Производство алмазного инструмента

Производство алмазного инструмента это достаточно сложный технологический процесс. В настоящее время в промышленности наибольшее распространение получил алмазный круг на органической, металлической и керамической связках. Как показали испытания в промышленных условиях, использование аппаратов с вихревым слоем для производства смеси порошков, позволяет за 30-40 с получить смеси такого же качества, а при смешении в течение 60 с и более – смеси, в которых равномерность распределения компонентов составляет не менее 99%.

В качестве органической связки применяют фенолформальдегидные смолы; как металлическую связку используют олово и другие легкоплавкие металлы; в качестве керамической связки применяют каолин. Алмазосодержащий слой состоит из связующего, наполнителя и алмазного порошка. В качестве наполнителей используют карбиды бора и кремния различной крупности, медный порошок и др.

Требования

Основным требованием, предъявляемым к смешению алмазосодержащих пресс-порошков, является равномерность компонентов в смеси. Неравномерное распределение компонентов в кругах на органической связке резко ухудшает прочность инструмента и снижает его режущую способность. Отклонение содержания компонента в различных частях смеси металлических связок приводит к фазовым изменениям при спекании, что снижает стабильность режущих свойств алмазных кругов. В связи с этим процессы смешения компонентов шихты алмазосодержащих пресс-порошков очень длительны — от 7 до 48 ч для различных составов.

Оборудование для производства алмазного инструмента

Основным оборудованием, применяемым для приготовления смеси порошков на заводах алмазного инструмента, является емкость, вращающаяся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Обработка в аппаратах вихревого слоя позволяет получить смеси с равномерностью распределения компонентов не менее 99%

Применение Аппарата Вихревого Слоя для изготовления алмазного инструмента

Использование для этих целей аппаратов с вихревым слоем, как показали испытания в промышленных условиях, позволяет за 30-40 с получить смеси такого же качества, а при смешении в течение 60 с и более – смеси, в которых равномерность распределения компонентов составляет не менее 99%. В табл. 1 приведены некоторые сравнительные данные по качеству смешивания различных композиций в АВС и в емкости, вращающейся в двух плоскостях.

Таблица 1

Сравнительные данные по качеству смешивания в АВС и во вращающемся барабане

Состав смеси	АВС		Вращающаяся емкость
	Продолжительность смешения, с	Максимальное отклонение от истинного значения, %	Продолжительность смешения, с	Максимальное отклонение от истинного значения, %
Карбид бора – 50% Пульвербакелит – 50%	69	0,12	25200	0,31
Медь – 80% Олово – 20%	90	0,17	25200	0,24
Карбид бора – 50% Пульвербакелит – 49% Азмал – 1%	15	0,17	10800	0,57

Равномерность распределения компонентов алмазосодержащей шихты, полученной при перемешивании в АВС, дает возможность значительно улучшить режущую способность алмазных кругов. Так, при испытании двух партий кругов по 1000 штук в каждой, изготовленных разными методами, установлено, что расход круга на срезание 1 г твердого сплава ВК-15 (режущая способность) в случае смешения компонентов в АВС составляет 0,825 мг, а в случае смешения во вращающихся барабанах — 0,886 мг, т. е. режущая способность алмазного инструмента в случае использования на процессах приготовления алмазосодержащих пресс-порошков вихревого слоя выше на 6,8%.

Изготовление алмазных кругов на вулканитовой основе, внедрение которых все шире осуществляется в промышленности, сопряжено с большими трудностями. Поступающая для этих целей вулканитовая крошка имеет размеры частиц 0,5-1 мм, в то время как технологическим процессом предусмотрело применение крошки с размером 0,1-0,3 мм.

Кроме этого, смешение резиновой крошки с наполнителями и алмазными зернами оказалось невозможным на существующем смесительном оборудовании. Поэтому в операциях, связанных с получением связок и алмазосодержащих пресс-порошков на вулканитовой основе, преобла­дают ручные операции. Особенности вихревого слоя позволили применить АВС для этих целей. Разработан новый способ приготовления смесей, который позволяет совместить процесс дробления вулканитовой крошки и смешения ее с наполнителями, обеспечивая высокое качество получаемых изделий.

Эффективным является АВС и для смешивания компонентов шихт связок на металлической основе, которые во вращающихся барабанах требуют смешения в течение 30-48 ч и, кроме того, смешения с алмазным порошком путем ручного перелопачивания смеси. В вихревом слое высококачественное смешивание алмазных пресс-порошков (с увлажнением и без увлажнения) на связках с металлической основой с общим весом компонентов до 1,5 кг происходит в течение 90-120 с.

При этом равномерность распределения компонентов составляет не менее 99%. Однако существуют определенные ограничения в применении вихревого слоя в случае смешивания металлических порошков. В общем количестве смеси должно быть не более 10% магнитной фракции, в противном случае образующиеся диски из ферромагнитного порошка исключают перемешивание вообще.

Применение АВС для овализации и избирательного дробления алмазов

Не менее перспективным является применение АВС для овализации и избирательного дробления алмазов.

