Инструмент из композиционного сверхтвердого материала

3. ИНСТРУМЕНТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО СВСрХТВСрДОГО материала ПО ЛЮбОМу ИЗ ПП. 1-2,ОТЛИЧЗЮЩИЙСЯ ТСМ, ЧТО ЭЛСМСНТЫ рабочего СЛОЯ СВЯЗЗНЫ между СОбОЙ СЛСДУЪОЩИМ разМСРНЫМ гранулометрическим СООТНОШСНИСМ, МКМ 2гексагональнь 1 й нитрид бора 0,004100,0 кубический нитрид бора 0,004100,0 графит 0,004100,0 алмаз 0,004100,0 нанотрубки/ нановолокна, диаметр/длина 0,001 0,15/ 0,01300,0 ультрадисперснь 1 й алмаз 0,0041,00.1. Патент Японии Не 3-161272, МПК В 2413 3/14. - Опубл. 11.07.1991.2. Патент Японии Не 2-292174, МПК В 2413 3/14. - Опубл. 03.12.1990.3. Патент РБ Не 11508 на Полезную модель Инструмент из композиционного сверхтвердого материала, дата приоритета от 24 июля 2001 г.Полезная модель относится К инструментальному производству в машиностроении и может быть использована при производстве инструмента из композиционного сверхтвердого материала на основе композиций, содержащих нанотрубки/нановолокна (НТ/НВ),кубический нитрид бора (КНБ) и алмаз с цементирующим связующим из ультрадисперснь 1 х алмазов (УДА).Известна конструкция шлифовального круга, включающая размещенный на его корпусе на металлической основе композиционный алмазоносный режущий рабочий слой с кубическим нитридом бора, 10 мас. с размером частиц 20 мкм, соединенные между собой и металлической основой связкой на основе 90 мас. стеклянного порошка, смолы и металлического порошка 1.Недостаток известного инструмента проявляется в узких технологических возможностях и нешироком применении, связанных с ограниченным соотношением компонент и гранулометрических размеров частиц, а также низкой термической стойкости.Близким техническим решением является конструкция термостойкого инструмента,включающая металлический корпус и композиционный режущий слой из сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора и алмаза, элементы которого соединены между собой стеклуемой связкой 2.Недостаток известного инструмента также проявляется в ограничении технологических возможностей из-за ограничения гранулометрического состава и свойств связки от пластичного состояния до твердого и низкой термической стойкости материала, и, следовательно, низкой режущей способности инструмента.Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является конструкция термостойкого инструмента, включающая металлический корпус и композиционный режущий слой из сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора и алмаза, элементы которого соединены между собой цементирующей связкой из ультрадисперсного алмаза З.Недостаток известного инструмента проявляется в ограничении технологических возможностей из-за свойств связки, которая может меняться от пластичного состояния до твердого между зерен СТМ, но не обеспечивает связку зерен на больших расстояниях. Это приводит к недостаточной прочности материала и, следовательно, к низкой режущей способности инструмента.В основу полезной модели положена задача расширения технологических возможностей инструмента, максимального снижения удельного расхода кубического нитрида бора и алмаза, повышения прочности, режущей способности инструмента и повышения его термостойкости.Поставленная задача достигается тем, что инструмент из композиционного сверхтвердого материала, включающий корпус И К 0 МПОЗИЦИОННЬ 1 Й режущий слой на основе кубического нитрида бора и алмаза, элементы которого соединены между собой связкой, согласно полезной модели, в композиционном режущем слое размещены дополнительно нанотрубки/нановолокна, обеспечивающие прочную связь сверхтвердых зерен алмаза и кубического нитрида бора на больших расстояниях, ультрадисперсные алмазы в качестве цементирующей связки зерен СТМ в междузеренном пространстве и связки из гексагонального нитрида бора и графита.В инструменте из композиционного сверхтвердого материала элементы режущего слоя, содержащие нанотрубки/нановолокна, ультрадисперсный алмаз, кубический нитрид бора, алмаз и связку на основе гексагонального нитрида бора и графита, связаны между собой следующим соотношением, мас.гексагональный нитрид бора 0,1-99,0 кубический нитрид бора 0,1-99,0 графит 0,1-99,0 алмаз 0,1-99,0 нанотрубки/ нановолокна 0,1-99,0 ультрадисперсный алмаз 0,1-99,0.В ИНСТРУМВНТС ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО СВСрХТВСрДОГО материала ЭЛСМСНТЫ рСЖу 1 Ц 6 ГО СЛОЯ, содержащие нанотрубки/нановолокна, ультрадисперсный алмаз, КУбИЧССКИЙ НИТрИД бора, алмаз И ПЛЗСТИфИЦИРУЪОЩУЮ СВЯЗКУ на ОСНОВС гексагонального нитрида бора И гра фита, связаны МЖДУ СОбОЙ СЛСДУЪОЩИМ размерным гранулометрическим СООТНОШСНИВМ,МКМ 2гексагональный нитрид бора 0,004-100,00 кубический нитрид бора 0,004-100,00 графит 0,004-100,0 алмаз 0,004-100,0 нанотрубки/ нановолокна, диаметр/длина 0,0010,15/ 0,01 300,0 ультрадисперсный алмаз 0,0041,00.Между отличительными признаками и техническим результатом имеется причинноследственная связь, содержащая элементы неочевидности для данной области техники. Такая связь придает полезной модели новое качество и обуславливает ее промышленную применимость. Между отличительными признаками и техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь наличие новых конструктивных признаков, их взаимное расположение, массовый процент и соотношение размеров.Конструкция заявленной полезной модели инструмента направлена на снижение удельного расхода дорогих материалов - кубического нитрида бора и алмаза, на повь 1 шение режущей способности инструмента, а также расширяет диапазон применения инструмента из композиционного сверхтвердого материала от суперфинишного полирования до грубой шлифовки и резания практически всех материалов.По сведениям, которыми располагает заявитель, предлагаемая совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемая полезная модель соответствует критерию новизна.Предлагаемая сущность полезной модели может быть многократно использована практически в любой области техники.Заявителями изготовлен опытный образец инструмента, проведены его испытания, ко ТОРЫВ ПОДТВСрДИЛИ ВЫСОКИС И ПОТРВбИТСЛЬСКИС свойства инструмента. В ЭТОЙ СВЯЗИ ОЧС 3видным является соответствие заявленной полезной модели критерию промышленная применимость.Для лучщего понимания полезной модели ее поясняют чертежом, где на фиг. 1, 2 дан общий вид инструмента фиг. 3-29 поясняют исполнение конструктива инструмента, где по горизонтали условно приводятся мас. сверхтвердых составляющих инструмент компонент по вертикали - гранулометрический состав, мкм.Фиг. 3-29 поясняют схемы композиционных сверхтвердых материалов, получаемых при различном содержании в щихте УДА и армирующих нанотрубок/нановолокон, а также сверхтвердой составляющей - наполнителя (алмаз и КНБ) и связующего (графит и ГНБ).Инструментом из сверхтвердых материалов называют инструмент, рабочая часть которого состоит из зерен порощка сверхтвердых материалов, закрепленных связкой. Инструмент состоит из режущего слоя 2, содержащего кубический нитрид бора 4 и алмаз 6,прочно соединенного с корпусом 1. Наличие композиционного режущего слоя 2 по фиг. 2 на основе гексагонального нитрида бора 3, графита 5, кубического нитрида бора 4, алмаза 6, нанотрубок/нановолокон 7 и ультрадисперсного алмаза 8 является основным конструктивным признаком, отличающим его от инструмента из известных сверхтвердых материалов, и дает возможность использовать режущий слой 2 до полного износа. Материал корпуса 1 и метод его соединения с режущим слоем 2 выбирают в зависимости от марки связки, формы, размеров и назначения инструмента.