Результат интеллектуальной деятельности: Способ восстановления изношенных деталей с поверхностью, шаржированной алмазными порошками

Изобретение относится к области восстановления для повторного использования изношенных деталей, одна или более поверхностей которых шаржированы алмазным порошком, например, для восстановления деталей пресс-форм, используемых при изготовлении алмазного инструмента; для восстановления шаржированных алмазным порошком дисков, используемых для огранки алмазов, для заточки режущих инструментов и т.п.

Известно, что рабочий слой алмазного инструмента, в частности на металлических связках, изготавливается из шихты, содержащей алмазные порошки разных размеров и связующий материал на основе металлов и/или их сплавов и наполнителей. Для придания алмазному инструменту нужной формы, размеров, высокой плотности алмазного слоя и т.п. используют пресс-формы, основные рабочие детали, например, пуансоны, изготавливаются из износостойких с высокой твердостью металлических материалов, таких как углеродистые и легированные инструментальные стали. ((«Оборудование и оснастка предприятий абразивной и алмазной промышленности» под ред. В.А. Рыбакова, Ленинград «Машиностроение», 1981 г. с. 156-160) При изготовлении алмазных отрезных кругов используют способ пакетного прессования. При пакетном прессовании в пресс-форме размещают алмазную шихту последовательно в виде навесок для каждого круга, устанавливая между ними разделительные плиты (прокладки), которые служат для отделения навесок друг от друга и в качестве дополнительных пуансонов. (SU 261890, кл. B24D 5/12, 1970 г., SU 1540939, кл. B22F 3/02, 1987 г., SU 1708516, кл. B22F 3/02, 1989 г.). Дополнительные разделительные плиты (прокладки) изготавливают из низкоуглеродистых сталей марок 15, 20, Ст. 3, Ст. 5 и т.п. («Оборудование и оснастка предприятий абразивной и алмазной промышленности» под ред. В.А. Рыбакова, Ленинград «Машиностроение», 1981 г. с. 160; Радомысельский И.Д. и др. Пресс-формы для порошковой металлургии, Киев, Техника, 1970 г., с. 9).

Под действием усилия прессования и достаточно высокой температуры при прессовании и спекании алмазных инструментов поверхности пуансонов и разделительных плит, соприкасающиеся с алмазной шихтой, шаржируются алмазными порошками, содержащимися в алмазной шихте. Алмазная шихта также имеет возможность попадать в зазоры между деталями прессформы, шаржировать их и вызывать изменение их исполнительных размеров, потерю формы, особенно кромок. В результате возникают перекосы, которые приводят к непараллельности торцов изготавливаемых инструментов.

Шаржированные алмазными порошками детали прессформы, как правило, восстанавливают для дальнейшего их использования путем точения, снимая слой металла, содержащего алмазные порошки.

Известно, что для огранки алмазов, заточки режущих поверхностей резцов применяют диски, изготовленные из меди или чугуна, поверхность которых шаржирована алмазными порошками. Алмазные порошки втирают или вдавливают в рабочую поверхность дисков. По мере того, как шаржированная алмазным порошком поверхность диска теряет свои рабочие характеристики, их подвергают восстановлению. Из книги Епифанова В.И. и др. «Технология обработки алмазов в бриллианты», М., Высшая школа, 1976 г. с. 206-207, известен способ восстановления таких изношенных деталей, поверхность которых шаржирована алмазными порошками. Способ включает точение изношенной поверхности диска для снятия слоя металла, содержащего алмазные порошки, и последующую механическую обработку, включающую шлифование для получения требуемой формы, размеров, и чистоты поверхности. При этом точение осуществляют на глубину, превышающую размер шаржированных в поверхность алмазных зерен. Недостаток способа, заключается в следующем.

Точение поверхностей деталей, шаржированных алмазными порошками, осуществляют в основном твердосплавными резцами, дорогостоящими алмазными резцами или резцами с алмазными пластинами или пластинами из кубического нитрида бора. При снятии с поверхности детали слоя металла, содержащего алмазные порошки, режущая кромка резца, встречаясь с зернами алмазных порошков, повреждается. В зависимости от размера шаржированных в поверхность детали порошков часто происходит отрыв режущей пластины резца от державки инструмента. При этом поломка инструмента происходит даже при незначительном содержании алмазных порошков в слое металла. Чтобы уменьшить повреждение режущей кромки резца и исключить поломки инструмента, необходимо снимать слой металла заведомо большой толщины. Это влечет за собой увеличенный расход дорогостоящего металла восстанавливаемых деталей, особенно если такие детали имеют большие размеры, например, такие как ограночные диски или отрезные круги больших размеров.

Технической задачей изобретения является снижение себестоимости восстановления изношенных деталей, шаржированных алмазными порошками, за счет исключения поломок и возможности использования менее дорогостоящего режущего инструмента, экономия используемого для изготовления деталей дорогостоящего металла, за счет снижению толщины снимаемого слоя, и как следствие - увеличение срока службы деталей, за счет возможности большего количества восстановления таких деталей до полного их износа.

