СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING DIAMOND DRILLING TOOL

Изобретение относится к производству алмазного инструмента, преимущественно к изготовлению алмазных сверл с использованием технологии порошковой металлургии, которые предназначены для получения отверстий в твердых и хрупких материалах.
Для сверления отверстий в различных материалах обычно в сверле должно быть предусмотрено отверстие для подвода в зону обработки охлаждающей среды. Известен способ изготовления инструмента, содержащего хвостовик и рабочую часть, при котором отверстие в рабочей части инструмента формируют с помощью стального стержня, устанавливаемого в форме. После изготовления рабочей части сверла стержень удаляют (патент США №3173314, кл. 76-108, 1962 г.). Недостаток способа заключается в сложности удаления стального стержня из готового изделия, кроме того, при его выпрессовке возможны поломки и сколы в рабочей части сверла.
Известен способ изготовления порошковых полых тел, при котором отверстие формируют с помощью стержня, изготовляемого из материала, легко удаляемого нагревом или растворением, например из льда, углекислоты, воска парафина и т.п. (заявка ФРГ №2742203, кл. B22F 5/00, 1977 г.). Однако стержни из указанных в известном решении материалов не могут быть использованы при изготовлении инструментов при достаточно высоких температурах, т.к. при этих температурах стержни могут выплавиться раньше, чем инструмент будет сформирован.
Известен способ изготовления алмазного инструмента, при котором для формирования отверстия используют проволоку, изготовленную из специального материала и покрытую антифрикционным материалом. Такую проволоку устанавливают в пресс-форме, заполняют свободную полость пресс-формы порошком алмаза и пропиточным материалом, и после прессования и термообработки шихты проволоку удаляют вытягиванием (патент СССР №1822384, кл. B22F 3/26, 1991 г.). Как указано в патенте, проволоку предлагают использовать при изготовлении сверл с капиллярными отверстиями. В этом случае проволока, благодаря антифрикционному покрытию легко вытягивается из готового изделия. При изготовлении же сверл больших диаметров проволока будет играть роль стержня со всеми вытекающими вышеуказанными недостатками.
Наиболее близким является способ изготовления рабочей части инструмента с осевым отверстием, при котором в пресс-форме устанавливают графитовый стержень для формирования отверстия и в зазор между ним и стенкой пресс-формы помещают алмазосодержащую шихту. После прессования и пропитки шихты пропиточным материалом при температуре выше 1000°С или спекания шихты стержень вынимают (авт. свид. СССР №260891, кл. B22f, 1968 г.). Недостаток способа заключается в том, что при нагревании инструмента до температуры пропитки на границе графитового стержня, являющегося хорошим проводником тепла, и алмазосодержащей шихты, возникает градиент температур, который способствует возникновению неравных условий термообработки рабочего слоя от оси инструмента к его периферии. В процессе резания рабочий торец такого сверла имеет различный характер износа по мере удаления зон от оси инструмента. Известно, что работоспособность и стойкость сверлильного инструмента в большой степени зависит от характера износа торцевой части инструмента. Неравномерный его износ приводит к снижению рабочих характеристик сверла в целом. Кроме того, удаление стержня из готового инструмента производится его выпрессовкой, которая является трудоемкой операцией и может вызвать поломку и сколы рабочей части, особенно при изготовлении сверл малого диаметра.
Технической задачей является повышение стойкости алмазного инструмента для сверления, упрощение способа его изготовления, расширение диапазона размеров по диаметру изготавливаемых трубчатых сверл.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления алмазного инструмента для сверления, содержащего хвостовик и рабочий слой, снабженные отверстием для прохода охлаждающей среды, включающем изготовление рабочего слоя прессованием и термообработкой размещенной в пресс-форме алмазосодержащей шихты и формирование в нем отверстия, рабочий слой из алмазосодержащей шихты изготавливают сплошным, а формирование отверстия проводят после термообработки шихты лазерным или электроискровым сверлением.
