Інструменти з надтвердих матеріалів - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Інструменти з надтвердих матеріалів

ІНСТРУМЕ́НТИ З НАДТВЕРДИ́Х МАТЕРІА́ЛІВ – інструменти, робочі частини яких оснащені природними і синтетичними алмазами, кубічним нітридом бору або полікристалічними надтвердими матеріалами (НТМ). Серед інструментів з кристалів алмазу – алмазні різці, алмази в оправі, алмазні вигладжувачі, алмазні склорізи, алмазні наконечники. В алмаз. різців робочою частиною є кристал або полікристал алмазу. Остан. може бути природ. або штучним. Природні алмази розмірами до 7 мм використовують для мікроточіння металевих дзеркал. поверхонь з міді, алюмінію та ін. За їхньою допомогою одержують мікрошорсткість до 0,8 нм (8 Ангстрем), а похибка у точності розмірів виробу при їх застосуванні не перевищує 70 нм. Штучні (полікристал.) алмазні різці виготовляють із синтет. алмазів у двох виконаннях: без підкладки (цільні) та з підкладкою (двошарові) розмірами від 3 до 13 мм (радіуси побл. вершини від 0,2 до 1,0 мм). Їх використовують для оброблення виробів з кольор. і чорних металів, загартованих сталей. Алмаз в оправі – правлячий інструмент у вигляді стержня, на торці якого закріплено кристал алмазу з певною орієнтацією відносно осі інструмента. В алмаз. вигладжувачів робочою частиною є монокристал чи полікристал алмазу (закріплений у державці) сферич., циліндрич. чи близької до них форми. Вони необхідні для згладжування та поверхневого зміцнювал. оброблення. Алмаз. склорізами наносять риску на скляних або кераміч. виробах з метою видалення їх певної частини. Алмаз. наконечниками (робоча частина – кристал чи полікристал алмазу у вигляді циліндра, піраміди або конуса) вимірюють твердість та здійснюють деформац. оброблення матеріалів.

Інструменти з алмаз. порошку поділяють за технологією виготовлення та складом на інструменти з металевим, керам. і полімер. зв’язуючим. Серед них – алмазні шліфувал. круги, алмазні відрізні круги, сегментні відрізні алмазні круги, алмазні барабани, алмазні надфілі, алмазні свердла, алмазні долота, алмазні коронки, правлячі алмазні інструменти у вигляді алмаз. ролика або алмаз. олівця. Алмазні шліфувал. круги – алмазно-абразивні інструменти у вигляді плоского тіла обертання різних форм: прямого профілю для шліфування периферією круга, чашкові та тарілчасті для торцевого шліфування і заточування, фасонні радіусні та кутові. Осн. призначення – шліфування та заточування різал. інструментів з твердих сплавів, кераміки, загартов. сталі, а також оброблення наплавок та напилення. Алмазні відрізні круги виготовляють розмірами від 100 до 500 мм, товщиною від 0,1 до 10,0 мм, їх алмазовміс. шар має вигляд кільця. Застосовують для відрізування кераміки, мармуру, граніту. Матеріалом зовн. робочої частини сегмент. відріз. алмаз. кругів є алмаз. сегмент. Їх виготовляють розмірами від 250 до 800 мм, товщиною від 2 до 5 мм, використовують для сухого та вологого відрізування виробів з твердих гранітів і каменю. Алмазні барабани мають вигляд порожнистого циліндра, алмазовміс. шар якого нанесено на зовн. поверхню. Ними обробляють неметалеві матеріали, зокрема склопластик, деревину та гуму. Алмазні свердла – інструменти діаметром від 3 до 140 мм для свердління отворів у склі, кераміці, камені та ін. крихких матеріалах. Їх різал. частини виготовляють з алмазу або алмазовміс. шару. Алмазні долота бувають діаметром від 190 до 290 мм. Цими алмаз. інструментами здійснюють безкернове буріння гірських порід під час пошуку нафти та газу. Правлячі алмазні інструменти у вигляді алмаз. ролика, робоча частина якого має форму тіла обертання, застосовують переважно для фасонної правки абразив. кругів з високою точністю профілю (від 3 до 10 мкм). Саме штучні алмази для виготовлення таких роликів уперше застосовано в Ін-ті надтвердих матеріалів НАНУ (Київ). У правлячих алмаз. інструментах у вигляді стержня (алмаз. олівця) на торці закріплюють алмаз. сегмент.

