i blockform. I slipinsatserna är av triangulärt tvärsnitt är deras baser inbäddade i den bin- dande grundmassan och spetsarna därpå och sidokanterna, som leder därifrån, ger de skärande kanterna. Då slipinsatserna är i blockform, vilken företrädesvis är en kub. är huvuddelen därav inbäddad i den bindande grundmassan och de skärande kanterna erhålles genom utskjutande delar av pyramidform. l Fig 2 och 3 illustrerar en utföringsform av ett ytmonterat borrskär (även benämnt borrkrona) enligt uppfinningen. Med hänvisning till dessa figurer visas ett ytmonterat borrskär innefattande en roterbar krona 16 med ena änden 18 gängad för ingrepp i en kronborr och en skärande yta 20 vid andra änden 462 021 8 därpå. Den skärande ytan 20 innefattar en mångfald skärande element 22 fast kvarhållna i en lämplig metallgrundmassa. De skärande elementen 22 är vardera av triangulärt tvärsnitt, såsom visas mera detaljerat i fig 3. De triangulära skärande elementen 22 är monterade i den skärande ytan 20 på sådant sätt att basen av triangel 24 är inbäddad i den bindande grundmassan varför ytan och spetsen 26 skjuter ut från det allmänna planet för den skärande ytan. Det är denna spets och sidokanterna 27, som ger de skärande kanterna. Omedelbart bakom den triangulära slipkroppen 22 är ett stöd 28 placerat, vilket är tillverkat av samma metall som den skärande ytan.

Rotationsriktningen för skäret visas genom pilen.

Fig 4 visar en annan utföringsform av ett ytmonterat borr- skär, där enligt uppfinningen slipinsatser användes. Med hän- visning till denna figur visas ett ytmonterat borrskär inne- fattande en roterbar krona 32 med en skärande yta 34 vid ena änden därpå. Den skärande ytan 34 innefattar en mångfald skä- rande element 36. fast kvarhållna i en lämplig metallgrund- massa. varje skärande element är av kubisk form. varvid hu- vuddelen 38 därav är inbäddad i metallgrundmassan. Den mindre delen 40 av kuben, som skjuter ut ovanför metallgrundmassan och är av väsentligen pyramidform. erbjuder en skärande punkt 42 och skärande kanter 44. Rotationsriktningen för borrskäret illustreras av pilen. Såsom visas nedan fasthålles kuberna, då de orienterats med hörnen frilagda på det visade sättet, mera fast inuti grundmassan och kan. även om de erbjuder po- tentiellt mindre fri yta från början. de lättare motstå de högre punktbelastningarna som är nödvändiga för hårda berg- arter än det motsvarande monteringsmönstret för triangulära element.

I ytmonterade borrskär är de skärande elementen monterade i den skärande ytan med användning av standardmetoder för hög- temperaturinfiltrering. Den utmärkta termiska stabiliteten hos de skärande elementen använda enligt uppfinningen möjlig- gör att de motstå: temperaturer överstigande B50°C utan sig- nifikant nedbrytning därav. 462 021 Uppfinningen illustreras ytterligare genom följande exempel.

Exempel En massa av diamantpartiklar (12,5 g) placerades i en tantal- skål. Ett skikt av kiselpulver (l,86 g) placerades ovanpå massan av diamanter och ett tantallock placerades på den öpp- na änden på skålen.

Den fyllda skålen placerades i reaktionszonen för en konven- tionell högtemperatur/högtryck-anordning och utsattes för 1500°C temperatur och 55 kilobar tryck och dessa betingelser upprätthölls under en period av 10 minuter. Från reaktions- zonen uttogs en skivformad slipkropp, som bestod av en massa av diamantpartiklar. vari förelåg en avsevärd mängd av dia- mant-till-diamant-bindning för bildning av en sammanhängande, skelettliknande diamantmassa. och en andra fas innehållande kiselkarbid och en liten mängd kisel, homogent fördelad i diamantmassan.

Den skivformade slipkroppen skars lämpligen genom standard- teknik för laserfräsning till en mångfald kuber och triang- lar. Kuberna monterades i ett ytmonterat borrskär av den typ. som illustreras i fig 4. och de triangulära elementen monte- rades likaså i ett ytmonterat borrskär av samma typ. Triangu- lärt formade borrinsatser, framställda i enlighet med Us-A-4 224 380, monterades likaså i ett ytmonterat borrskär av den typ, som illustreras i fig 4. Dessa tre borrskär användes därefter för borrning av hål i "Norite" granit och penetre- ringshastigheten för varje borrskär i relation till det bor- rade djupet mättes vid en konstant anbringad belastning av 1000 kp. Resultaten illustreras grafiskt i fig 5 och visar penetreringshastigheten avsatt mot djupet, borrat i "Norite" granit. Det torde noteras att borrskäret innehållande det kubiska skärelementen gav en mycket överlägsen total borr- ningshastighet vid samma anbringade belastning. jämfört med borrskär innehållande de triangulära skärande elementen. vi- dare hade den totala borrningshastigheten för borrskär inne- 462 021 10 hållande kiselhaltíga tríangulära skärelement enligt förelig- gande uppfinning en överlägsen total borrníngshastíghet jäm- fört med borrskär innefattande trianglar, som tillverkats i enlighet med US-A-4 224 380. "Norite" granit år ett mycket hårt material med en enaxlig tryckhållfasthet av 277 MPa.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 462 021 ll Patentkrav

1. Användning av en slipinsats, som innefattar en massa av diamantpartiklar. som är närvarande i en mängd av 80-90 volymprocent av insatsen, och en andra fas, närvarande i en mängd av 10-20 volymprocent av insatsen, varvid massan av diamantpartiklar innehåller avsevärd diamant-till-diamant- -bindning så att en sammanhängande skelettliknande massa bil- das och den andra fasen väsentligen består av kisel, varvid kislet är i form av kisel och/eller kiselkarbid. i ett slip- verktyg där insatsen utsättes för en temperatur över 850°C under tillverkning eller användning av verktyget.

2. Användning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att verktyget är ett puts- eller svarvverktyg innefattande ett skaft och en slipinsats monterad i ena änden därpå för åstad- kommande av en puts- eller svarvkant för verktyget.

3. Användning enligt krav 1 eller 2. k ä n n e t e c k - n a d av att slipinsatsen har en skivformig. triangulär. ku- bisk. rektangulär, hexagonal eller oregelbunden form.

4. Användning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att verktyget är ett borrskär innefattande en roterbar kropp med en skärande yta vid sin ena ände. varvid den skärande ytan innefattar en mångfald slipinsatser, som fasthålles i en bin- dande grundmassa och som åstadkommer skärande kanter eller punkter för ytan.

5. Användning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att verktyget är ett ytmonterat eller impregnerat borrskär.

6. Användning enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a d av att slipinsatserna är av triangulärt tvärsnitt, varvid baserna på trianglarna är inbäddade i den bindande grundmassan och spetsarna samt sidokanterna. som leder därifrån på trianglarna, bildar skärande kanter. 462 021 n,

7. Användning enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k _ n a d av att slípinsatserna är i blockform, varvid huvud- delen av varje block är inbäddad i den bindande grundmassan och den skärande kanten för varje block åstadkommas genom en utskjutande del av pyramidform.

8. Användning enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att slipínsatserna är i kubisk form.