PL183417B1

PL183417B1 - Narzędzie ścierne oraz sposób wytwarzania narzędzia ściernego

Info

Publication number: PL183417B1
Application number: PL97329845A
Authority: PL
Inventors: Thierry Gillet; Théodore Holsteyns
Original assignee: Diamant Boart Sa
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2002-06-28
Also published as: SK151798A3; JP2000510054A; EP0907463B1; TW340081B; AU2376597A; BE1010166A6; NO985256L; EP0907463A1; DE69718789D1; CZ363898A3; KR20000010841A; WO1997043092A1; ATE231770T1; NO985256D0; HUP9901499A3; PL329845A1; HUP9901499A2; NO311414B1; TR199802292T2

Abstract

1. Narzedzie scierne do ciecia, wiercenia, szlifo- wania, zawierajace strukture na obwodzie elementu nosnego, zlozona glównie z czastek, utworzonych przez ziarna diamentowe, otulone powloka metalowa, majaca temperature topnienia wyzsza od temperatury topnienia elementu nosnego i wystepujaca przynaj- mniej w obszarze w poblizu obwodu elementu nosne- go, pod postacia szkieletu, zawierajacego otwarte pory, uchodzace na zewnetrzna powierzchnie elementu nos- nego i zajmujace korzystnie co najmniej od 30 do 75% objetosci pozornej tego obszaru, znamienne tym, ze srednia srednica porów (12) jest zawarta w granicach od 100 do 500 mikrometrów z wartoscia maksymalna równa 2 mm, przy czym element nosny (6) sklada sie z cynku, cyny, aluminium, magnezu, miedzi lub ze sto- pu tych metali, takiego jak stop aluminiowo-krzemowy, wnikajacy w co najmniej 70% tych porów (12) i ma- jacego temperature topnienia wyzsza od temperatury uzytkowania narzedzia, a nizsza od 950°C, przy czym czastki (7) tworzace w przyblizeniu sztywna strukture sa spojone trójwymiarowo przez spiekanie. F i g . 8 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie ścierne oraz sposób wytwarzania narzędzia ściernego, zwłaszcza narzędzia ściernego do cięcia, wiercenia, szlifowania itp., szczególnie materiału budowlanego. Ze zgłoszenia patentowego PCT/BE95/00101 znane jest narzędzie ścierne zawierające strukturę ustalającą ziarna diamentowe, przymocowaną do obwodu lub powierzchni sztywnego elementu nośnego, złożonego głównie z tworzywa formowanego, odlewanego, wtryskiwanego lub prasowanego, wnikającego przynajmniej częściowo w przestrzenie wewnętrzne lub pory, przewidziane w tej strukturze.

Z opisu patentowego USA nr 3 779 726 znane jest narzędzie ścierne zawierające strukturę mającą element nośny z obrzeżem ukształtowanym z cząstek wytworzonych z ziaren diamentu otoczonych powłoką metaliczną. Powłoka ma temperaturę dyfuzji wyższą niż element nośny i ma, co najmniej na obrzeżach elementu nośnego postać szkieletu z otwartymi porami zajmującymi co najmniej 30% do 75% objętości tego obszaru. Temperatura stosowania narzędzia jest niższa od 950%, a cząstki są zespolone trójwymiarowo przez spiekanie aby utworzyć sztywną strukturę.

Celem wynalazku jest opracowanie taniego i ekonomicznego narzędzia ścieranego oraz sposobu jego wytwarzania.

Narzędzie ścierne do ciecia, wiercenia, szlifowania, zawierające strukturę na obwodzie elementu nośnego, złożoną głównie z cząstek, utworzonych przez ziarna diamentowe, otulone powłoką metalową, mającą temperaturę topnienia wyższą od temperatury topnienia elementu nośnego i występującąprzynajmniej w obszarze w pobliżu wymienionego obwodu elementu nośnego pod postacią szkieletu, zawierającego otwarte pory, uchodzące na zewnętrzną powierzchnię elementu nośnego i zajmujące korzystnie co najmniej od 30 do 75% objętości pozornej tego obszaru, według wynalazku charakteryzuje się tym, że średnia średnica porów jest zawarta w granicach od 100 do 500 mikrometrów z wartościąmaksymalną równą2 mm, przy czym element nośny składa się z cynku, cyny, aluminium, magnezu, miedzi lub ze stopu tych metali, takiego jak stop aluminiowo-krzemowy, wnikający w co najmniej 70% tych porów i mającego temperaturę topnienia wyższą od temperatury użytkowania narzędzia, a niższą od 950°C, przy czym cząstki tworzące w przybliżeniu sztywną strukturę są spojone trójwymiarowo przez spiekanie.

