АЛМАЗНЫЙ СЕГМЕНТ

Полезная модель относится к алмазным режущим инструментам, применяемым для резания и обработки природного камня, керамических строительных и других подобных им материалов, может быть использована в камнеобрабатывающей и строительной отраслях промышленности, в частности, касается алмазных сегментов отрезных сегментных дисков.
Алмазные сегменты, непосредственно соприкасающиеся с обрабатываемым материалом, являются главными режущими частями алмазных отрезных сегментных дисков.
Алмазные сегменты прикрепляются к основанию алмазного отрезного сегментного диска и могут привариваться или припаиваться к нему, в том числе с помощью лазерных технологий, наноситься методом гальванопластики, соединяться с основанием диска методом напрессовки.
Известен алмазный сегмент (Патент РФ №2214325, МПК7 B24D 3/04, опубл. 20.02.2003 г. Бюл. №29), включающий металлическую связку, алмазные зерна и наполнитель. Алмазный сегмент по патенту РФ №2214325 имеет одинаковый состав по всему объему и равномерное распределение зерен алмазов и зерен наполнителя.
Недостаток такого однослойного алмазного сегмента заключается в невозможности его использования до полного истирания, т.к. в связи с короновидным типом его износа исчезает свисание алмазных сегментов относительно основания диска, при этом режущая кромка исчезает и полотно заедает, происходит заклинивание диска. Кроме того, такой алмазный сегмент не обладает свойством самозатачиваемости.
Известен алмазный сегмент типа «Сэндвич» Терского завода алмазного инструмента ОАО «Терекалмаз», Россия (адрес сайта: www.terekalmaz.ru. каталог товаров / алмазный строительный инструмент и инструмент для камнеобработки / производство камнеобрабатывающего инструмента / номенклатура производства / алмазные сегменты типа «Сэндвич»).
Алмазный сегмент типа «Сэндвич» имеет многослойную структуру, основными элементами которой являются наружный алмазоносный слой, внутренний алмазоносный слой и не содержащий алмазов приварочный слой. Алмазный сегмент может изготавливаться без приварочного слоя, а также может состоять из большего количества слоев. Наружный алмазоносный и приварочные слои имеют более твердую связку, чем внутренний алмазоносный слой. По сравнению с однослойными сегментами алмазный инструмент типа «Сэндвич» используется полностью, его ширина и усилие резания в процессе работы остаются постоянными.
Известен алмазный сегмент Venom для отрезных дисков компании Levanto (Финляндия), используемые в строительной индустрии, состоящие из нескольких чередующихся мягких и твердых слоев. Такая структура алмазных сегментов обеспечивает увеличение скорости резания и стойкости основания алмазного диска.
Более точные детали конструкций приведенных выше многослойных алмазных сегментов типа «Сэндвич» и Venom, как и соответствующие технологии их изготовления, являются ноу-хау производителей.
2
3
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является алмазный сегмент режущего инструмента по патенту US 2005235978, МПК B23D 61/02; B24D 5/12; B24D 99/00; B28D 1/02; B28D 1/04; B28D 1/12; B23D 61/00; B24D 5/00; B24D 99/00; B28D 1/02; опубл. 27.10.2005 г.). Он состоит из множества плоских слоев металлической матрицы (связки), расположенных перпендикулярно режущей поверхности сегмента, и в тоже же время параллельно направлению резания, чередующихся с плоскими алмазосодержащими слоями. Плоские слои металлической матрицы (связки) изготовлены из черных или цветных металлов, литых и/или спеченных материалов и могут содержать наполнитель - SiC, WC, BN, АlО, алмазные зерна, или их смесь. Концентрация алмазных зерен, используемых в качестве наполнителя, ниже концентрации алмазных зерен, содержащихся в режущей поверхности алмазного сегмента. Уложенные в определенной последовательности слои металлической матрицы (связки), содержащие и/или не содержащие наполнитель, и алмазосодержащие слои соединены друг с другом с помощью горячего прессования.
Недостатком алмазного сегмента по патенту US 2005235978 является необходимость применения горячего прессования для объединения слоев, являющегося затратным в энергетическом плане, требующего специального дорогостоящего оборудования, отсутствие самозатачиваемости алмазного инструмента.
Техническим результатом заявляемого технического решения является улучшение кромкостойкости, увеличение технологического ресурса алмазного инструмента, улучшение качества резки - повышение точности разреза и ровности получаемой обрабатываемой поверхности, создание алмазного сегмента самозатачиваемой конструкции, не требующего специального предварительного вскрытия алмазных зерен перед вводом инструмента в работу, снижение затрат на изготовление алмазного сегмента.
Технический результат достигается тем, что алмазный сегмент, состоящий из чередующихся слоев, расположенных перпендикулярно режущей поверхности основания диска, и в тоже же время параллельно направлению резания, содержащих следующие элементы: металлическую связку из спеченного материала, алмазные зерна и зерна наполнителя, при более высокой концентрации алмазных зерен в наружных слоях, отличающийся тем, что включает наружные слои с более твердой металлической связкой, и внутренние чередующиеся слои с менее твердой и более твердой металлической связкой, соединенные между собой с помощью постадийного холодного прессования и спекания, более твердые и менее твердые металлические связки изготовлены из разных спеченных материалов, все слои включают алмазные зерна и зерна наполнителя, концентрация алмазных зерен в слоях с более твердой связкой выше, чем в слоях с менее твердой связкой, в качестве спеченного материала более твердой связки используют порошковую сталь ПК10Н12ТiС8 с более высокой твердлстью, в качестве спеченного материала менее твердой связки используют порошковую сталь ПК10Н9ТiС8, в качестве наполнителя используют карбид титана, обладающий высокой твердостью.
