УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ КОМПЛЕКС "К-2" ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АБРАЗИВНО-ПРАВЯЩЕГО АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

Техническое решение относится к устройствам средств производства абразивно-правящего алмазного инструмента (АИ) и конструктивному выполнению АИ с вставками алмазных элементов для правки шлифовальных кругов.
Известные технологии [2-9] изготовления АИ, как правило, в общих чертах описывают один (или несколько) производственных процессов, например, изготовление шихты методами порошковой металлургии [7-9], процесс прессования [5, 6] и спекания алмазных вставок (АВ) со связующим каучуковым сырьем и/или пропиткой связующим металлом [3, 4].
Так технология [3, 4] предусматривает размещение алмазных зерен и шихты в прессформы, прессование АВ и спекание на металлической связке.
Однако технология [4] не дает конкретных режимов процесса производства и количественных характеристик материалов, используемых при изготовлении АИ, а некоторая конкретизация по предварительному опрессованию алмазных зерен для увеличения прочности закрепления АВ в АИ [3] недостаточна для практического воспроизведения всего последовательного цикла изготовления АИ.
Технология [2] изготовления АИ включает участок приготовления шихты, участок прессования АВ при смешивании алмазных зерен с шихтой,
а также участок спекания с инфильтрацией металлической связки в виде бронзы.
Однако в производстве [2], как и в других аналогах [3, 4], связка алмазных зерен является недостаточно прочной, твердость связки недостаточна, что приводит к преждевременному выкрашиванию алмазных зерен из АВ вследствие вибрации и давления в процессе работы. При этом описание производства [2] не является полным технологическим циклом, что препятствует практической применимости технологии всего комплекса средств производства с учетом необходимого ряда факторов по достижению максимально возможной эффективности производства при приемлемых сложности и стоимости работ.
Комплекс [1] средств производства абразивно-правящего алмазного инструмента, принятый за прототип, представляет всю совокупность участков и узлов производственного процесса, которая позволяет реализовать эффективность синергии прочной и твердой связки АВ с шихтой на вольфрамо-кобальтовой связке с органическим связующим в виде каучука при инфильтрации АВ медью с рациональным размещением алмазных зерен и боковым прессованием АВ.
Комплекс [1] для производства абразивно-правящего алмазного инструмента (АИ) включает связанные и взаимодействующие между собой последовательные технологические узлы: участок исходных материалов и заготовок оправок АИ (ИМЗ), узел приготовления шихты (ПШ) на основе вольфрамо-кобальтовой (ВК) смеси, узел формирования алмазной вставки (АВ), участок подготовки оправок АИ к спеканию с АВ, узлы спекания алмазных вставок и напайки АВ в оправку АИ, а также участок контроля, маркировки и упаковки (КМУ), причем участок ИМЗ выполнен в виде помещения для хранения заготовок оправок и материалов, используемых в производстве: алмазного сырья, каучука, бензина, ВК смеси, медной и латунной ленты, флюса (буры), спирта и упаковочного материала, узел приготовления шихты ПШ включает участок подготовки раствора каучука в
бензине, участок смешивания порошка ВК смеси с раствором каучука, сушильный шкаф и участок измельчения шихты, участок подготовки оправок АИ к спеканию снабжен ванной для промывания АИ в бензине и сушильным шкафом с принудительной вентиляцией, участок КМУ выполнен с возможностью контроля вскрытия алмазных зерен, отсутствия трещин и раковин на их поверхности и закрепления АВ в оправке АИ, а также с возможностью маркировки АИ товарным знаком, индексом и номером АИ с последующей упаковкой при вложении паспорта АИ.
При этом известный комплекс [1] содержит участок навески алмазов и участок механической обработки АИ, а для участка подготовки раствора каучука, участка смешивания порошка ВК смеси с раствором каучука, участка навески алмазов, участка прессования, узла спекания АВ приведены технологические характеристики для конкретных случаев выполнения комплекса.
Достоинством комплекса [1] по сравнению с другими известными устройствами (например, [2-4]) являются достаточно высокие стойкость, режущие свойства АИ и их износоустойчивость.