Korzystnie, struktura zawiera objętościowo od 1 do 15% ziaren diamentowych, korzystnie rzędu 3%, utrzymywanych w szkielecie głównie na bazie kobaltu, żelaza, brązu lub niklu.

Korzystnie, element nośny składa się ze stopu aluminiowo-krzemowego, zawierającego od 5 do 9% krzemu, korzystnie rzędu 7%.

Korzystnie, szkielet mieszczący ziarna diamentowe jest domieszkowany ziarnami innego materiału ściernego w ilości co najwyżej dziesięciokrotności objętości ilości ziaren diamentowych.

Sposób wytwarzania narzędzia ściernego, zawierającego strukturę pierścieniową, ustalającą ziarna diamentowe i zamocowaną na obwodzie elementu nośnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ziarna diamentowe ustawia się trójwymiarowo w pewnej odległości jedne od drugich według pierścieniowej struktury w formie, w której formuje się element nośny

183 417 dla tej pierścieniowej struktury i wytwarza się przynajmniej w obszarze pierścieniowej struktury w pobliżu elementu nośnego, pory rozłożone w przybliżeniu równomiernie pomiędzy ziarnami diamentowymi, stanowiące korzystnie objętościowo od 30 do 75% objętości pozornej tego obszaru, wylewa się metal lub stop, z którego składa się element nośny i który ma temperaturę topnienia, wyższąod temperatury użytkowania narzędzia, a niższąod 950°C, w stanie ciekłym do tej formy wprowadza się metal lub stop do co najmniej 70% tych porów, oraz że zestala się następnie ten metal lub stop, wytwarzając ścisłąi w przybliżeniu jednorodną więź pomiędzy pierścieniową strukturą ustalającą ziarna diamentowe, a elementem nośnym.

Korzystnie, formuje się najpierw w pierwszej formie strukturę pierścieniową ustalającą ziarna diamentowe, a następnie wkłada się tę strukturę do drugiej formy, do której wprowadza się w stanie ciekłym metal lub stop, wytwarzając z niego element nośny wnikający w pory struktury.

Korzystnie, dla uformowania struktury pierścieniowej wprowadza się do pierwszej formy cząstki, złożone z ziaren diamentowych, otulonych powłoką metalową oraz że poddaje się te cząstki spiekaniu, wytwarzając strukturę, mającą od 30 do 75% porów otwartych, przy czym strukturę wkłada się następnie do drugiej formy, do której wlewa się metal lub stop i wytwarza się element nośny wnikający w pory struktury.

Korzystnie, dla uformowania struktury pierścieniowej miesza się uprzednio ziarna diamentowe w sposób w przybliżeniu jednorodny z proszkiem metalowym, korzystnie proszkiem kobaltowym, w ilości objętościowej od 1 do 15% ziaren diamentowych, przy czym mieszaninę tę wprowadza się następnie do formy i poddaje spiekaniu, aglomerując ten proszek, zamykając ziarna diamentów, przy tym ziarnistość tego proszku dobiera się tak, aby uzyskać po spieczeniu strukturę, zawierającą objętościowo od 30 do 75% porów.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że nie wymaga on wywierania jakiegokolwiek nacisku na obciąganą diamentem strukturę podczas jej łączenia z elementem nośnym, w przeciwieństwie do tego, co ma miejsce w konwencjonalnych sposobach wykonywania obciąganych diamentem narzędzi. Zaleta ta pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów wytwarzania takich narzędzi.

Co więcej, substancja metalowa, mianowicie stop, stosowana do zamocowania obciąganej diamentem struktury na elemencie nośnym jest identyczna z tą która stanowi sam element nośny, co eliminuje wszelkie naprężenia pomiędzy tą strukturą a elementem nośnym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok schematyczny, częściowy i w przekroju poprzecznym formy do spiekania, w której formuje się strukturę pierścieniową ustalającą ziarna diamentowe, fig. 2 przedstawia widok perspektywiczny takiej struktury pierścieniowej, ukazujący na części jej długości ustawienie ziaren diamentowych, fig. 3 przedstawia w większej skali szczegółowy widok ziaren diamentowych, ustalonych w strukturze pierścieniowej, według pierwszej postaci wykonania wynalazku, fig. 4 uwidacznia w większej skali drugą postać wykonania ustawienia ziaren diamentowych w strukturze pierścieniowej według fig. 2, fig. 5 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny części formy odlewniczej, zawierającej narzędzie ścierne, złożone ze struktury ustalającej ziarna diamentowe, oraz z elementu nośnego przymocowanego do tej struktury, fig. 6 przedstawia widok częściowy w przekroju rozformowanej części, fig. 7 przedstawia widok częściowy w przekroju rozformowanej części po obróbce mechanicznej, fig. 8 przedstawia widok w przekroju rozformowanej części po obróbce mechanicznej i szlifowaniu, tworzącej gotowe narzędzie ścierne, fig. 9 przedstawia również widok w przekroju jednej części narzędzia ściernego o innej postaci wykonania niż tą przedstawiona na fig. 8, przed szlifowaniem, fig. 10 przedstawia widok perspekty wiczny wiertła, mającego strukturę pierścieniową ustalającą ziarna diamentowe według wynalazku, fig. 11 przedstawia również widok perspektywiczny tarczy szlifierskiej, mającej strukturę ustającą ziarna diamentowe według wynalazku.

Niniejszy wynalazek dotyczy ogólnie narzędzia ściernego do ciecia, wiercenia, szlifowania itp., zawierającego sztywną lub uczynioną sztywną strukturę, ustalającąw sposób trójwymiarowy ziarna diamentowe w pewnej odległości jedne od drugich i zamocowaną na elemencie nośnym, z którym wytwarza ona bardzo ścisłąi sztywną więź.

183 417

Struktura ta, która będzie nazywana dalej “strukturą obciągniętą diamentem” 2, ma przynajmniej w swym obszarze w pobliżu elementu nośnego 6 postać szkieletu, zawierającego otwarte pory, uchodzące przynajmniej częściowo na powierzchnie zewnętrzne tego szkieletu i zajmujące korzystnie co najmniej od 30 do 70% objętości pozornej tego obszaru. Średnia średnica tych porów zawiera się na ogół w granicach od 100 do 500 mikrometrów, z wartością maksymalną równą 2 mm. Element nośny 6 składa się ze swej strony głównie z metalu lub stopu wnikającego w co najmniej 70% tych porów, tak, aby umożliwić wytworzenie w ten sposób bardzo trwałego sczepienia pomiędzy strukturą obciągniętą diamentem 2, a elementem nośnym 6.

Ponadto element nośny 6 ma temperaturę topnienia dostatecznie wyższą od temperatury użytkowania narzędzia ściernego, w celu uniknięcia wszelkiego uszkodzenia tego ostatniego podczas jego wykorzystywania. Co więcej, w myśl wynalazku ta temperatura topnienia powinna być niższa od 950°C, aby zapewnić wniknięcie tego metalu lub stopu w pory szkieletu bez obawy uszkodzenia ziaren diamentowych, wprowadzonych do struktury obciągniętej diamentem.

W myśl wynalazku element nośny 6 jest zatem głównie na bazie jednego z pierwiastków: cynk, cyna, glin, magnez lub miedź albo stopu tych pierwiastków, np. stopu zawierającego krzem.

Doskonałe wyniki otrzymano w przypadku narzędzia ściernego, którego element nośny 6 jest wykonany ze stopu aluminiowo-krzemowego, zawierającego od 5 do 9% krzemu, korzystnie rzędu 7%. Według pewnej szczególnej postaci wykonania wynalazku, wymieniona struktura jest utworzona przez cząstki złożone z ziaren diamentowych, otulonych powłoką metalową i połączonych ze sobą w sposób trójwymiarowy przez spiekanie.

Należy jednak zauważyć, że wynalazek nie ogranicza się do stosowania cząstek, otrzymanych takim specyficznym sposobem.

Struktura obciągnięta diamentem 2 zawiera korzystnie objętościowo od 1 do 15% ziaren diamentowych, najkorzystniej rzędu 3%, utrzymywanych w szkielecie głównie na bazie kobaltu, żelaza, brązu lub niklu.

W niektórych przypadkach struktura obciągnięta diamentem 2 może mieć domieszki ziaren innego materiału ściernego, takie jak ziarna węglika krzemu, tlenku aluminium lub krzemu, np. w proporcji co najwyżej dziesięciokrotności objętości ilości ziaren diamentowych.

W celu wytworzenia narzędzia ściernego, najpierw uzyskuje się ziarna diamentowe, ustawione trójwymiarowo w pewnej odległości jedne od drugich według struktury pierścieniowej w formie, w której wytwarza się następnie element nośny 6 dla tej struktury pierścieniowej, w taki sposób, aby otrzymać przynajmniej w obszarze tej ostatniej w pobliżu elementu nośnego 6 pory, rozłożone pomiędzy tymi ziarnami diamentowymi, tworzące korzystnie objętościowo od 30 do 7 5% objętości pozornej tego obszaru. W kolejnym etapie wylewa się do tej formy metal lub stop w stanie ciekłym, przeznaczony do wytworzenia elementu nośnego 6, tak, aby ten metal lub stop mógł wniknąć do co najmniej 70% tych porów. Wreszcie zestala się ten metal lub stop, wytwarzając w ten sposób ścisłą więź pomiędzy strukturą pierścieniową a elementem nośnym, zaczepiającym się w tych porach i otaczającym ewentualnie przynajmniej częściowo tę ostatnią.

Odlewanie metalu lub stopu można wykonywać korzystnie w formie trwałej, tj. ze stali żaroodpornej.

Wynalazek zostanie lepiej zilustrowany poniżej za pomocą przykładu, odnoszącego się do wytwarzania tarcz do przecinania na kawałki materiałów murarskich.

Jak to uwidoczniono na fig. 1, formuje się najpierw w pierwszej formie 1, pierścieniową strukturę, obciągniętą diamentem 2, ustalającą ziarna diamentowe 3.

Z kolei wstawia się tę strukturę obciągniętą diamentem 2 do drugiej formy 4, jak to uwidoczniono na fig. 5, w którą wprowadza się w stanie ciekłym materiał 5, przeznaczony do wytworzenia elementu nośnego 6.

W szczególności dla wytworzenia pierścieniowej struktury obciągniętej diamentem 2 wprowadza się do wnęki pierścieniowej 9 pierwszej formy 1 cząstki 7, jak to uwidoczniono szczegółowo na fig. 4, które są złożone z ziaren diamentowych 3, otulonych powłoką metalową 8. Ta wnęka pierścieniowa 9, w której są w ten sposób ułożone cząstki 7 j est ograniczona od zewnątrz i z boku obręczą 10, a od góry pierścieniowym elementem oporowym 11, wywierającym swym

183 417 ciężarem pewien nacisk na cząstki Ί. Te ostatnie nagrzewa się w regulowanej atmosferze w piecu do temperatury spiekania metalu lub stopu, z którego utworzona jest powłoka 8, tak, aby uzyskać stopienie powierzchniowe tej powłoki 8 i w ten sposób - podczas następującego potem chłodzenia formy 1 - wytworzenie sztywnego szkieletu porowatego, jak to uwidoczniono schematycznie na fig. 2.

