ЗЕНКЕР

Область применения
Устройство относится к зенкерам, изготавливаемых на основе смеси абразивных зерен и металлической связки. Инструмент может быть использованы для увеличения диаметра или уменьшения шероховатости поверхности готовых цилиндрических отверстий в металлических, пластмассовых, деревянных и иных деталях и поверхностей.
Уровень техники
Известны металлоабразивные инструменты (Авторское свидетельство СССР N 1703718, кл. С25D 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 и их износостойкость. Известен абразивный инструмент (Авторское свидетельство СССР N 2042499, кл. В24D 17/00, 1995.), который содержит держатель, жестко скрепленный с рабочей частью, выполненной в виде смеси абразивных алмазных зерен и частиц наполнителя с металлическим связующим.
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. Все это снижает прочность удержания зерен в инструменте, следовательно, снижает износостойкость. Понижение концентрации за счет введения порошковой связки и прессования снижает производительность инструмента.
Из уровня техники известен 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 VIB 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. 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 устройством.
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.
Наиболее близким аналогом заявленного устройства является патент на полезную модель РФ №59473, на абразивный инструмент, состоящий из рабочей части, выполненной из распределенной по ее объему смеси связанных посредством связующего металла, абразивных зерен и держателя или отверстия для вставки держателя, причем процентное содержание абразивных зерен различного состава: алмаз природный и искусственный, электрокоруд, корунд, карбид кремния, карбид бора в абразивном инструменте составляет более 50% от объема рабочей части инструмента, а остальное пространство заполнено связующим веществом, отличающийся тем, что размеры частиц абразивных зерен, содержащихся в инструменте, находятся в диапазоне от 1 до 2000 мкм, а в качестве связующего вещества используется металл или сплавы различных металлов на основе меди, никеля, марганца, фосфора, олова, германия, при этом абразивные зерна покрыты слоем металла толщиной не ниже 1 мкм, который соединен со связующим металлом диффузионным слоем, а температура плавления металла покрытия не ниже температуры плавления связующего металла или сплава различных металлов.
Недостатком данного абразивного инструмента является сложность его изготовления. В частности сложно обеспечить покрытие абразивных зерен слоем металла толщиной не ниже 1 мкм, который соединен со связующим металлом диффузионным слоем, таким образом, чтобы соблюсти условие того, чтобы температура плавления металла покрытия не ниже температуры плавления связующего металла или сплава различных металлов. В результате инструмент получается дорогим.
Целью данной полезной модели является упрощение абразивного покрытия при сохранении его основных преимуществ.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение износостойкости инструмента.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано конструктивное устройство зенкера, где 1 - держатель, 2 - рабочая часть зенкера.
Сущность устройства
Данный технический результат достигается за счет того, что зенкер (см. Фиг.1), состоящий из держателя (1), рабочая часть (2) которого расположена на конце держателя и представляет собой конус с углом от 30 до 160 градусов, рабочая поверхность слоя которого состоит из распределенной по его объему смеси связанных посредством связующего вещества абразивных зерен, процентное содержание которых в абразивном инструменте составляет более 50% от объема рабочего слоя инструмента, а остальное пространство заполнено связующим веществом, в качестве которого использован металл или сплавы, отличающийся тем, что толщина слоя рабочей части конуса составляет не менее трех диаметров абразивных зерен.
Важность соблюдения условия того, что толщина слоя рабочей части составляет не менее трех диаметров абразивных зерен, заключается в том, что при нанесении абразивного покрытия обычными методами (см. все известные аналоги), покрытие получается однослойным или двухслойным, т.е. состоящим из одного-двух слоев абразивных зерен. В результате, при использовании инструмента абразивный слой очень быстро разрушается, поскольку абразивные зерна не имеют сцепки друг с другом и сбиваются с
рабочей части инструмента, даже при наличии двух слоев, поскольку нижнему слою сложно удерживаться на подложке.
При толщине слоя рабочей части инструмента не менее трех диаметров абразивных зерен эта проблема устраняется, поскольку абразивные зерна лежат в три и более слоев.
Средний же слой вместе со связующим веществом лучше удерживает верхний слой абразивных зерен от выбивания их с рабочей поверхности инструмента в процессе его использования, поскольку он сам лучше удерживается более нижними слоями, чем бы он был расположен на подложке. Это объясняется наличием сцепки связующего вещества и абразивных зерен.
Таким образом, при использовании толщины слоя рабочей части инструмента размером не менее трех диаметров абразивных зерен, обеспечивается повышение износостойкости инструмента.
Связующее вещество может являться металлом или сплавом. В качестве примера можно указать сплав (№1) на основе 58% меди, 25% никеля и 17% марганца, температура плавлений которого - 1095 градусов. Данный сплав обладает высокой прочностью и термостойкостью. Изготовленные из него зенкера обладают высокой производительностью и ресурсом работы, например, идеально подходят для увеличения диаметров отверстий высокопрочных материалов, таких как гранит.
Зенкера же, связующее вещество которых изготовлено на основе сплава (№2), состоящего из 80% меди, 17% никеля и 3% фосфора, имеют температуру плавления сплава - 780 градусов Цельсия, а изготовленное из сплава (№3), состоящего из 80% меди, 5% германия, 1% никеля, 13,5% марганца и 0,5% олова, имеют температуру плавления сплава - 1030 градусов Цельсия. При аналогичных условиях эти зенкера не предназначены для увеличения диаметров отверстий высокопрочных материалов, таких как гранит, поскольку они быстро разрушаются, что объясняется более жесткими условиями работы зенкеров в глухих отверстиях, где нагрузка на связующий металл превышает предел его термической и усталостной прочности, и это ведет к катастрофическому разрушению инструмента.
Однако для других целей зенкера со связующим веществом сплавов №2, №3 лучше подходят, чем зенкера со связующим веществом из сплава №1, например, при сверлении более мягких поверхностей, например, стали или бетона, поскольку сверление ими производится быстрее, т.к. контакт абразива с обрабатываемой поверхностью в них лучше.
Исходя из данных примеров видно, что состав связующего вещества может быть любым. Поэтому выбор состава не влияет на технический результат и состав связующего вещества не является предметом защиты настоящего устройства.
Большая плотность абразива в рабочей части обеспечивает большую износостойкость инструмента. Например, повышение концентрации на 20% ведет к повышению износостойкости на 20%.
Поэтому для работоспособности заявленного устройства и в целях достижения заявленного технического результата выбрана стандартная метода процентного содержания абразивных зерен в инструменте в размере более 50% от объема рабочей части инструмента, где остальное пространство заполнено связующим веществом. При содержании абразивных зерен в инструменте в размере менее 50% от объема рабочей части инструмента, плотность абразивных зерен такова, что прямого контакта между ними не происходит и должного эффекта сцепки не возникает.
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.
Технологией изготовления таких инструментов с повышенной плотностью абразивных зерен владеет заявитель, она не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыта.