Алмазный инструмент

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Старченко Игорь Михайлович Жданок Сергей Александрович Буяков Игорь Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Алмазный инструмент, включающий корпус, композиционный алмазоносный режущий слой, элементы которого соединены между собой связкой, отличающийся тем,что в композиционном алмазоносном режущем слое размещены дополнительно нанотрубки/нановолокна и ультрадисперсный алмаз. 2. Алмазный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связки введен графит. 3. Алмазный инструмент по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что элементы композиционного алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим соотношением, мас.графит 0,99-99,0 алмаз 0,99-99,0 нанотрубки/нановолокна 0,99-99,0 ультрадисперсный алмаз 0,99-99,0. 24862006.02.28 4. Алмазный инструмент любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что элементы композиционного алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим размерным гранулометрическим соотношением, мкм графит 0,004100,0 алмаз 0,004100,0 нанотрубки/ нановолокна, диаметр/длина 0,0010,15/ 0,01300,0 ультрадисперсный алмаз 0,002-0,05.(56) 1. Кизиков Э.Д. и др. Алмазнометаллические композиции. - Киев Тэхника, 1988. - С. 52. 2. 3 ахаренко И.В. Захаренко и др. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов. -М. Техника, 1990. - С. 12. 3. Патент Японии 2-292174, МПК В 24 3/14, 1990. 4. А.с. СССР 1703427, МПК В 24 3/34, 3/06, 1992. 5. Патент Республики Беларусь 461 РБ от 28 июня 2001 на полезную модель Алмазный инструмент. Полезная модель относится к технологии машиностроения, в частности к инструментальному производству, и может быть использована при производстве алмазного инструмента на основе алмазосодержащих композиций. Известен алмазно-абразивный инструмент, содержащий корпус на основе алмазнометаллической композиции-шихты, в виде профильной прессовки с механически обработанной режущей частью 1. Известный инструмент характеризует большой объем технологических операций при изготовлении и значительный расход алмазно-металлической композиции. Известен алмазно-абразивный инструмент из алмазосодержащего проката, содержащий планшайбу, рабочий слой которой соединен с ее корпусом в процессе спекания под давлением или приклеен 2. Известна конструкция шлифовального круга, включающая размещенный на его корпусе на металлической основе алмазоносный режущий рабочий слой и кубический нитрид бора, соединенные между собой и с металлической основой стеклуемой связкой 3. Недостаток известного инструмента проявляется в ограничении технологических возможностей из-за узкого применения, вследствие отсутствия пластифицирующей связки. Известна конструкция алмазного инструмента, включающая корпус на металлической основе, алмазоносный режущий рабочий слой на основе алмаза и гальванической связки с ультрадисперсным наполнителем, в качестве которого связка содержит алмаз с размером частиц 40-60 мкм в количестве 0,3-1,64. Недостаток известного инструмента проявляется в ограничении технологических возможностей из-за ограничения гранулометрического состава и свойств связки от пластичного состояния до твердого и, следовательно, низкой режущей способности инструмента. Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является конструкция алмазного инструмента, включающая корпус на металлической основе, алмазоносный режущий рабочий слой на основе алмаза, элементы которого соединены между собой связкой, в композиционном алмазоносном режущем слое размещен дополнительно ультрадисперсный алмаз. В алмазный инструмент в качестве связки введен графит 5. 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 недостаточно высокой режущей способности инструмента. 2 24862006.02.28 В основу полезной модели положена задача расширения технологических возможностей и повышения режущей способности инструмента. Поставленная задача достигается тем, что алмазный инструмент, включающий корпус и композиционный алмазоносный режущий слой, элементы которого соединены между собой связкой, согласно полезной модели, в композиционном алмазоносном режущем слое размещены дополнительно нанотрубки/нановолокна (НТ-НВ). В алмазный инструмент в качестве связки введен графит и ультрадисперсный алмаз. В алмазном инструменте элементы алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим соотношением, мас.графит 0,99-99,0 алмаз 0,99-99,0 нанотрубки/ нановолокна 0,99-99,0 ультрадисперсный алмаз 0,99-99,0. В алмазном инструменте элементы алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим размерным гранулометрическим соотношением, мкм графит 0,004100,0 алмаз 0,004100,0 нанотрубки/нановолокна, диаметр/длина 0,0010,15/0,01300,0 ультрадисперсный алмаз 0,002-0,05. 