Установлено, что алмазные сегменты в процессе работы изнашиваются больше не только по высоте, но и по боковым наружным сторонам, чего избежать намного труднее.
Т.к. наибольшее влияние на режущие свойства и кромкостойкость алмазного сегмента, а также на характер его изнашивания в процессе резания оказывает твердость алмазного сегмента, определяемая количеством и свойствами связки, введенной в алмазный сегмент, то применение для наружных слоев заявляемого алмазного сегмента металлической связки из более твердого и оптимального по составу и свойствам спеченного материала - порошковой стали ПК10Н12ТiС8, позволяет повысить прочность закрепления алмазных зерен в инструменте с помощью связки и кромкостойкость алмазного сегмента, снизить износ его наружных боковых сторон.
Кроме того, повышение концентрации алмазных зерен и наличие зерен наполнителя с высокой твердостью в наружных слоях алмазного сегмента также позволяют повысить его кромкостойкость, т.е. увеличить ресурс острой режущей части (кромки) в процессе эксплуатации.
Применение более твердой металлической связки для ряда внутренних слоев снижает износ алмазного сегмента по высоте.
Внутренние слои алмазного сегмента с менее твердой связкой из порошковой стали ПК10Н9ТiС8 изнашиваются быстрее, образуя выемки, благодаря которым вступают в работу наружные и внутренние слои с более твердой связкой из порошковой стали ПК10Н12ТiС8, имеющие и более высокую концентрацию зерен алмаза и наполнитель - карбид титана. Износ слоев с более твердой связкой меньше, т.к. одновременно с твердостью возрастает износостойкость инструмента, т.е. даже при малой остаточной высоте алмазного сегмента остается достаточная режущая кромка, что позволяет использовать алмазный сегмент более полно.
Соответственно, повышение кромкостойкости и снижение износа алмазного сегмента как по высоте, так и по его боковым наружным сторонам, приводит к увеличению ресурса алмазного сегмента в целом.
Использование в качестве спеченного материала менее твердой металлической связки разработанной порошковой стали ПК10Н9ТiС8 обусловлено прежде всего тем, что прочность закрепления алмазных зерен в инструменте с ее помощью ниже прочности самого алмазного зерна, и изнашивание происходит вследствие выкрашивания зерен и инструмент работает в режиме самозатачивания. Т.е. более быстрый износ слоев с менее твердой связкой обеспечивает самозатачиваемость алмазного сегмента.
Наличие слоев с менее твердыми связками позволяет не производить специального вскрытия алмазных зерен перед вводом инструмента в работу.
Экспериментальным путем установлено оптимальное соотношение элементов в слоях алмазного сегмента с более твердой связкой и во внутренних слоях с менее твердой связкой. Концентрация алмазных зерен в слоях с более твердой связкой, в том числе и наружных слоях, выше, чем во внутренних слоях с менее твердой связкой.
Концентрация зерен наполнителя во всех слоях одинакова. Использование в качестве наполнителя карбида титана обусловлено его высокой твердостью, превышающей твердость широко применяемого карбида вольфрама, что также повышает кромкостойкость, износостойкость и ресурс алмазного сегмента.
Из-за малого износа слоев с более твердой связкой остаются постоянными ширина сегмента и усилие резания, что приводит к повышению качества резки: точности разреза, ровности получаемой поверхности. Наружные слои с твердой связкой обеспечивают ровные края реза за счет кромкостойкости.
Соединение слоев в единую конструкцию осуществляют следующим образом: в смесителе поочередно готовят 2 шихты с равномерным распределением компонентов, отличающиеся рецептурой материалов, применяемых для более твердых и менее твердых связок, и концентрацией зерен алмазов. Затем добавляют связующее и проводят гранулирование каждой шихты с последующей сушкой и получением 2-х гранулятов.
Сначала засыпают и прессуют гранулят для наружного слоя, затем на полученную прессовку загружают гранулят для внутреннего слоя на основе менее твердой связки и снова прессуют, на двухслойную заготовку загружают гранулят для внутреннего слоя на основе более твердой связки и снова прессуют. В предпоследней загрузке прессуют гранулят для внутреннего слоя на основе менее твердой связки, последней загружают гранулят для наружного слоя и проводят окончательное прессование при более высоком давлении. Полученную многослойную заготовку спекают. Все стадии объединения различных слоев алмазного сегмента осуществимы на стандартном оборудовании. Энергетические и материальные затраты ниже, чем при горячем прессовании.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет увеличить кромкостойкость, технологический ресурс алмазного сегмента, повысить качество резания - повысить точность разреза и ровность получаемой поверхности. Алмазный сегмент самозатачиваемый и не требует специального предварительного вскрытия алмазных зерен перед вводом инструмента в работу. Соединение разных слоев алмазного сегмента осуществимо с помощью постадийного холодного прессования и последующего спекания на стандартном оборудовании при меньших затратах.