Армированный нанотрубками/нановолокнами термостойкий инструмент из сверхтвердого материала

Полезная модель относится К материалам для машиностроения, в частности для инструментального производства, И может быть использована при производстве термостойкого инструмента из сверхтвердого материала на основе композиций, содержащих кубический нитрид бора (КНБ), армированный прочными нанотрубками/нановолокнами, преимущественно, чашек и грибов шлифовальных кругов, режущего и лезвийного инструмента и т.п.Известен алмазный инструмент на основе алмазно-металлической композиции-шихты,включающий прессованный спеченный брикет или фасонный круг 1.Недостаток такой конструкции проявляется в низкой термостойкости инструмента и,как следствие, пониженной размерной точности обработки изделий.Известна конструкция шлифовального круга, включающая размещенный на его корпусе на металлической основе композиционный сверхтвердый режущий рабочий слой с кубическим нитридом бора, 10 мас. с размером частиц 20 мкм, соединенные между собой и с металлической основой связкой на основе 90 мас. стеклянного порошка, смолы и металлического порошка 2.Недостаток известного инструмента проявляется в узких технологических возможностей вследствие низкой термической стойкости, определяемой свойствами связки.Известна 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 3.Недостаток известного инструмента также проявляется в узких технологических возможностей вследствие низкой термической стойкости.Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является конструкция термостойкого инструмента, включающая металлический корпус и композиционный режущий слой из кубического нитрида бора, элементы которого связаны между собой пластифицирующей связкой из гексагонального нитрида бора (ГНБ) и цементирующей связкой из ультрадисперсного алмаза 4.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, а следовательно, к использованию его в основном только для шлифовального и полировального инструмента.В основу полезной модели положена задача расширения технологических возможностей, максимального снижения удельного расхода кубического нитрида бора, повышения прочности материала и режущей способности инструмента, повышения термостойкости инструмента.Поставленная задача достигается тем, что термостойкий инструмент из сверхтвердого материала, включающий корпус и композиционный режущий слой на основе кубического нитрида бора, элементы которого соединены между собой связкой, согласно полезной модели, в композиционном режущем слое, содержащем кубический нитрид бора размещены дополнительно прочные нанотрубки/нановолокна (НТ-НВ) в качестве армирующего материала.В термостойкий инструмент из сверхтвердого материала в качестве связки введен гексагональнь 1 й нитрид бора и армирующий материал НТ-НВ.В термостойком инструменте из сверхтвердого материала элементы режущего слоя,содержащие кубический нитрид бора связаны между собой следующим соотношением,мас.гексагональнь 1 й нитрид бора О,99-99,О кубический нитрид бора О,99-99,О нанотрубки/нановолокна О,99-99,О.В термостойком инструменте из сверхтвердого материала элементы режущего слоя,содержащие кубический нитрид бора связаны между собой следующим размерным гранулометрическим соотношением, мкмгексагональнь 1 й нитрид бора 0,004, 100,0 кубический нитрид бора 0,004, 100,0 нанотрубки/нановолокна, диаметр/длина 0,001 0,15/0,01 300,0Между отличительными признаками и техническим результатом имеется причинноследственная связь, содержащая элементы неочевидности для данной области техники. Такая связь придает полезной модели новое качество и обусловливает ее промышленную применимость. Между отличительными признаками и техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь наличие новых конструктивных признаков, их взаимное расположение, массовый процент.Конструкция заявленной полезной модели инструмента не только направлена на снижение удельного расхода дорогого кубического нитрида бора, но и на повышение режущей способности инструмента, а также расширяется диапазон применения термостойкого инструмента из сверхтвердого материала от суперфинишного полирования до грубой шлифовки и резания.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 на предприятиях Беларуси, которые подтвердили высокие и потребительские свойства инструмента. В этой связи очевидным является соответствие заявленной полезной модели критерию промышленная применимость.Для лучшего понимания полезной модели ее поясняют фигурами.Фиг. 1, 2 дан общий вид инструментаФиг. 3-29 поясняет исполнение конструктива инструмента, где по горизонтали дается мас. кубического нитрида бора по вертикали, гранулометрический состав, мкм.