Особенность способа заключается в том, что как лазерное, так и электроискровое сверление для получения отверстия в спеченном рабочем слое оказывают локальное воздействие на готовый рабочий слой; повторный разогрев шихты при сверлении происходит на очень незначительную глубину и кратковременно. Такие режимы обработки не изменяют полученные рабочие характеристики инструмента вблизи его оси, в результате чего достигается износ рабочего торца, определяющийся первоначальными характеристиками рабочего слоя. Кроме того, при формировании отверстия лазерным или электроискровым сверлением, благодаря отсутствию механических воздействий на готовый рабочий слой, связанных с удалением стержня, исключается его поломка и образование сколов. Кроме того, лазерным и электроискровым сверлением в спеченном рабочем слое может быть выполнено отверстие любого диаметра, при этом отверстия большого диаметра могут быть высверлены перемещением лазерного луча либо инструмента для осуществления электроискровой обработки по траектории, соответствующей диаметру отверстия.
Способ осуществляется следующим образом.
При изготовлении алмазных инструментов для сверления готовят таблетку для получения рабочего слоя инструмента. Для этого в пресс-форму помещают алмазосодержащую шихту, включающую алмазный порошок и металлическую связку. Осуществляют прессование шихты и ее термообработку. Термообработку проводят в зависимости от технологии изготовления инструмента: спеканием спрессованного брикета при температуре, соответствующей температуре спекания связки, либо пропиткой спрессованного брикета пропиточным материалом при температуре его плавления. После термообработки и охлаждения спеченную таблетку извлекают из пресс-формы и изготавливают в ней отверстие требуемого диаметра лазерным или электроискровым сверлением.
Были изготовлены три таблетки диаметром 7 мм, высотой 2,7 мм из алмазного порошка АС 160, зернистостью 315/250 на связке, содержащей в качестве основы кобальт, а также медь, олово и твердые добавки. Технология изготовления таблеток предусматривала спекание спрессованного брикета при температуре 750°С в течение 60 мин. В таблетках формировали отверстие диаметром 1,6 мм на всю ее высоту.
В первой таблетке отверстие получали с помощью лазерного излучения на установке Планар ЕМ270 со следующими режимами:
мощность излучения 30 Вт, частота 3 кГц.
Во второй таблетке формировали отверстие электроискровым сверлением на установке TOPEDM TSH 5AA с режимами: V=100 В, I=15 А, инструментом для сверления являлся латунный электрод.
В третьей контрольной таблетке отверстие получали по традиционной технологии - с помощью графитового стержня, который устанавливали в пресс-форму до заполнения ее алмазосодержащей шихтой и удаляли по окончании охлаждения готовой таблетки после ее термообработки.
После выполнения отверстий как в первой, так и во второй таблетках отсутствовали сколы, трещины и другие дефекты. В третьей таблетке кромка отверстия имела небольшие сколы, образовавшиеся при удалении стержня.
Готовые таблетки припаивали серебряным припоем к хвостовику инструмента, имеющему осевое отверстие.
Полученными инструментами сверлили керамогранит с режимами: скорость - 7000 об/мин; подача - 10 мм/мин. Инструментами, отверстия в которых были сформированы лазерным и электроискровым сверлением, было просверлено 420 и 450 отверстий соответственно, контрольным инструментом - 201 отверстие. При работе контрольного сверла в керамограните образовывался выступ по оси сверления, который формировался в результате появления большой распушки на поверхности сверла в области промывочного отверстия. Как видно из результатов испытаний, стойкость сверл, в которых отверстие изготавливалось с помощью лазерной или электроискровой обработки, была более чем в 2 раза выше, чем сверл, полученных по традиционной технологии.
Таким образом, формирование отверстия в инструменте для сверления лазерной или электроискровой обработкой позволяет существенно увеличить стойкость инструмента. Такой вид обработки материала исключает появление трещин, сколов и т.п. и дает возможность получать отверстия различных диаметров.