Zamiast wykorzystywać ziarna diamentowe 3, wstępnie otulone powłoką metalową 8, jak to uwidoczniono na fig. 4, można korzystnie wychodzić od mieszaniny ziaren diamentowych z proszkiem metalowym kobaltu, żelaza, brązu i/lub niklu, w proporcji objętościowej od 1 do 15% ziaren diamentowych, a korzystnie rzędu 3%, w stosunku do objętości proszku metalowego. Mieszaninę tę wsypuje się wtedy do wnęki pierścieniowej 9 formy 1, którą nagrzewa się aż do uzyskania częściowego lub powierzchniowego stopienia tego proszku. Pod ciężarem elementu oporowego 11 ten ostatni aglomeruje się, tworząc spójną masę porowatą.

Figura 3 uwidacznia w stosunkowo dużej skali ten zaglomerowany proszek, który zawiera w sobie ziarna diamentowe 3, rozłożone uprzednio w sposób w przybliżeniu równomierny w tym proszku.

Zarówno w przypadku struktury z cząstek 7, połączonych przez spiekania, jaka jest uwidoczniona na fig. 4, jak i w przypadku proszku, zmieszanego uprzednio z ziarnami diamentowymi i zaglomerowanego przez spiekanie, jak to uwidoczniono na fig. 3, można zatem otrzymać strukturę ustalającą ziarna diamentowe w sposób trójwymiarowy, pomiędzy którymi istnieją pory 12, rozłożone w sposób w przybliżeniu jednorodny.

Przykład

Przykład ten dotyczy wytwarzania tarczy do przecinania na kawałki materiałów murarskich, o średnicy 200 mm i o grubości 3,5 mm, którą można stosować w przenośnej maszynie do piłowania na sucho, tj. bez chłodzenia wodą.

Ziarna diamentowe o ziarnistości, zawartej w granicach od 20 do 80 Mesh (ANSIB74-16) zostały uprzednio zmieszane z proszkiem kobaltowym o ziarnistości od 1 do 5 mikrometrów w proporcj i obj ętościowej 3 % diamentów. Otrzymaną w ten sposób mieszaninę wsypano do wnęki pierścieniowej 9 pierwszej formy 1 ze stali żaroodpornej (fig. 1), o głębokości 3,5 mm i o szerokości 1,25 cm, tak, aby otrzymać z tej mieszaniny ciągłą opaskę okrągłą o stałej grubości. Tę opaskę poddano następnie ponownemu naciskowi za pomocą elementu oporowego 11 o ciężarze 4 kg.

W ramach następnego etapu pierwszą formę 1 doprowadza się do temperatury 800°C w piecu z atmosferą azotową w ciągu 30 minut, tak, aby umożliwić uzyskanie przez spiekanie zaglomerowania proszku w postaci struktury porowatej.

Po rozformowaniu otrzymana w ten sposób pierścieniowa struktura obciągnięta diamentem 2 miała równomiernie rozłożoną porowatość resztkową rzędu 60% z porami 12 o średniej średnicy 300 mikrometrów i wartości maksymalnej równej 1 mm.

Otrzymaną w ten sposób strukturę, obciągniętą diamentem 2, umieszcza się następnie w drugiej formie 4, jak to przedstawiono na fig. 5. Druga forma 4 jest trwała ze stali żaroodpornej, przewidziana do grawitacyjnego odlewania metalu lub stopu ciekłego. Metal tworzy się ze stopu aluminiowo-krzemowego o zawartości krzemu równej 7% z dodaniem 3% miedzi i temperaturze topnienia rzędu 600°C. Ilość 25 kg tego stopu stapia się w piecu elektrycznym, utrzymywanym w temperaturze rzędu 670°C. Roztopiony stop odtlenia się i oczyszcza tak, aby zmniejszyć w nim zawartość tlenków i wodoru gazowego, w celu uzyskania możliwie jak najdrobniejszego ziarna krystalicznego podczas zestalania w formie 4. Stop odlewa się pośrodku drugiej formy 4 za pomocąnie przedstawionego na rysunku tygla o pojemności 1 kg poprzez dyszę 13 o średnicy 50 mm, zamocowaną pośrodku drugiej formy 4, w jej górnej części, tak, aby zapewnić dokładne napełnienie drugiej formy 4 i przeniknięcie metalu do wszystkich w przybliżeniu porów 12 struktury, obciągniętej diamentem 2.

