Алмазный камнеобрабатывающий инструмент
Одним из новых направлений деятельности НИИ порошковой металлургии является создание алмазного инструмента для нужд Республики Беларусь. В рамках государственной научно-технической программы "Алмазы" авторами были проведены исследования по разработке композиционного алмазосодержащего материала и технологии изготовления из него алмазного инструмента для обработки камня, в частности, кольцевых алмазных сверл.
В течение ряда последних лет над данной задачей работали такие организации, как Институт сверхтвердых материалов АН Украины и Всероссийский научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента.
Однако следует отметить, что в настоящее время для промышленного изготовления высококачественного кольцевого инструмента в основном используются дорогие высокопрочные природные алмазы А6К80, А8К100 и синтетические алмазные порошки марок АС100-АС160.
Целью настоящей работы является разработка композиционного алмазосодержащего материала (КАМ) с применением как природных алмазов (марок А3К50, А5К65), так и синтетических алмазных порошков (марок АС50, АС65) более низкой прочности, а также разработка эффективной технологии изготовления из них алмазных сверл диаметром до 200 мм для сверления прецизионных отверстий в природном и искусственном камне, не уступающих по своим техническим характеристикам аналогам стран СНГ.
Эффективность работы сверл зависит прежде всего от правильного выбора материала режущей части, ее конструкции, свойств обрабатываемого материала, условий охлаждения и выноса шлама.
Поэтому, несмотря на значительное количество работ в этой области, поиск путей повышения работоспособности алмазного кольцевого инструмента является по-прежнему актуальным.
Одной из главных задач, которую приходится решать при конструировании алмазосодержащего композита, является выбор оптимальной макроструктуры материала и состава металлической связки.
Связка, с одной стороны, должна быть достаточно прочной и твердой, чтобы обеспечить необходимое сопротивление абразивному износу и удержание алмазного зерна от его преждевременного вырывания, с другой стороны, должна обеспечивать самозатачиваемость инструмента.
Моделью такой структуры может быть композит грубогетерогенной структуры, в которой частицы алмаза закатаны в сферическую оболочку и равномерно распределены в матричном материале.
Применяемые нами технологические приемы позволяют получать плотные, прочные и однородные по размеру гранулы, которые в процессе изготовления сверл под воздействием деформирующих нагрузок сохраняют свою первоначальную форму, чем гарантируют равномерное распределение алмазов и, как следствие, равномерный износ сверла.
В процессе дальнейших исследований установлено, что равномерное распределение алмазных частиц в объеме рабочего слоя инструмента оказывает особое влияние на его работоспособность.
При оптимизации состава связки было установлено наилучшее соотношение между наполнителем и связующим материалом, обеспечивающее хорошее удержание алмазов и самозатачивание матрицы. Это достигалось введением адгезионно-активных добавок на основе Ti, которые увеличивали смачиваемость связки на основе Cu и абразивных наполнителей на основе тугоплавких карбидов.
При разработке КАМ на синтетических алмазах типа АС65 дополнительно проводили операцию металлизации алмазов из галогеносодержащих сред по разработанной НИИПМ технологии.
Благодаря проведенным исследованиям разработан технологический процесс изготовления алмазного инструмента, включающий металлизацию, грануляцию алмазного порошка, укладку гранул в многоразовую пресс-форму, спекание-инфильтрацию, механическую обработку.
На способ изготовления алмазного инструмента получен патент РБ №3141 от 29 июля 1999 г.
По разработанной технологии изготавливается кольцевой алмазный инструмент повышенной работоспособности диаметром 25-200 мм как на природных алмазах (для работ по бетону класса В30-В65), так и на металлизированных синтетических алмазах (для работ по бетону класса В10-В20).
Испытания, проведенные на строительных объектах Республики Беларусь, показали высокую эффективность сверл, изготовленных из разработанного материала. Рабочий ресурс составляет в среднем 20-25 м. При этом наблюдается стабильность свойств: коэффициент вариации составляет не более 2,5%.
Одной из последних разработок в области создания алмазного инструмента являются кольцевые сверла для сверления строительных материалов без охлаждающе-промывочной жидкости (всухую).
Обработка строительных материалов без охлаждающе-промывочной жидкости представляет собой сложную задачу. Проблема состоит в том, что при обработке природного и искусственного камня в зоне контакта возникают температуры до 1000°С.