Инструментом из сверхтвердых материалов называют инструмент, рабочая часть которого состоит из зерен порошка сверхтвердых материалов, закрепленных связкой. Термостойкий инструмент из сверхтвердого материала (фиг. 1) содержит корпус 1, режущий слой 2 которого выполнен в виде, например, компактированных композиционных сверхтвердых элементов в форме таблеток по заданному закону присоединенных к рабочей поверхности корпуса. Конструктивно режущий слой 2 по фиг. 2-29 выполнен из гексагонального нитрида бора 3, кубического нитрида бора 4 и нанотрубкок/нановолокон 5. Таким образом все элементы 3, 4, 5 режущего слоя, содержащего кубический нитрид бора и нанотрубки/ нановолокна между собой соединены пластичной связкой на основе гексагонального нитрида бора.Инструмент состоит из режущего слоя 2, содержащего кубический нитрид бора 4 прочно соединенного с корпусом 1. Наличие композиционного слоя на основе гексагонального нитрида бора 3, кубического нитрида бора 4 и нанотрубки/нановолокна 5 является основным конструктивным признаком, отличающим его от инструмента из известных абразивных материалов, и дает возможность использовать режущий слой 2, содержащийкубический нитрид бора 4 до полного износа. Материал корпуса 1 и Метод его соединения с режущим слоем 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 различной концентрацией входящих в него элементов и различным геометрическим соотношением размеров.В термостойком инструменте из сверхтвердого материала в качестве связки размещен гексагональный нитрид бора и армирующий материал НТ-НВ.В термостойком инструменте из сверхтвердого материала все элементы 3, 4, 5 режущего слоя, содержащие кубический нитрид бора, связаны между собой следующим соотношением, мас.гексагональный нитрид бора 0,99-99,0 кубический нитрид бора 0,99-99,0 нанотрубки/нановолокна 0,99-99,0.В термостойком инструменте из сверхтвердого материала элементы 3, 4, 5 режущего слоя, содержащие кубический нитрид бора 4 связаны между собой следующим гранулометрическим соотношением, мкмгексагональный нитрид бора 0,004. . . 100,0 кубический нитрид бора 0,004100,0 нанотрубки/нановолокна, диаметр/длина 0,001.015/0013000По фиг. 3-29 даны примеры исполнения инструмента в системе УДА-(УДА мас. 10 ,50 , 90 ) изгексагонального нитрида бора 3 ткубического нитрида бора 4 ЬНа фиг. 3-11 условно приведены геометрические соотношения элементов 3,4,5 в инст рументе при 10 мас. НТ-НВ и соответственно 10 мас. ГНБ-90 мас. КНБ 50 мас. ГНБ-50 мас. КНБ 90 мас. ГНБ-10 мас. КНБ, причем по горизонтали приведены мас. . КНБ, а по вертикали- гранулометрический состав, мкмНа фиг. 12-20 условно приведены геометрические соотношения элементов 3,4,5 и ин струмента при 50 мас. НТ-НВ и соответственно 10 мас. ГНБ-90 мас. КНБ 50 мас. ГНБ-50 мас. КНБ 90 мас. ГНБ-10 мас. КНБ.На фиг. 21-29 условно приведены геометрические соотношения элементов 3,4,5 инст румента при 90 мас. НТ-НВ и соответственно 10 мас. ГНБ-90 мас. КНБ 50 мас. ГНБ-50 мас. КНБ 90 мас. ГНБ -10 мас. КНБ.На основе анализа фиг. 3-29 можно сделать вывод, что заявленная конструкция термостойкого инструмента из сверхтвердого материала позволяет в зависимости от его применения составлять размерный типоряд инструмента по обработке от резания и грубого шлифования до тонкого, от финишной обработки до суперфинишной. Технологические возможности конструкции заявленного инструмента превосходят не только прототип, но и другие известные аналоги.Проводили исследования термостойкого инструмента из сверхтвердого материала с различными соотношениями конструктивных элементов 3, 4, 5 как по мас. , так и по гранулометрическому составу. Данные исследований сведены в табл. 1.НТ-НВ УДА КНБ ГНБ УДА НТ-НВ КНБ ГНБ диаметрКак следует из табл. 1, при запредельных значениях конструктивных элементов термостойкого инструмента из сверхтвердого материала - гексагонального нитрида бора, кубического нитрида бора и нанотрубки/нановолокна (НТ-НВ), т.е. равном 99,99 мас. исключается один из существенных признаков полезной модели и конструкция в том виде как она есть становится нереализуемой. При запредельных значениях гексагонального нитрида бора, кубического нитрида бора и НТ-НВ, т.е. меньшем 0,99 эксплуатационные характеристики инструмента ухудшаются и не достигается поставленная задача. Это подтверждается, примером оптимального использования заявленного инструмента, представленного табл. 3-11, в которых приведены исследования применяемости инструмента на примере системы нанотрубки/нановолокна - гексагональный нитрид бора - кубический нитрид бора, 10, 50 и 90 мас. НТ-НВ в шихте при массовом соотношении гексагональный нитрид бора/кубический нитрид бора -(10,50,90) мас. гексагонального нитрида бораЗаявленная полезная модель термостойкого инструмента из сверхтвердого материала по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность и термическую стойкость материала инструмента, снизить удельный расход кубического нитрида бора и повысить режущую способность инструмента.Проводили сравнительные испытания инструмента, изготовленного по заявленной полезной модели и известной, табл. 2.Удельный расход кубического Режущая способность,нитрида бора, мг/смз ммз /минИзвестная полезная модель 7,6