Drugą formę 4 utrzymuje się w temperaturze od 250 do 300°C i przed odlewaniem smaruje się za pomocą środka rozformowującego na bazie silikonu.

183 417

Stopem wypełnia się drugą formę 4 w ilości 300 g, a reszta, tj. 700 g, utrzymuje się w dyszy 13 i wywiera się nią nacisk na wprowadzoną do formy ilość stopu. Dysza 13, zawierająca resztę stopu, która po zestaleniu nazywa się nadlewem, odłącza się przez odcięcie - podczas rozformowywania - od otrzymanej tarczy ściernej. To rozformowanie przeprowadza się wówczas, gdy temperatura tego elementu spada do ok. 150°C. Fig. 6 uwidacznia rozformowany w ten sposób element. Z kolei, gdy element ten osiąga temperaturę otocznia, zostaje on wykończony przez obróbkę skrawaniem, mianowicie toczenie i frezowanie, oraz wierci się otwór 14 o średnicy 30 mm wzdłuż jego osi, jak to zostało uwidocznione na fig. 7.

Wreszcie pierścieniową strukturę obciąganą diamentem 2 tarczy ściernej, obrobionej skrawaniem i zaopatrzonej w otwór 14, poddaje się obróbce powierzchniowej przez szlifowanie, w celu częściowego obnażenia ziaren diamentowych, jak to jest uwidocznione na fig. 8.

Według pewnej szczególnej postaci wykonania wynalazku wykorzystuje się jedną tylko drugą formę 4, obrotową dokoła jej osi, jak to jest uwidocznione na fig. 5.

Cząstki powleczonych ziaren diamentowych, uprzednio zaglomerowanych lub nie, wprowadza się do tej drugiej formy 4 przezjej środek lubjej oś, w szczególności za pomocą dyszy 13, podczas gdy forma 4 obraca się dokoła swej osi z prędkością, dostateczną do wywołania przemieszczania się tych cząstek pod działaniem siły odśrodkowej ku obwodowi formy 4 we wnęce pierścieniowej 9.

Z kolei w ramach następnego kolejnego etapu, wprowadza się w stanie ciekłym materiał 5, przeznaczony do wytworzenia elementu nośnego 6, do formy 4 również przezjej środek lub oś i to podczas gdy obraca się ona z prędkością, dostateczną do tego, aby również pod działaniem siły odśrodkowej, ten ciekły materiał 5 rozprzestrzeniał się ku jej obwodowi i przenikał do porów 12, występujących pomiędzy cząstkami lub do aglomeratów cząstek.

Po tej operacji następuje wówczas chłodzenie formy 4, tak, aby materiał 5 zestalił się, wytwarzając sztywny element nośny 6, który jest ściśle złączony z cząstkami, otaczając ziarna diamentowe, ciągnące się na obwodzie tego elementu nośnego 6, i stanowiąc zatem strukturę obciągniętą diamentem 2.

Wreszcie otrzymaną w ten sposób tarczę, obciągniętą diamentem, wyjmuje się z formy 4.

Należy zauważyć, że wymiary struktury obciąganej diamentem 2 mogązawierać się w stosunkowo szerokich granicach.

Jednakże jeśli chodzi o tarczę do przecinania na kawałki materiałów murarskich, to preferuje się grubość od 2,5 do 3,7 mm (0,1 do 0,15 cala) oraz szerokość, zawartą w granicach od 2,5 mm do 1,75 cm, w zależności od żądanej trwałości narzędzia.

W niektórych przypadkach pożyteczne może być wzmocnienie elementu nośnego 6 narzędzia ściernego przez wstawienie do tego ostatniego siatki metalowej 15, jak to jest uwidocznione na fig. 9.

