203209. lajstromszámú szabadalom • Megmunkáló szerszám és eljárás annak előállítására
1 HU 203 209 B 2 A találmány tárgya szerszám, amelynek kemény anyagból lévő egy vagy több megmunkáló részecskét tartó, vasat és keményítő ötvöző anyagot tartalmazó foglalata van, és eljárás a szerszám előállítására. Fém alapanyagú foglalatban rögzített egykristályos vagy mesterséges polikristályos gyémántot, köbös bómitridet, vagy más kemény anyagot, pl. kerámiákat széles körben használnak az iparban esztergakés betét, köszörűkő lehúzó szerszám, dróthúzó szerszám, üvegvágó, keménységmérő fej stb. céljára. A foglalat feladata egyrészt a kemény megmunkáló rész vagy részecskék tartása, másrészt a szerszám működése közben keletkező hő elvezetése, valamint az, hogy a megmunkáló résznek előfeszítést adjon. Ez az előfeszítés kell hogy kiegyenlítse pl. a dróthúzás közben a húzókőben fellépő igen nagy feszültségeket, amelyek megfelelő előfeszítés hiányában a húzókő törését okozhatják. A felhasználás egyes területein, pl. nagysebességű forgácsolás, vagy dróthúzás esetében a megmunkáló szerszámok minél nagyobb hőállóságára van szükség. A forgalomban lévő mesterséges gyémántok ill. szuperkemény anyagok hőállósága különböző. Kapható pl. 600°C-ig hőálló mesterséges polikristályos gyémánt és rövid ideig 1200°C-on használható polikristályos gyémánt is. A természetes egykristályos gyémántok hőállóságának tartománya - attól függően, hogy milyen környezetben, mennyi ideig hevítjük azokat - 700-1400°C is lehet. A maximális hőállóságot a szerszámok gyártásánál akkor is érdemes kihasználni, ha működéskor nincs szükség maximális hőigénybevételre. A magas hőmérsékleten készített foglalat ugyanis olyan mértékben zsugorodik rá a befoglalt kemény magra, hogy annak még a szerszám magasabb működési hőmérsékletein is megfelelő előfeszítést ad. Ez az előfeszítés csökkenti a szerszám kritikus részeinek terhelését működés közben. A foglalatokat célszerű tehát a lehetséges legmagasabb hőmérsékleten készíteni, annak figyelembevételével, hogy a környezeti hatások (gázatmoszféra, idő) a szuperkemény anyagokat némileg károsítják és a károsodás mértéke a hőmérséklettel növekszik. Ezen követelményeket figyelembe véve a foglalatkészítés hőmérséklete pl. egy maximálisan 1200°C-ig igénybe vehető szuperkemény anyag alkalmazása esetén 1000°C-ra csökkentendő. A DE 30 01 261 közrebocsátási leírás egyrészt leír egy ismert húzókőfoglalatot, amelynél egy kehelyalakú forgácsolt acéltest alsó lapjára illesztve található a megmunkáló rész, azaz a gyémánt húzókő. A forgácsolt test belsejébe, a húzókő fölé réz-nikkel porkeveréket töltenek és beleszinterelik az acéltestbe. Mivel a színtereit test nem minden oldalról veszi körül a gyémántot, annak előfeszítése nem egyenletes, ezenkívül a különböző anyagból készült foglalatrészek és a húzókő határfelületein nem azonos a hőátadás és a hőtágulás, ezek a hiányosságok pedig csökkentik a szerszám igénybevehetőségét és élettartamát. A DE 30 01 261 közrebocsátási leírásban ismertetett védeni kívánt húzószerszám konstrukciónál a gyémánt húzókövet egy forgácsolással készített, speciálisan kialakított, bonyolult alakú acél húzókő-tartóra ragasztják, majd fémport fölétöltve szénszerszámban készre szinterelik a foglalatot, amely így részben körülveszi a húzókövet és a forgácsolt húzókő-tartót. Ennél a megoldásnál a gyémánt húzókövet jobban körülveszi a színtereit test, mint az előzőekben ismertetett foglalat esetén, miáltal egyenletesebb előfeszítést kap a gyémánt, valamint a hőelvezetés is jobb lesz, mivel az acél húzókő-tartó csak a ragasztásos rögzítés által képzett kis felületen érintkezik a gyémánttal. Ez a megoldás azonban bonyolult alakú, forgácsolással előállított tartóelem készítését és szinterelési munkát egyaránt igényel. Kétféle anyagból készül, így ennél a megoldásnál is fennáll, hogy a kétféle anyag határfelületén történő hőátadás miatt nem kielégítő a húzószerszám működése közben keletkező hő elvezetése. Ezenkívül a különböző anyagok eltérő hőtágulása miatt a foglalatban olyan belső feszültségek keletkeznek, amelyek akár a gyémánt húzókő kilazulását, vagy törését is okozhatják. Az általunk ismertetett húzószerszám előnye mindkét előzőekben leírt megoldással szemben, hogy nagyon egyszerű felépítésű, forgácsolómunkát csak készremunkálásnál igényel. Egyetlen anyagból készül szintereléssel, miáltal a gyémánt előfeszítése és minden irányú hőelvezetése a lehető legegyenletesebb. Ezenkívül elenyésző a gyémánt kilazulásának és törésének veszélye is az előzőekben ismertetett konstrukciókhoz képest. A HU 200 119 lajstromszámú szabadalmi bejelentés egy kb. 800°C-ig hőálló dróthúzó maghoz szükséges foglalatanyagot ismertet. Ez az anyag bronz alapú, és pl. a köszörűkő beszabályozásához használt ún. lehúzó szerszám céljára nem előnyös, mert a köszörűkő pórusait eltörni. Lehúzó szerszám anyagaként célszerű nagyobb szilárdságú vas vagy nikkel alapú ötvözeteket használni, vagyis olyan anyagokat, amelyeket a későbbiekben a köszörűkő fog megmunkálni, mert a megmunkálandó anyag figyelembevételével (pl. edzett, ötvözött vagy ötvözetlen acél) történik a köszörűkő anyagának kiválasztása. Gyémánt keménységmérő fejek foglalatanyagaként szintén célszerű a bronznál szilárdabb anyag alkalmazása, mivel keménységmérésnél a gyémánt elmozdulása megengedhetetlen, és hátrányos, ha a szúrószerszám lágyabb anyagba van beültetve, mint a mérendő, rendszerint kemény anyag. Az említett bejelentésben leírt, diszperziós keményítőssel történő szilárdságnövelés elvileg vas alapanyagra is alkalmazható, de a módszer felhasználásával nem kaptunk kielégítő eredményt. Az 1. ábrán kísérleti hőkezeléseink eredményét mutatjuk be, ezzel kívántuk modellezni a szerszámok foglalatanyagának igénybevételét. A hőkezelési idő függvényében ábrázoltuk a különféle foglalatanyagok szobahőmérsékleti Rockwell-B keménységének változását, vagyis szilárdságuk csökkenését. Látható, hogy az 1 t% y Al203-mal diszperziósán keményített vas keménysége a hőkezelés során az üyen foglalatanyagok esetében megkívánt 80 HRB alá csökken. A vas olvadáspontja környezetében viszonylag gyorsan oldja a 5 10 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