Синтетические алмазы после химической обработки состоят из кристаллов различной зернистости — друз. С целью их разрушения и выделения порошков по зернистостям обычно используют шаровые мельницы, в которых друзы под действием ударов и обкатки шарами разрушаются. Такая обработка друз приводит зачастую к разрушению монокристаллов и не позволяет получить запрограммированный выход алмаза по зернистости.

Использование особенностей вихревого слоя дает возможность обеспечить избирательное дробление дефектных и трещиноватых зерен алмазов

Использование особенностей вихревого слоя дает возможность обеспечить избирательное дробление дефектных и трещиноватых зерен. Возможность создания большой частоты ударов при малой величине силы удара обеспечивает необходимые условия для достижения этой цели. В результате избирательного дробления дефектных зерен происходит упрочнение всей обрабатываемой массы зерен. В табл. 2 приведены результаты обработки в АВС нескольких партий алмазных порошков различной прочности.

Таблица 2

Упрочнение алмазных зерен после обработки АВС

Зернистость, мкм	Исходная прочность, Н	Прочность после обработки в вихревом слое, Н	Выход от исходного количества, %	Зернистость, мкм	Исходная прочность, Н	Прочность после обработки в вихревом слое, Н	Выход от исходного количества, %
125/100	6,76	8,38	66,0	50/40	3,92	4,86	61,5
160/125	6,68	10,55	53,0	100/80	6,87	8,44	57,6

В табл. 3 приведены результаты ситового анализа п проч­ности 300 кар алмазных зерен марки АСР после измельчения в АВС в течение 4 мин.

Таблица 3

Результаты ситового анализа и изменения прочности 300 кар алмазных зерен зернистостью 200-250 мкм и прочностью 3,3 Н после обработки в АВС

Зернистость, мкм	Фракционный состав		Прочность после дробления, Н	Зернистость, мкм	Фракционный состав		Прочность после дробления, Н
	кар	%			кар	%
250/200	2,5	0,83	7,15	88/63	60,0	20,00	3,25
200/160	6,0	2,00	5,77	63/50	35,5	11,83	3,37
160/125	8,7	2,90	4,71	50/40	44,5	14,83	2,58
125/100	28,0	9,33	4,04	Менее 40	69,5	23,16	–
100/80	44,2	14,73	4,90

Из приведенных примеров видно, что происходило избирательное дробление алмазных зерен, т. е. измельчались только менее прочные кристаллы. В то же время получались кристаллы алмаза, прочность которых значительно превышала прочность исходных зерен.

Выход зерен с повышенной прочностью был значительно выше теоретически возможного, если факт увеличения средней прочности зерен объяснять только разрушением менее прочных. Можно предположить, что увеличение прочности зерен происходило также за счет снятия внутренних напряжений в кристаллах, возникавших в процессе синтеза алмаза, а также за счет разориентации кристаллических блоков, вызываемой многократными ударами ферромагнитных частиц по кристаллу (импульсная обработка), аналогично упрочнению кристаллов при воздействии на них ударном волны.

При обработке алмазных кристаллов в АВС на выходе получаем зерна с высшей прочностью, чем у исходного материала

Форма зерна природных алмазов во многом определяет стойкость алмазного инструмента. В частности, овализированные зерна лучше удерживаются связкой. Обычно овализацию алмазных зерен производят в воздушном овализаторе. Однако малая производительность, большой процент передрабливания зерен в таких овализаторах усложняют и удорожают процесс.

Наличие высокочастотных ударных нагрузок в зоне действия вихревого слоя позволяет использовать эту его особенность для проведения процесса овализации. При этом переизмельчение зерен в АВС в несколько раз ниже, чем в воздушном овализаторе.

За 2-5 мин обеспечивается сглаживание острых граней кристаллов и уменьшение соотношения длин осей кристаллов. Для этих целей может быть применен полуавтомат АВС-100, который в значительной мере удовлетворяет условиям переработки небольших партий порошкообразных материалов при большом их ассортименте, когда требуется получить высокое качество продукта за короткое время.

Получение тонкой фракции абразивных материалов всегда сопряжено с большими затратами времени и энергии. Возможности вихревого слоя в этом отношении могут быть продемонстрированы на рассмотренных ранее примерах измельчения кварцевого песка, а также измельчения карбидов металлов.

В табл. 4 приведены данные по ситовому анализу карбида кремния, подвергнутого измельчению в вихревом слое в течение 5 мин.

Таблица 4

Результаты ситового анализа порошка карбида кремния
после измельчения в АВС

Зернистость, мкм	Содержание, %
	исходного	после дробления
+200	26,9	8,8
200/160	40,8	33,4
160/125	31,6	20,3
125/40	0,7	32,2
-40	–	5,3

При более длительном измельчении карбидов металлов можно получить до 90% фракции менее 30 мкм.

Интенсивность диспергирования в вихревом слое определяется многими факторами, зависимость от которых носит экстремальный характер. К этим факторам, прежде всего, относятся размеры, материал и величина загрузки ферромагнитных частиц в рабочую камеру.

Сравнение энергонапряженности вибромельниц, для которых она составляет 0,8 —1,2 кВт на 1 дм³ объема помольной камеры, с аналогичным показателем для аппаратов с вихревым слоем (для АВС-100 она составляет около 3 кВт на 1 дм³) свидетельствует о значительных возможностях вихревого слоя при измельчении твердых продуктов.