Narzędzie ścierne może mieć również postać wiertła, jak to jest uwidocznione na fig. 10, tarczy ściernej, jak to jest uwidocznione na fig. 11, lub liny, mającej w równych odstępach nakładki ścierne, uformowane dokoła niej. Te nakładki stanowią w rzeczywistości małe walcowe tarczki ścierne, które mają na swej ściance walcowej obciąganą diamentem strukturę tego samego typu jak struktura np. obciąganej diamentem ściernicy. Technika wytwarzania tych trzech typów narzędzi ściernych jest identyczna z techniką wytwarzania ściernicy, jak to jest uwidocznione na fig. 5 lub opisane powyżej.

Wystarcza faktycznie po prostu adaptować kształt i wymiary stosowanej formy lub form.

Ponadto w niektórych przypadkach porowatość struktury obciągniętej diamentem 2 może nie być jednorodna, lecz np. zmieniać się od porowatości zerowej w obszarze krańcowym, przeciwległym względem obszaru, skierowanego ku elementowi nośnemu 6, do porowatości średniej w obszarze pośrednim pomiędzy tym obszarem krańcowym o porowatości zerowej, a tym w pobliżu elementu nośnego 6 oraz do porowatości maksymalnej w tym ostatnim obszarze.

Porowatość w obszarze pośrednim może np. zmieniać się od 10 od 30%, natomiast porowatość obszaru struktury obciągniętej diamentem 2 w pobliżu elementu nośnego 6 wynosi korzy

183 417 stnie od 30 do 75%, aby umożliwić uzyskanie efektywnego połączenia pomiędzy nią a elementem nośnym 6.

Obszar w pobliżu elementu nośnego 6 może np. tworzyć ćwierć lub połowę całkowitej objętości struktury obciągniętej diamentem 2, natomiast obszary krańcowe i pośrednie mogą np. mieć identyczną objętość.

Należy jednak zauważyć, że obszary te nie są ściśle ograniczone, ponieważ zmiana porowatości od jednego obszaru do obszaru sąsiedniego następuje korzystnie w sposób w przybliżeniu ciągły. Zatem gradient porowatości może zaistnieć w każdym z tych obszarów. Np. w obszarze pośrednim porowatość ta może być minimalna od strony obszaru krańcowego, a maksymalna od strony obszaru, położonego w pobliżu elementu nośnego 6.

W jeszcze innej postaci wykonania struktury obciągniętej diamentem 2 według wynalazku rozstawienia ziaren diamentowych 3 można wykonać na rastrze lub siatce o regularnych oczkach, np. o średnicy od 1 do 5 mm - ze stali, brązu lub włókien syntetycznych.

Wreszcie pierścieniowa struktura obciągnięta diamentem 2 może mieć kształt geometryczny o profilu rowkowanym lub żłobkowanym, pozwalając w ten sposób na zwiększenie sztywności przymocowania jej do elementu nośnego 6 przez przynajmniej częściowe wypełnienie wyrobień powierzchniowych, jakie wówczas wykazuje.

Ilość ścierniwa, zawartego w pierścieniowej strukturze obciągniętej diamentem, może być bardzo zmienna w zależności od zamierzonego zastosowania narzędzia ściernego. Ilość ta zawiera się jednak korzystnie w granicach od 1 do 15% w skali objętości pozornej, jak to już wspomniano powyżej.