Форма и расположение режущего слоя 2 на корпусе 1 обусловлены назначением инструмента. В зависимости от назначения инструмента по фиг. 3-29 его изготовляют с различным геометрическим соотнощением размеров и различной концентрацией входящих в него элементов. Инструмент из сверхтвердого композиционного материала (фиг. 1) содержит корпус 1, режущий слой 2 которого выполнен в виде, например, из компактированных композиционных сверхтвердых элементов в форме таблеток, по заданному закону присоединенных к рабочей поверхности корпуса. Рабочая поверхность корпуса по фиг. 1 выполнена в форме выпуклой сферы или вогнутой сферы (на чертеже условно не показано). Режущий слой 2, выполненный в виде компактированных таблеток, пластин или элементов другой конфигурации из композиционных сверхтвердых материалов, размещают на рабочей поверхности корпуса 1, в зависимости от технологии применимости инструмента, по закону щахматного порядка, по концентрическим окружностям и т.п. Конструктивно режущий слой 2 по фиг. 3-29 выполнен из гексагонального нитрида бора 3, кубического нитрида бора 4, графита 5, алмаза 6, нанотрубок/нановолокон 7 и ультрадисперсного алмаза 8. Таким образом, все элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8 режущего слоя, содержащего кубический нитрид бора, алмаз, прочные нанотрубки/нановолокна и ультрадисперсный алмаз, между собой соединены пластичной связкой на основе гексагонального нитрида бора и графита.В инструменте из композиционного сверхтвердого материала все элементы 3, 4, 5, 6,7, 8 режущего слоя связаны между собой следующим соотношением, мас.гексагональный нитрид бора О,1-99,О кубический нитрид бора О, 1 -99,О графит О,1-99,О алмаз О, 1 -99,О нанотрубки/нановолокна О, 1 -99,О ультрадисперсный алмаз О,1-99,О.В инструменте из композиционного сверхтвердого материала элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8 режущего слоя связаны между собой следующим размерным гранулометрическим соотнощением, мкмгексагональнь 1 й нитрид бора 0,004100,0 кубический нитрид бора 0,004100,0 графит 0,004100,0 алмаз 0,004100,0 нанотрубки/нановолокна, диаметр/длина 0,001 0,15/ 0,01 300,0 ультрадисперснь 1 й алмаз 0,0041,00.По фиг. 3-29 даны примеры исполнения инструмента в системе УДА - нанотрубки/нановолокнаиз гексагонального нитрида бора 3 ( т )зкубического нитрида бора 4 ( )На фиг. 3-11 условно приведены геометрические соотношения элементов 3, 4, 5, 6, 7 и 8 в инструменте при 5 мас. УДА и 5 мас. нанотрубок/нановолокон в шихте и, соответственно, при 10, 50 и 80 сверхтвердых составляющих (алмаза и КНБ) от углерода и нитрида бора, причем по горизонтали приведены СТМ фаз, а по вертикали - гранулометрический состав.На фиг. 12-20 условно приведены геометрические соотношения элементов 3, 4, 5, 6, 7 и 8 в инструменте при 30 мас. УДА и 10 мас. нанотрубок/нановолокон в шихте и, соответственно, при 10, 50 и 80 сверхтвердых составляющих (алмаза и КНБ) от углерода и нитрида бора.На фиг. 21-29 условно приведены геометрические соотношения элементов 3, 4, 5, 6, 7 и 8 в инструменте при 60 мас. УДА и 15 мас. нанотрубок/нановолокон в шихте и, соответственно, при 10, 50 и 80 сверхтвердых составляющих (алмаза и КНБ) от углерода и нитрида бора.На основе анализа фиг. 3-29 можно сделать вывод, что заявленная конструкция инструмента из композиционного сверхтвердого материала позволяет в зависимости от его применения составлять размерный типоряд инструмента по обработке от резания и грубого шлифования до тонкого финишного и суперфинишного шлифования. Технологические возможности конструкции заявленного инструмента превосходят намного применимость не только прототипа, но и других известных аналогов.Проводили испытания инструмента из композиционного сверхтвердого материала с различными соотношениями конструктивных элементов 3, 4, 5, 6, 7, 8 как по мас. , так и по гранулометрическому составу. Данные испытаний сведены в табл. 1.