Алмазные инструменты в машиностроении

  Головки находят широкое применение при  обработке фасонных отверстий в  деталях из твердых сплавов. 

  Алмазные  хонинговальные бруски

  Алмазные  хонинговальные бруски являются одним  из наиболее перспективных инструментов; они в 100— 120 раз более стойки, чем абразивные бруски. Кроме того, высокая стойкость алмазных хонинго-вальных брусков позволила резко сократить количество подналадок станков и автоматизировать процесс хонин-гования, который происходит при низких температурах резания, благодаря этому появилась возможность обрабатывать тонкостенные детали с большими перепадами сечения стенки.

Рис. 1. Алмазный хонинговальный брусок:

1 — металлокерамическое основание; 3— алмазоносный слой.

  Особенно  успешно применяются алмазные хонинговальные бруски при обработке точных отверстий малого диаметра (до 10 мм), когда отклонения отверстий по диаметру находятся в пределах 3—5 мк, по непрямолинейности — в пределах 1 мк и по конусности — не более 3 мк. Это достигается благодаря высокой механической прочности брусков.

  Алмазные хонинговальные бруски (рис. 1), изготовляемые методом порошковой металлургии, состоят из металлокерамического основания и алмазоносного слоя. 

Алмазные  резцы

   Вес алмазов находится в пределах 0,3—1,5 карата. Крупные кристаллы  весом более 1 карата применяются для отрезных резцов, более мелкие—для проходных.

   Предназначенные для резцов алмазы должны иметь плотную  структуру, на их рабочей части не допускаются наружные и внутренние трещины, раковины и включения, видимые  при десятикратном увеличение. Также  не должно быть внутренних напряжений в кристалле алмаза, определяемых по наличию зон двойного луча преломления в поляризационном микроскопе. В зависимости от конфигурации и размеров алмазов они подвергаются разрезке, шлифованию и креплению к державке резца по разработанной НИИАлмазом технологии.

   Разрезка  крупных кристаллов на две и более  части дает возможность из одного алмаза получить несколько резцов. Разрезка также позволяет отрезать дефектные участки алмаза. Перед  разрезкой алмаз должен быть ориентирован в «мягком» направлении рентгеноскопическим методом.

   Разрезают алмазы на специальных станках с помощью бронзовых дисков (95% Cu, 4,7% Sn и 0,2% P) диаметром 75—90 мм и толщиной 0,05—0,07 мм, причем алмаз закрепляют с помощью специального клея в двух латунных державках. Предварительно на алмазе делают надрез глубиной до 0,3 мм диском толщиной 0,1— 0,12 мм. Скорость разрезания 6000 об/мин.

   Шлифование (огранка) алмазного резца осуществляется алмазно-металлическими кругами и  чугунными дисками, шаржированными алмазными порошками, и производится так же, как и резка в «мягком» направлении. Шлифование резца начинается с образования передней поверхности, затем гранятся боковые поверхности и вершина рабочей части. Заключительной операцией является доводка передней поверхности, при которой снимаются все сколы, выкрашивания и другие дефекты, образовавшиеся на режущих кромках в процессе огранки алмаза.

   На  операциях предварительного шлифования кристаллов алмаза, при которых сошлифовывается  наиболее трудно обрабатываемая часть, применяются алмазно-металлические круги типа АЧЦ зернистостью А5— А4 100-процентной концентрации. Шероховатость получаемой поверхности кристаллов соответствует 10— 11-му классам.

   На  операциях окончательного шлифования и доводки применяют чугунные диски, шаржированные алмазными порошками зернистостью АМ40—АМ28 при окончательном шлифовании и АМ10—АМЗ—при доводке. Материал диска—серый чугун марки СЧ12-28 или СЧ15-32 по ГОСТ 1412-54. При доводке достигается 13—14-й классы шероховатости. Скорость шлифования — 30— 40 м/сек; усилие прижима алмаза к шлифовальному диску—1—3 кг; допустимое торцовое биение рабочей поверхности шлифовального диска — 0,003—0,005 мм при его диаметре 250—300 мм.

  Резцы с впаянными алмазами отличаются простотой конструкции, малыми габаритами и возможностью использования кристаллов небольших размеров. Эти резцы целесообразно применять главным образом при растачивании отверстий малых диаметров. Недостаток крепления алмазов пайкой заключается в сложности его восстановления после переточки.

  При механическом креплении алмаз легко извлекается из державки резца, перетачивается и вновь закрепляется. Однако 2/3 кристалла покрывается прижимной планкой, и, следовательно, большая часть его не используется, поэтому резцы с механическим креплением должны быть увеличенных размеров и требуют применения более крупных алмазов.

  Алмазные  резцы различаются по конструкции. Нормалями машиностроения и часовой  промышленности предусмотрены различные  формы алмазных резцов и различные  типы державок для крепления алмазов.

  При конструировании  новых алмазных резцов следует учитывать  прежде всего жесткость крепления  кристалла алмаза в державке.

  При выборе геометрии режущей части алмазных резцов необходимо руководствоваться  следующим.

  1. Передняя и задняя поверхности  и режущие кромки резцов должны быть расположены в более прочных и износостойких кристаллографических сетках и направлениях.

Передний  угол g алмазных проходных резцов необходимо выполнять в пределах от 0 до 5°; чем меньше твердость обрабатываемого материала, тем больше должно быть значение угла g.