В таких условиях алмазы быстро окисляются и разрушаются, а связка становится пластичной, происходит "засаливание" инструмента, в результате чего ресурс его работы резко сокращается.
Использование же сжатого воздуха не может обеспечить значительное снижение температуры, так как коэффициент теплоотдачи воздуха в десятки раз ниже, чем воды.
Поэтому задача эффективной обработки всухую сводится к снижению температур в зоне сверления и эффективному выносу шлама.
Анализ условий работы инструмента позволил определить основные пути решения поставленной задачи.
Это изменение конструкции инструмента и состава режущего слоя. В результате проведения исследований был разработан композиционный материал на медной основе с увеличенной концентрацией (100-120%) абразивных составляющих, в качестве которых были выбраны карбид вольфрама (рэлит) с размером зерна 0,6-0,8 мм и металлизированные алмазы марки А8К100 630/500.
Одновременно разработана новая конструкция алмазной коронки для сверления глухих отверстий под розетки, выключатели, позволяющая за счет определенной формы сегментов режущей кромки и шнековой проточки на корпусе обеспечить эффективную очистку зоны обработки от шлама.
Полученный инструмент найдет применение для сверления строительных конструкций из легкого бетона, газобетона, шлакобетона, кирпичной кладки без охлаждающе-промывочной жидкости, позволит отказаться от импорта.
Из разработанного материала в НИИПМ изготавливается также шлифовальный инструмент - алмазные бруски, торцевые фрезы. Цена инструмента в 1,5-2 раза ниже цены импортных аналогов и составляет $1,5-2,5 за 1 карат в инструменте.
Основные типоразмеры изготавливаемого по разработанной технологии алмазного инструмента представлены в приведенной таблице.
Анатолий БАРАН,
Владимир ОСИПОВ,
НИИ порошковой металлургии
с опытным производством (г. Минск)
В течение ряда последних лет над данной задачей работали такие организации, как Институт сверхтвердых материалов АН Украины и Всероссийский научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента.
Однако следует отметить, что в настоящее время для промышленного изготовления высококачественного кольцевого инструмента в основном используются дорогие высокопрочные природные алмазы А6К80, А8К100 и синтетические алмазные порошки марок АС100-АС160.
Целью настоящей работы является разработка композиционного алмазосодержащего материала (КАМ) с применением как природных алмазов (марок А3К50, А5К65), так и синтетических алмазных порошков (марок АС50, АС65) более низкой прочности, а также разработка эффективной технологии изготовления из них алмазных сверл диаметром до 200 мм для сверления прецизионных отверстий в природном и искусственном камне, не уступающих по своим техническим характеристикам аналогам стран СНГ.
Эффективность работы сверл зависит прежде всего от правильного выбора материала режущей части, ее конструкции, свойств обрабатываемого материала, условий охлаждения и выноса шлама.
Поэтому, несмотря на значительное количество работ в этой области, поиск путей повышения работоспособности алмазного кольцевого инструмента является по-прежнему актуальным.
Одной из главных задач, которую приходится решать при конструировании алмазосодержащего композита, является выбор оптимальной макроструктуры материала и состава металлической связки.
Связка, с одной стороны, должна быть достаточно прочной и твердой, чтобы обеспечить необходимое сопротивление абразивному износу и удержание алмазного зерна от его преждевременного вырывания, с другой стороны, должна обеспечивать самозатачиваемость инструмента.
Моделью такой структуры может быть композит грубогетерогенной структуры, в которой частицы алмаза закатаны в сферическую оболочку и равномерно распределены в матричном материале.
Применяемые нами технологические приемы позволяют получать плотные, прочные и однородные по размеру гранулы, которые в процессе изготовления сверл под воздействием деформирующих нагрузок сохраняют свою первоначальную форму, чем гарантируют равномерное распределение алмазов и, как следствие, равномерный износ сверла.
В процессе дальнейших исследований установлено, что равномерное распределение алмазных частиц в объеме рабочего слоя инструмента оказывает особое влияние на его работоспособность.
При оптимизации состава связки было установлено наилучшее соотношение между наполнителем и связующим материалом, обеспечивающее хорошее удержание алмазов и самозатачивание матрицы. Это достигалось введением адгезионно-активных добавок на основе Ti, которые увеличивали смачиваемость связки на основе Cu и абразивных наполнителей на основе тугоплавких карбидов.