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. Конструкция заявленной полезной модели инструмента направлена на повышение режущей способности инструмента и расширение диапазона применения алмазного инструмента. 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, которые подтвердили высокие потребительские свойства инструмента. В этой связи очевидным является соответствие заявленной полезной модели критерию промышленная применимость. Для лучшего понимания полезной модели ее поясняют чертежом, где на фиг. 1, 2 дан общий вид инструмента фиг. 3-29 условно поясняет исполнение конструктива инструмента, где по горизонтали даются мас.алмаза по вертикали, гранулометрический состав, мкм. Алмазным инструментом из сверхтвердых материалов называют инструмент, рабочая часть которого состоит из зерен порошка сверхтвердых материалов, закрепленных связкой. Алмазный инструмент (фиг. 1) содержит корпус 1, алмазоносный режущий слой 2. Конструктивно алмазоносный режущий слой 2 по фиг. 2-29 выполнен из графита 3, алмаза 4, нанотрубок/нановолокон 5 и ультрадисперсного алмаза 6. Все элементы 4, 5, 6 алмазоносного режущего слоя между собой соединены пластичной связкой из графита 3. Алмазный инструмент состоит из алмазоносного режущего слоя 2, прочно соединенного с корпусом 1. Наличие композиционного алмазоносного слоя 2 из графита 3, алмаза 4, НТ-НВ 5 и ультрадисперсного алмаза 6 является основным конструктивным признаком,отличающим его от инструмента из известных абразивных материалов, и дает возможность использовать алмазосодержащий режущий слой 2 до полного износа. Материал 3 24862006.02.28 корпуса 1 и метод его соединения с алмазосодержащим слоем 2 выбирают в зависимости от марки связки, формы, размеров и назначения инструмента. Форма и расположение алмазоносного 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 алмазном инструменте в качестве связки размещен графит. В алмазном инструменте все элементы 3, 4, 5, 6 алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим соотношением, мас.графит 0,99-99,0. алмаз 0,99-99,0. нанотрубки/нановолокна 0,99-99,0. ультрадисперсный алмаз 0,99-99,0. В алмазном инструменте элементы 3, 4, 5, 6 алмазоносного режущего слоя связаны между собой следующим гранулометрическим соотношением, мкм графит 0,004100,0 алмаз 0,004100,0 нанотрубки/нановолокна, диаметр/длина 0,0010,15/0,01300,0 ультрадисперсный алмаз 0,002-0,05. На фиг. 3-29 условно даны примеры исполнения инструмента в системе графиталмаз - НТ-НВ-УДА из графита 3 алмаза 4 НТ-НВ 5 УДА 6 На основе анализа фиг. 3-29 можно сделать вывод, что заявленная конструкция алмазного инструмента позволяет в зависимости от его применения составлять размерный типоряд инструмента различного назначения. Технологические возможности конструкции заявленного инструмента превосходят возможности прототипа и других известных аналогов. Проводили исследования алмазного инструмента с различными соотношениями конструктивных элементов 3, 4, 5, 6 как по мас. , так и по гранулометрическому составу. Данные исследований сведены в таблицу 1. Как следует из таблицы 1, при запредельных значениях конструктивных элементов алмазного инструмента - графита, алмаза, НТ-НВ и УДА, 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 графита, алмаза и НТ-НВ, т.е. меньшем 0,99, эксплуатационные характеристик инструмента ухудшаются и не достигается поставленная задача. Это подтверждается примером оптимального использования заявленного инструмента, представленного фиг. 2-29, в которых приведены исследования применяемости инструмента на примере системы НТ-НВ - графиталмаз - УДА. Таблица 1 Мас.НТ-НВ Гранулометрический состав, мкм Заявленная конструкция графит НТ-НВ, диа- УДА алмаз графит метр 0,02 0,001-0,15 0,004 0,004 1,0 9,00 0,001-0,15 0,007 0,04 0,1 10,0 0,001-0,15 0,04 0,4 5,0 4 Заявленная полезная модель алмазного инструмента по сравнению с прототипом позволяет повысить режущую способность инструмента. Проводили сравнительные испытания инструмента, изготовленного по заявленной полезной модели, и известных, таблица 2. Таблица 2 Удельный расход алмазов,Режущая способность,3 мг/см мм 3/мин Известная полезная модель 7,2 490,0 Заявленная полезная модель 6,6 520,0 Как следует из сравнительных испытаний, заявленная полезная модель позволяет снизить удельный расход алмазов и повысить производительность. Промышленное освоение полезной модели готовится на территории СНГ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.