Тем не менее, к недостаткам комплекса [1] следует отнести неполную автоматизацию ряда операций производства (так, ручная раскладка пинцетом алмазных зерен заданной фракции весьма трудоемка и т.п.) и их разделение, а стойкость, прочность и износоустойчивость АИ может быть повышена за счет усовершенствований комплекса путем предлагаемого технического решения.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании на базе известного устройства [1] усовершенствованного комплекса (специальное обозначение: «К-2») для абразивно-правящего алмазного инструмента, позволяющего объединить ряд операций (например, спекания и напайки АВ) и механизировать (автоматизировать) трудоемкие операции (ручную раскладку алмазных зерен) без повышения сложности и стоимости производства.
Основной технический результат предлагаемого комплекса «К-2» - повышение эксплутационных свойств АИ, в том числе - ресурса АИ (срока эффективного использования) посредством автоматизации трудоемких (ручных) операций производства и реализации синергии объединения раздельных ранее операций в одном узле комплекса. При сохранении достоинств прототипа [1], без усложнения и увеличения стоимости производства АИ обеспечивается повышение прочности и твердости алмазной вставки и ее износоустойчивости.
Технический результат достигается следующим образом.
Комплекс для производства абразивно-правящего алмазного инструмента (АИ) включает связанные и взаимодействующие между собой последовательные технологические узлы: участок исходных материалов и заготовок оправок АИ (ИМЗ), узел приготовления шихты (ПШ) на основе вольфрамо-кобальтовой (ВК) смеси, узел формирования алмазной вставки (АВ), участок подготовки оправок АИ к спеканию с АВ, узлы спекания алмазных вставок и напайки АВ в оправку АИ, а также участок контроля, маркировки и упаковки (КМУ), причем участок ИМЗ выполнен в виде помещения для хранения заготовок оправок и материалов, используемых в производстве: алмазного сырья, каучука, бензина, ВК смеси, медной и латунной ленты, флюса (буры), спирта и упаковочного материала, узел приготовления шихты ПШ включает участок подготовки раствора каучука в бензине, участок смешивания порошка ВК смеси с раствором каучука, сушильный шкаф и участок измельчения шихты, участок подготовки оправок АИ к спеканию снабжен ванной для промывания АИ в бензине и сушильным шкафом с принудительной вентиляцией, участок КМУ выполнен с возможностью контроля вскрытия алмазных зерен, отсутствия трещин и раковин на их поверхности и закрепления АВ в оправке АИ, а также с возможностью маркировки АИ товарным знаком, индексом и номером АИ с последующей упаковкой при вложении паспорта АИ.
Отличительной особенностью комплекса «К-2» является то, что узел формирования АВ включает установку для сортировки алмазных зерен по фракциям и для закрепления их на синтетической липкой ленте с последующим нанесением на корпус со связкой, узел спекания АВ и узел напайки АВ в оправку АИ объединены с возможностью одновременного спекания и пайки АВ в хвостовик оправки АИ в термостойких кассетах, размещенных в вакуумной электропечи, а в помещении участка ИМЗ в качестве используемого в производстве материала дополнительно размещены рулоны синтетической липкой ленты.
Комплекс также отличается тем, что установка для сортировки алмазных зерен по фракциям и закрепления их на синтетической липкой ленте представляет собой плиту с просверленными конусообразными отверстиями, соразмерными с заданной фракцией алмазных зерен, и снабжена устройством подачи алмазных зерен на поверхность плиты и приемным бункером, причем плита выполнена с возможностью перевода из горизонтального положения в наклонное под углом до 30° к горизонту, а при возвращении плиты в исходное горизонтальное положение - с возможностью закрепления алмазных зерен, размещенных в отверстиях плиты, на синтетической липкой ленте с последующим нанесением на корпус со связкой АИ.
Кроме того, отличие комплекса заключается в том, что установка для сортировки алмазных зерен снабжена набором плит с просверленными конусообразными отверстиями, соразмерными различным фракциям алмазных зерен, которые определяются спецификой изготавливаемого АИ: алмазного карандаша, алмазной гребенки, роликов или другого абразивно-правящего инструмента.