Потенціал пром. розвитку та вироб-ва інструментів із НТМ в Україні визначає наук.-тех. алмаз. концерн «АЛКОН» і його гол. орг-ція Ін-т надтвердих матеріалів НАНУ. Науковці Ін-ту надтвердих матеріалів НАНУ отримали бл. 3 тис. документів на винаходи та понад 200 зарубіж. патентів. Ін-т видає наук.-теор. ж. «Сверхтвердые материалы» і наук.-тех. рекламно-інформ. ж. «Інструментальний світ», при ньому функціонують асоц. «Надтверді матеріали» та Міжнар. інструментал. асоціація. У світі інструменти із НТМ понад 5-ти тис. типорозмірів виготовляють бл. 1 тис. підпр-в, зокрема у країнах СНД – бл. 200, в Україні – понад 50. У колиш. СРСР вироб-во інструментів з НТМ закладено у 1950–60-х рр. у зв’язку з початком видобування природ. алмазів. 1959 освоєно випуск інструментів з природ. алмазів на Томілін. з-ді алмаз. інструментів (Моск. обл.), 1960 – на Ленінгр. абразив. з-ді «Ілліч» (нині С.-Петербург), Рослав. з-ді алмаз. інструментів (Смолен. обл., РФ), Моск. комбінаті твердих сплавів, 1961 – на Кабардино-Балкар. з-ді алмаз. інструментів (м. Терек, РФ). Незважаючи на те, що темпи росту вироб-ва алмаз. інструментів були достатньо високими, об’єми їх виготовлення не могли задовольнити швидко зростаючі потреби пром-сті. Освоєння пром. технології синтезу алмазів створило потенційну можливість для подальшого масового вироб-ва інструментів і широкого використання їх у нар. госп-ві. Різке зростання об’ємів вироб-ва алмазно-абразив. інструментів відбулося 1963, коли з-ди-виробники почали одержувати від Дослід. з-ду Ін-ту надтвердих матеріалів АН УРСР порошки із синтет. алмазів. Протягом цього року випуск алмаз. інструментів збільшився в 4,6 раза. Тоді ж вироб-во інструментів із синтет. алмазів розпочато на Львівському інструментальному заводі та Харківському інструментальному заводі, а також розширено на Томілін. і Ленінгр. з-дах. 1966 стало до ладу найбільше підпр-во Європи – Полтав. з-д штуч. алмазів і алмаз. інструментів (нині Полтавський завод алмазного інструменту). Із синтет. алмазів та інших НТМ виготовляють майже 90 % алмаз. інструментів і паст, практично всі інструменти на органіч. і керам. зв’язках, шкурки та стрічки, 95 % інструментів на гальваніч. і майже 90 % на металіч. зв’язках. Інструменти з НТМ застосовують в електроніці та оптиці, прецизій. приладо- і машинобудуванні, буд. індустрії, медицині, авіації, космонавтиці, під час розвідування та видобування корис. копалин тощо. Розроблення високопродуктив. і енергоощад. застосування алмаз., на основі кубіч. нітриду бору, твердосплав. і керам. інструментів, номенклатури їх вироб-ва для економічно обґрунт. і конкурентоздат. застосування забезпечують наук. і пром. центри в галузі НТМ у Києві, Харкові, Донецьку, Одесі, Полтаві. Серед укр. пріоритет. та конкурентоздат. інструментів – інструменти для повного фактур. оброблення природ. каменю (сегментні пилки, сегменти до них, шліфувальники, відрізні круги, фасонні круги, свердла); правлячі інструменти (бруски, ролики, олівці); бурові інструменти (долота, коронки, розширювачі); хонінгувал. і суперфінішні бруски; шліфувал. інструменти для твердих сплавів, інструментал. сталей і кераміки; кіборити діаметром 7–10 мм, а також пластини у вигляді квадрата, ромба та трикутника вис. 4,76 і 3,18 мм для оброблення наплавлених матеріалів і покриттів, сталей і зносостійких чавунів; алмазно-твердосплавні пластини АТП. Україна є одним із провідних виробників інструментів із НТМ.

Літ.: Захаренко И. П. Основы алмазной обработки твердосплавного инструмента. К., 1980; Чистяков Е. М. и др. Инструмент из металлизированных сверхтвердых материалов. К., 1982; Синтетические сверхтвердые материалы: В 3 т. К., 1986; Перспективные направления алмазного инструмента в машиностроении: Сб. науч. тр. Москва, 1990; Прогрессивные алмазные инструменты в промышленности: Сб. науч. тр. Москва, 1990; Синтетические сверхтвердые материалы в геологоразведочном бурении: Сб. науч. тр. К., 1991; Композиционные материалы на основе алмазов и кубического нитрида бора для изготовления инструмента: Сб. науч. тр. К., 1994; Алмазовмісні композиційні матеріали для виготовлення інструменту: Зб. наук. пр. К., 1999; Инструмент из сверхтвердых материалов. Москва, 2005; Сверхтвердые материалы. Получение и применение: В 6 т. К., 2007.

А. О. Шепелєв

Стаття оновлена: 2011