Розробка легкоплавких склокерамічних зв'язок для високоресурсного алмазно-абразивного інструменту

Abstract

Дослідження спрямовано на створення високоресурсних алмазно-абразивних інструментів з крупнопористою структурою робочого шару, використання яких зменшує виникнення дефектів шліфування при обробці чутливих до перегріву матеріалів. За наявності відкритої структури робочого шару забезпечується ефективне видалення стружки, що виключає зниження різальної здатності інструменту внаслідок забруднення шліфувальним шламом та створює сприятливі умови для інтенсивного різання матеріалів при використанні за швидкісних режимів шліфування. Для реалізації цієї задачі розроблено легкоплавкі склокерамічні зв’язки для алмазно-абразивних інструментів, які дозволяють збільшити ресурс експлуатації інструменту завдяки попередженню передчасного руйнування алмазних зерен та створенню умов для раціонального самозвточування алмазних зерен під час шліфування. З використанням комплексу розрахункових даних щодо основних характеристик склокомпозицій шляхом факторного планування визначено залежності «склад – властивості» та встановлено область оптимальних складів склокерамічних зв’язок, які забезпечують спікання алмазовмісного композиту за температури 550–650 °С. Показана ефективність використання алюмосилікатних мікросфер техногенного походження як структуроутворюючого наповнювача, що забезпечує формування крупнопористої структури. Визначено особливості хімічного і фазового склад техногенних золосфер, вилучених із золи виносу Криворізької ТЕС. Встановлено, що при спіканні алмазоносного шару інструменту в оболонці золосфер відбувається формування кристалічних новоутворень з високою твердістю (герциніт, муліт, маггеміт, шпінель). З використанням золосфер та розроблених легкоплавких зв’язок, до складу яких входять до 30 мас. % відходів скловиробництва, виготовлено лабораторні зразки алмазовмісних композитів з відкритою пористістю 45–50 %. Дослідження їх мікроструктури та морфологічних особливостей дозволили визначити розміри пор (130– 200 мкм) та встановити, що при шліфуванні відбувається часткове руйнування золосфер з утворенням додаткових різальних елементів, що підвищує різальну здатність інструменту в цілому. Результати досліджень вказують на доцільність використання обраного підходу до вибору складових алмазно-керамічного композиту, а також режимів термообробки алмазоносного шару при створенні інструменту. Такий підхід суттєво розширить можливості виготовлення алмазно-абразивного інструменту на легкоплавких склокерамічних зв’язках та сприятиме покращенню обробки деталей з важкооброблюваних матеріалів.Research is aimed at creating high-resource diamond-abrasive tools with a large-pore structure of the working layer, the use of which reduces the occurrence of grinding defects when processing materials sensitive to overheating. The formation of an open structure of the working layer ensures effective chip removal, which excludes a decrease in the сutting ability of the tool due to contamination with grinding sludge and creates favorable conditions for intensifying the processing of materials when using high-speed cutting modes. As part of the research, low-melting glass-ceramic binders for diamond-abrasive tools have been developed, which make it possible to increase the tool service life due to the prevention of diamond grains premature destruction and the creation of a large-pore open structure of the working layer. Using a set of calculated data about the main characteristics of glass compositions by factor planning means, the dependences «composition - properties» were determined and the area of optimal compositions of glass-ceramic bonds was established, which ensure sintering of a diamond-containing composite at a temperature of 550–650 °C. The efficiency of the use of alumino-silicate microspheres of technogenic origin as a structure-forming filler providing the formation of a large-pore structure is shown. The features of the chemical and phase composition of the technogenic spheres recovered from the fly ash of the Krivoy Rog TPP have been determined. It has been established that when the diamond-bearing layer of the tool is sintered in the shell of the ash spheres, crystalline new formations with high hardness (hercynite, mullite, maghemite, spinel) are formed. Using ash spheres and developed low-melting binders, which include up to 30 mass. % of glass waste, the laboratory samples of diamond-containing composites with open porosity of 45-50% were made. Studies of their microstructure and morphological features made it possible to determine the pore size (130-200 μm) and establish that during grinding, partial destruction of ash spheres occurs with the formation of additional cutting elements, which increases the tool cutting ability. The research results indicate the advisability of using the proposed approach for selection of the diamond-ceramic composite components and the modes of heat treatment of the diamond-bearing layer when creating a tool. This approach will significantly expand the possibilities of manufacturing large-pore diamondabrasive tools with a high service life at minimal material costs and will improve the processing of parts made of difficult-to-machine materials.