183 417

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Narzędzie ścierne do cięcia, wiercenia, szlifowania, zawierające strukturę na obwodzie elementu nośnego, złożoną głównie z cząstek, utworzonych przez ziarna diamentowe, otulone powłoką metalową mającą temperaturę topnienia wyższą od temperatury topnienia elementu nośnego i występującą przynajmniej w obszarze w pobliżu obwodu elementu nośnego, pod postacią szkieletu, zawierającego otwarte pory, uchodzące na zewnętrzną powierzchnię elementu nośnego i zajmujące korzystnie co najmniej od 30 do 75% objętości pozornej tego obszaru, znamienne tym, że średnia średnica porów (12) jest zawarta w granicach od 100 do 500 mikrometrów z wartością maksymalną równą 2 mm, przy czym element nośny (6) składa się z cynku, cyny, aluminium, magnezu, miedzi lub ze stopu tych metali, takiego jak stop aluminiowo-krzemowy, wnikający w co najmniej 70% tych porów (12) i mającego temperaturę topnienia wyższą od temperatury użytkowania narzędzią a niższą od 950°C, przy czym cząstki (7) tworzące w przybliżeniu sztywną strukturę są spojone trójwymiarowo przez spiekanie.
2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że struktura (2) zawiera objętościowo od 1 do 15% ziaren diamentowych (3), korzystnie rzędu 3%, utrzymywanych w szkielecie głównie na bazie kobaltu, żelaza, brązu lub niklu.
3. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że element nośny (6) składa się ze stopu aluminiowo-krzemowego, zawierającego od 5 do 9% krzemu, korzystnie rzędu 7%.
4. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że struktura (2) zawiera objętościowo od 1 do 15% ziaren diamentowych (3), korzystnie rzędu 3%, utrzymywanych w szkielecie głównie na bazie kobaltu, żelaza, brązu lub niklu.
5. Narzędzie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że szkielet (2) mieszczący ziarna diamentowe (3), jest domieszkowany ziarnami innego materiału ściernego w ilości co najwyżej dziesięciokrotności objętości ilości ziaren diamentowych (3).
6. Sposób wytwarzania narzędzia ściernego, zawierającego strukturę pierścieniową ustalającą ziarna diamentowe i zamocowaną na obwodzie elementu nośnego, znamienny tym, że ziarna diamentowe (3) ustawia się trójwymiarowo w pewnej odległości jedne od drugich według pierścieniowej struktury (2) w formie (4), w której formuje się element nośny (6) dla tej pierścieniowej struktury (2) i wytwarza się przynajmniej w obszarze pierścieniowej struktury (2) w pobliżu elementu nośnego (6), pory (12), rozłożone w przybliżeniu równomiernie pomiędzy ziarnami diamentowymi (3), stanowiące korzystnie objętościowo od 30 do 75% objętości pozornej tego obszaru, wylewa się metal lub stop, z którego składa się element nośny (6) i który ma temperaturę topnienia wyższą od temperatury użytkowania narzędzia, a niższą od 950°C, w stanie ciekłym do tej formy (4), wprowadza się metal lub stop do co najmniej 70% tych porów (12), oraz że zestala się następnie ten metal lub stop, wytwarzając ścisłą i w przybliżeniu jednorodną więź pomiędzy pierścieniową strukturą (2), ustalającą ziarna diamentowe (3), a elementem nośnym (6).
7. sSposób według zastrz. 6, znamienny tym, że formuje się najpierw w pierwszej formie (1) trukturę pierścieniową(2), ustalającąziama diamentowe (3), a następnie wkłada się tę strukturę (2) do drugiej formy (4), do której wprowadza się w stanie ciekłym metal lub stop, wytwarzając z niego element nośny (6) wnikający w pory (12) struktury (2).
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dla uformowania struktury pierścieniowej (2) wprowadza się do pierwszej formy (1) cząstki (7), złożone z ziaren diamentowych (3), otulonych powłoką metalową (8), oraz że poddaje się te cząstki (7) spiekaniu, wytwarzając strukturę (2), mającą od 30 do 75% porów otwartych (12), przy czym strukturę (2) wkłada się

183 417 następnie do drugiej formy (4), do której wlewa się metal lub stop (5) i wytwarza się element nośny (6) wnikający w pory (12) struktury (2).
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że dla uformowania struktury pierścieniowej (2) miesza się uprzednio ziarna diamentowe (3) w sposób w przybliżeniu jednorodny z proszkiem metalowym (8), korzystnie proszkiem kobaltowym, w ilości objętościowej od 1 do 15% ziaren diamentowych, przy czym mieszaninę tę wprowadza się następnie do formy (1) i poddaje spiekaniu, aglomerując ten proszek (8), zamykając ziarna diamentowe (3), przy tym ziarnistość tego proszku (8) dobiera się tak, aby uzyskać po spieczeniu strukturę (2), zawierającą objętościowo od 30 do 75% porów (12).

* * *