Решение технической задачи заключается в том, что в способе восстановления изношенных деталей с поверхностью, шаржированной алмазными порошками, включающем обработку шаржированной алмазными порошками поверхности точением с последующим доведением поверхности детали до требуемых рабочих характеристик, шаржированную алмазными порошками поверхность деталей перед точением подвергают термической обработке в свободном состоянии при температуре и в течение времени, обеспечивающими окисление (сгорание) алмазных порошков до перехода в состояние графита и/или углеродсодержащего газа.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что термостойкость алмазных порошков зависит от их марки, размеров, продолжительности нагрева и среды, в которой они подвергаются воздействию температур, и при соответствующих условиях термообработки алмазные порошки переходят в графит и/или в углеродсодержащий газ. После термообработки детали подвергают точению резцами без опасения поломки режущей кромки или инструмента в целом. Для обработки термообработанной поверхности без вкрапления алмазных порошков не требуется использование дорогостоящих, в частности, алмазных инструментов, инструментов из кубического нитрида бора. При этом резанием можно снять слой металла минимальной толщины без опасения поломки инструмента.

Температура термической обработки зависит от марки алмазных порошков, их зернистости. Например, в ограночных дисках используют синтетические алмазные порошки зернистостью ниже 40 мкм, в отрезных кругах используют природные и синтетические алмазные порошки, зернистостью, как правило, от 63 мкм и выше. Для термообработки всего диапазона используемых алмазных порошков достаточна температура 500-1000°С. Время термообработки может составлять менее 1 часа.

Способ осуществляется следующим образом.

Изношенную деталь, поверхность которой шаржирована алмазными порошками, свободно размещают в печи, обеспечивающей необходимую температуру нагрева. Среда в печи может быть любая. Окислительная среда может ускорить время сгорания алмазных порошков. Восстановительная среда наоборот увеличит время, необходимое для сгорания алмазных порошков. Осуществляют нагрев печи до температуры, обеспечивающей горение шаржированных алмазных порошков и технологическую выдержку. Технологическую выдержку проводят в течение времени обеспечивающем окисление (сгорание) алмазных порошков до перехода в состояние графита и/или углеродсодержащего газа. Термообработанная поверхность детали при этом может содержать в порах графит или может быть полностью очищена переходом алмазных порошков в углеродсодержащий газ. Учитывая, что графит имеет твердость значительно меньшую, чем алмаз, термообработанную деталь можно дальше обрабатывать точением менее дорогостоящими резцами (твердосплавными, быстрорежущими и т.п.) для восстановления размеров детали и качества поверхности. Выбор температуры термообработки и время выдержки зависит от марки и зернистости алмазного порошка. Чем мельче алмазный порошок, тем более низкая температура и меньшее время необходимы для сгорания алмазных порошков. Как правило, достаточна температура 500-1000°С, Применять более высокую, чем 1000°С температуру не целесообразно как экономически, так и в виду возможного роста зерна материала детали. Время термообработки алмазных порошков может составлять от 10 мин до 1 часа. Окислительная среда термообработки может ускорить горение алмазных порошков, защитная среда может замедлить процесс горения алмазных порошков. Так, например, на воздухе алмазные порошки размером 400 мкм сгорают при 850-1000°С, а в струе чистого кислорода при температуре 720-800°С алмазные порошки сгорают полностью, превращаясь в графит или углекислый газ. Однако, при особых индивидуальных условиях температура и время термообработки могут выходить за пределы вышеназванных.

Восстановлению подвергали плиту-пунсон из легированной стали марки ХВГ. Изготавливали отрезные круги диаметром 200 мм. на связке M1 (80% об меди и 20% об олова), содержащей алмазные порошки марки АС 15 зернистостью 125/100. Прессование и спекание алмазных кругов проводили при давлении 2000 кгс/см² и температуре 600°С. После изготовления партии кругов рабочие поверхности плиты - пунсона были шаржированы алмазными порошками - на поверхности плиты были видны вкрапления алмазных порошков. Для восстановления плиту-пуансон вначале подвергали термообработке, которую проводили в камерной (муфельной) печи в воздушной среде при температуре 850°С в течение 30 мин

После термообработки проводили точение поверхности плиты-пуансона «как чисто» резцами с пластинами ВК8 для получения необходимой формы, размеров и качества поверхности. Толщина снимаемого слоя составляла 60-70 мкм. (В известном способе толщина снимаемого слоя составляла 150-200 мкм.) После точения проводили шлифование. Поломки и выкрашивания режущей кромки резцов не наблюдались.

Таким образом, предложенный способ восстановления изношенных деталей с поверхностью, шаржированной алмазными порошками, позволяет снизить себестоимость обработки за счет использования менее дорогостоящего режущего инструмента, увеличения срока службы восстанавливаемых деталей и экономии дорогостоящего металла за счет снижения толщины снимаемого слоя.