При этом установка для сортировки алмазных зерен по фракциям дополнительно снабжена вакуумным насосом для удержания алмазных зерен в отверстиях плиты.
Отличием комплекса также является то, что термостойкие кассеты для одновременного спекания и пайки АВ в вакуумной электропечи выполнены в виде двух сопрягаемых по продольной оси симметрии полуформ с углублениями в каждой из них, соответствующими форме АИ.
В ряде случаев узел напайки АВ в оправку АИ снабжен установкой токов высокой частоты для напайки АВ с использованием в качестве припоя кусков латунной ленты и флюса (буры).
В частных случаях производства АИ выполнен в виде алмазного карандаша, алмазной гребенки, роликов или другого абразивно-правящего алмазного инструмента.
При этом для производства АИ могут быть использованы природные технические алмазы и/или синтетические моно- и поликристаллические алмазы.
В конкретных случаях производства абразивно-правящего инструмента участок подготовки раствора каучука в бензине, участок смешивания порошка ВК смеси с раствором каучука, участок измельчения шихты, узел формирования АВ, объединенные узел спекания АВ и узел напайки АВ в оправку АИ и участок КМУ выполнены в виде рабочих мест специалистов-технологов с соответствующим технологическим оборудованием и материалами, размещенных в производственных помещениях, оборудованных системами вентиляции и кондиционирования воздуха.
На фиг.1 приведена общая конструктивная схема комплекса «К-2». Фиг.2 и 3 иллюстрируют соответственно устройство установки для автоматизированной сортировки (УАС) алмазных зерен по фракциям и устройство плиты этой установки. На фиг.4 приведена конструктивная схема термостойкой кассеты (одной полуформы), на фиг.5 приведена схема участка контроля, маркировки и упаковки.
Комплекс (фиг.1) содержит участок 1 ИМЗ, узел 2 приготовления шихты (ПШ), узел 3 формирования АВ, участок 4 подготовки оправок, узел 5 спекания АВ, узел 6 напайки АВ в оправку АИ и участок 7 КМУ. Узел 2
имеет в своем составе участок 8 подготовки раствора каучука в бензине, участок 9 смешивания ВК смеси с раствором каучука, сушильный шкаф 10 и участок 11 измельчения шихты. В узел 3 формирования АВ введены установка 12 сортировки алмазных зерен по фракциям и вакуумный насос 13. УАС 12 (фиг.2) включает плиту 14 с конусообразными отверстиями 15, устройство 16 подачи алмазных зерен и приемный бункер 17. Позицией 18 на фиг.3 обозначена липкая синтетическая лента. На фиг.4 показаны полуформа 19 термостойкой кассеты с углублением 20 для размещения АИ. Участок 7 КМУ (фиг.5) включает участок 21 контроля, участок 22 маркировки и участок 23 упаковки.
Работа комплекса заключается в следующем.
На участке 1 ИМЗ размещаются заготовки оправок (О), каучук (К), бензин (Б), вольфрамо-кобальтовая смесь (ВК), рулоны липкой ленты (ЛЛ), алмазное сырье (А), медная лента (М), латунная лента (Л), флюс (Ф) и упаковочный материал (УМ). С участка 1 ИМЗ на узел 2 ПШ подается каучук (К) и бензин (Б), где на участке 8 готовится раствор каучука в бензине, например, при соотношении компонентов: каучук натуральный (латекс) - 150 г, бензин Б 70-7 л. Раствор выдерживается в течение не менее 24 часов, подвергается интенсивному перемешиванию в течение 7-8 часов и фильтруется. В течение срока годности (до 100 часов) раствор подается на участок 9 смешивания с ВК смесью, где компоненты смешиваются, например, в следующем соотношении [1]: порошок ВК смеси, подаваемый с участка 1 ИМЗ, - 2 кг, раствор каучука в бензине - 0,5 л. Полученная на участке 9 смесь высушивается в сушильном шкафу 10 при температуре 80°С в течение не менее 4 часов, а затем на участке 11 измельчается через сита и терки. Шихта с узла 2 подается на узел 3 формирования АВ в узел спекания 5. На участок 4 подаются заготовки оправок (О) с участка 1 ИМЗ, которые подготавливаются (промываются в бензине и сушатся в сушильном шкафу) к дальнейшему процессу в узле 3 (в узле 5 спекания АВ).