При разработке КАМ на синтетических алмазах типа АС65 дополнительно проводили операцию металлизации алмазов из галогеносодержащих сред по разработанной НИИПМ технологии.
Благодаря проведенным исследованиям разработан технологический процесс изготовления алмазного инструмента, включающий металлизацию, грануляцию алмазного порошка, укладку гранул в многоразовую пресс-форму, спекание-инфильтрацию, механическую обработку.
На способ изготовления алмазного инструмента получен патент РБ №3141 от 29 июля 1999 г.
По разработанной технологии изготавливается кольцевой алмазный инструмент повышенной работоспособности диаметром 25-200 мм как на природных алмазах (для работ по бетону класса В30-В65), так и на металлизированных синтетических алмазах (для работ по бетону класса В10-В20).
Испытания, проведенные на строительных объектах Республики Беларусь, показали высокую эффективность сверл, изготовленных из разработанного материала. Рабочий ресурс составляет в среднем 20-25 м. При этом наблюдается стабильность свойств: коэффициент вариации составляет не более 2,5%.
Одной из последних разработок в области создания алмазного инструмента являются кольцевые сверла для сверления строительных материалов без охлаждающе-промывочной жидкости (всухую).
Обработка строительных материалов без охлаждающе-промывочной жидкости представляет собой сложную задачу. Проблема состоит в том, что при обработке природного и искусственного камня в зоне контакта возникают температуры до 1000°С.
В таких условиях алмазы быстро окисляются и разрушаются, а связка становится пластичной, происходит "засаливание" инструмента, в результате чего ресурс его работы резко сокращается.
Использование же сжатого воздуха не может обеспечить значительное снижение температуры, так как коэффициент теплоотдачи воздуха в десятки раз ниже, чем воды.
Поэтому задача эффективной обработки всухую сводится к снижению температур в зоне сверления и эффективному выносу шлама.
Анализ условий работы инструмента позволил определить основные пути решения поставленной задачи.
Это изменение конструкции инструмента и состава режущего слоя. В результате проведения исследований был разработан композиционный материал на медной основе с увеличенной концентрацией (100-120%) абразивных составляющих, в качестве которых были выбраны карбид вольфрама (рэлит) с размером зерна 0,6-0,8 мм и металлизированные алмазы марки А8К100 630/500.
Одновременно разработана новая конструкция алмазной коронки для сверления глухих отверстий под розетки, выключатели, позволяющая за счет определенной формы сегментов режущей кромки и шнековой проточки на корпусе обеспечить эффективную очистку зоны обработки от шлама.
Полученный инструмент найдет применение для сверления строительных конструкций из легкого бетона, газобетона, шлакобетона, кирпичной кладки без охлаждающе-промывочной жидкости, позволит отказаться от импорта.
Из разработанного материала в НИИПМ изготавливается также шлифовальный инструмент - алмазные бруски, торцевые фрезы. Цена инструмента в 1,5-2 раза ниже цены импортных аналогов и составляет $1,5-2,5 за 1 карат в инструменте.
Основные типоразмеры изготавливаемого по разработанной технологии алмазного инструмента представлены в приведенной таблице.
| Наименование товара | Ед. изм. | Цена изделия с НДС в у. е. на 01.01.2001 г. |
| Коронка алмазная Æ 25 | Шт | 15 |
| Коронка алмазная Æ 32 | Шт | 20 |
| Коронка алмазная Æ 40 | Шт | 25 |
| Коронка алмазная Æ 50 | Шт | 28 |
| Коронка алмазная Æ 60 | Шт | 35 |
| Коронка алмазная Æ 80 | Шт | 55 |
| Коронка алмазная Æ 100 | Шт | 67 |
| Коронка алмазная Æ 125 | Шт | 96 |
| Коронка алмазная Æ 160 | Шт | 125 |
| Брусок алмазный типа АПС-2 | шт | 27 |
| Фреза торцовая ФБ-50 | шт | 75 |
Владимир ОСИПОВ,
НИИ порошковой металлургии
с опытным производством (г. Минск)
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 15 за 2001 год в рубрике материалы и технолгии