  Задний  угол а следует принимать возможно меньшим (4—8°) при обработке твердых  материалов и увеличивать до 10—12°  при обработке мягких материалов.

  При расточке отверстий малых диаметров  задний угол необходимо увеличивать.

  2. Большое значение для эффективности работы резца имеет величина главного и вспомогательного углов в плане.

  Увеличение  главного угла в плане j способствует уменьшению вибраций. Уменьшение угла в плане до 0° значительно улучшает чистоту поверхности.

  3. Упрочнение режущей кромки резца следует достигать за счет уменьшения заднего и переднего углов, увеличения угла при вершине и радиуса закругления между режущими кромками и повышения жесткости системы станок—деталь—инструмент.

  Применяемые режимы резания и степень нагрева инструмента определяют износостойкость инструмента.

  Алмаз, обладая высокой температуропроводностью  и низким коэффициентом трения, позволяет  вести обработку с высокой  скоростью резания. В настоящее  время скорости резания при работе алмазными резцами достигают 700 м/мин и больше, при этом стойкость между переточками в зависимости от обрабатываемого материала и режимов резания находится в пределах от 25 до 200 час. Алмазы весом 0,5—0,6 карата допускают от 6 до 10 переточек.

  Учитывая  высокую хрупкость алмаза, продольная подача и глубина резания при точении должны быть минимальными  (S = 0,01—0,1 мм/об и t=0,01— 0,3 мм).

 На  рис. 2 приведены конструкции резцов с припаянным алмазом (рис. 2, а) и  с механическим креплением кристалла  алмаза (рис. 2, б). Режущие кромки (рис. 2, в) этих резцов могут быть прямолинейными (I), радиусными (II) и фасеточными (III),   обеспечивающими улучшение параметров шероховатости обработанной поверхности.

Широко  распространены резцы с механическим креплением составных вставок (рис. 2, г), оснащенных кристаллами алмаза или композита, и с механическим креплением многогранных пластин из композита (рис. 2, д)

Рис. 2. Конструкции резцов с режущими элементами из алмаза:

1—многогранная    пластина;   2—корпус;   3—  обойма; 4 — штифт; 5 — винт крепления обоймы; 6 — прихват; 7 — винт крепления прихвата; 8—твердосплавная подкладка 

Алмазный  инструмент для правки шлифовальных кругов

  Алмазная  правка шлифовальных кругов относится  к числу важнейших областей применения алмазов в машиностроении.

  Качество  обработки шлифуемых деталей, стойкость  круга и производительность шлифования в значительной степени определяются точностью формы шлифовального  круга и микрорельефом его  поверхностного слоя, которые зависят  от конструкции правящего инструмента, его износостойкости, режимов и приемов правки.

  Алмазная  правка шлифовальных кругов обладает существенными преимуществами по сравнению  с другими способами. Благодаря  весьма малой поверхности контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются  минимальные усилия, которые в сочетании с высокой износостойкостью алмаза создают условия для получения высокой точности геометрической фирмы круга, а отсюда и высокой точности и чистоты поверхности у шлифуемых деталей.

  Правка  алмазным инструментом обеспечивает повышение  стойкости круга в 1,5-1,6 раза по сравнению с правкой безалмазными правящими инструментами .

  В промышленности для  правки шлифовальных кругов применяются  следующие инструменты:

  1) алмазно-металлические  карандаши;

  2) алмазы  естественной  формы,  закрепляемые в оправах;

  3) ограненные (шлифованные)  алмазные инструменты  (резцы, иглы);

  4) алмазные круги  и бруски на  металлической связке. 

  Алмазно-металлические  карандаши.

    Наибольшее применение в отечественной  промышленности получили алмазно-металлические  карандаши, в которых алмазные зерна сцементированы специальным сплавом методом порошковой металлургии. Этот сплав имеет почти такой же коэффициент теплового расширения, как и алмаз, и поэтому при изменениях температуры алмазно-металлического карандаша алмазы не испытывают давления. Номенклатура алмазно-металлических карандашей и их характеристика определены ГОСТом 607-63.

  В зависимости от расположения алмазов  карандаши выпускаются трех типов:

  С—с алмазами, расположенными слоями;

  Н—с алмазами без точного их расположения (неориентированные);

  Ц—с алмазами, расположенными цепочкой вдоль  оси карандаша.

  Карандаши типа С выпускаются двух марок: многозернистые с повышенной износостойкостью и  количеством алмазных зерен в  слое до 12—14 и однослойные из технических  алмазов с 5—7 зернами для автоматической правки. Эти карандаши применяются для правки абразивных кругов при чистовом шлифовании.

  Карандаши типа Н изготовляются из алмазов  различного качества, в том числе  из дробленых, и применяются для  правки только мелкозернистых шлифовальных кругов на операциях круглого и бесцентрового шлифования, а также для правки однониточных резьбо- шлифовальных, тарельчатых и дисковых кругов при зубошлифовании.

  Карандаши типа Ц изготовляются из высококачественных кристаллов алмазов весом от 0,03 до 0,50 карата и имеют наибольшее применение при правке кругов для внутреннего и наружного, круглого и бесцентрового шлифования фасонных поверхностей.

  В пределах каждого типа карандаши  различаются по весу отдельных алмазов  или по номерам зернистости.

  Условное обозначение алмазно-металлических карандашей составляется из марки карандаша и номера ГОСТ

Таблица 10

Характеристика  алмазно-металлических  карандашей