Установка 12 УАС узла 3 формирования АВ осуществляет сортировку алмазных зерен. На плиту 14 (фиг.2, 3) из устройства 16 подачи насыпаются и разравниваются алмазные зерна. Отверстия 15 плиты заполняются алмазными зернами заданной фракции, которая определяется спецификой изготавливаемого АИ, а «лишние» зерна других фракций при наклоне плиты до 30° удаляются в приемный бункер 17. Затем плита 14 с заполненными алмазными зернами отверстиями 15 возвращается в горизонтальное положение, а алмазные зерна посредством наложения на плиту 14 синтетической липкой ленты 18 закрепляются на ней, повторяя заданное размещение на одной из набора плит. Для предотвращения прилипания ленты 18 к плите 14 может быть использован тальк. УАС 12 может быть дополнительно снабжена вакуумным насосом 13 для удержания алмазных зерен в отверстиях 15 плиты 14. Липкая лента 18 с закрепленными на ней алмазными зернами наносится (или наматывается, в зависимости от специфики изготавливаемого АИ) на корпус со связкой и спекается с оправкой в узле 5.
Окончательное формирование АВ (и АИ в целом) в узле 3 производится в узлах 5 и 6 при одновременном спекании и пайке АВ в хвостовик оправки в термостойких кассетах (фиг.4), выполненных в виде двух сопрягаемых по продольной оси симметрии полуформ 19 с углублениями 20 в каждой из них, соответствующими форме АИ. Спекание аналогично [1] ведется при температуре 1100°С в течение 40 мин с последующим охлаждением при скорости охлаждения 350° в час. В ряде случаев узел 6 напайки АВ в оправку АИ может быть снабжен установкой токов высокой частоты для напайки АВ с использованием латунной ленты (Л) и флюса (Ф). Исходные материалы (ЛЛ), (А), (М), (Л) и (Ф) поступают в узел 3 формирования с участка 1 ИМЗ.
На участке 7 КМУ (фиг.5) в участке 21 осуществляется контроль вскрытия алмазных зерен, отсутствия трещин и раковин на их поверхности и закрепления АВ в оправке АИ. В участке 22 ведется маркировка АИ
товарным знаком, индексом и номером АИ и последующая (в участке 23) упаковка материалом (УМ), поступающим с участка 1 ИМЗ при вложении паспорта и документации АИ.
В конкретных случаях АИ может быть выполнен в виде алмазного карандаша, в виде алмазной гребенки, роликов или другого абразивно-правящего АИ.
При этом для производства АИ использованы природные технические и/или синтетические моно- или поликристаллические алмазы.
В конкретных случаях производства участки 1, 2, узел 3, объединенные узлы 5 и 6, а также участок 7 КМУ выполнены в виде рабочих мест специалистов-технологов с соответствующим технологическим оборудованием и материалами, размещенных в производственных помещениях, оборудованных системами вентиляции и кондиционирования воздуха.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 20739 U1, 27.02.2002 (прототип).
2. RU 2148490 С1, 10.05.2000 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
3. RU 1817748 С1, 23.05.1993.
4. RU 2156188 С2, 20.09.2000.
5. RU 19490 U1, 10.09.2001.
6. RU 2169068 С2, 20.06.2001.
7. Основы учения о реазании металлов и режущий инструмент / С.А.Рубенштейн, Г.В.Левант, Н.М.Орнис и др. - М.: Машиностроение, 1968, 392 с. (с.360-362).
8. Правка шлифовальных кругов алмазными инструментами и заменителями алмазов / НИИАЛМАЗ. - М.: Машгиз, 1960, 213 с.
9. Трент Е.М. Резание металлов: Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1980, 263 с. (с.185-187).