Связкой называется материал, закрепляющий алмазные зёрна в рабочем слое режущего инструмента. Она занимает большую часть объёма рабочего слоя и является его основой. Работоспособность алмазного инструмента в значительной степени определяется свойствами связки, которая выбирается в зависимости от обрабатываемого материала, типа инструмента и режимов его работы. В связи с этим, она должна отвечать определённым требованиям.

Во первых, связка должна прочно удерживать алмазные зёрна: чем прочнее они закреплены в ней, тем большие нагрузки выдерживает инструмент, более длительное время он работает и соответственно выше его стойкость. Это свойство связки должно быть увязано с прочностью алмазного сырья. При использовании высококачественных износостойких алмазов особенно важна прочно закрепить их в связке. При хорошем удержании менее прочных алмазов относительно быстрое их разрушение и износ ведёт к уменьшению режущих зёрен на рабочей поверхности, снижению производительности обработки и зашлифованию инструмента.

Как показывают исследования, алмазные зёрна удерживаются в связке в основном за счёт механического закрепления в ней. Поэтому, чем плотнее связка облегает алмазы и чем выше её механическое свойство, тем лучше она их удерживает. Алмазные зёрна выпадают из связки под действием нагрузок, возникающих при работе инструмента, и в основном от тангенциальных составляющих сил резания. В определённый период времени наступают такие условия, когда изгибающий момент от действия тангенциальной составляющей силы резания превышает прочность удержания зёрен связкой и они выпадают из неё. Причём, чем больше вылет алмазных зёрен над связкой, тем больше действующие на них силы и тем интенсивнее идёт процесс выпадения зёрен. Связка с высокими механическими свойствами обеспечивает вылет алмазных зёрен до 1/3 их размера. При большем вылете наблюдается интенсивное выпадение алмазов из связки, а теоретическим пределом надо считать обнажение алмаза до половины своего размера, когда он должен свободно выпадать из связки. Однако, учитывая неправильную форму алмазных зёрен и наличие на их поверхности микро и макро-неровностей, заполняемых материалом связки, алмазоудерживающая способность последней повышается за счёт хорошего обжатия зёрен в процессе спекания.



Обжатию зёрен материалом связки также способствует уникальное свойство алмаза уменьшаться в объёме при нагревании и увеличиваться при охлаждении. Охлаждение изделия после спекания обеспечивает надёжное закрепление в нём алмазных зёрен.

Прочность закрепления алмазов в связке определяется в основном её химическим свойством и методом изготовления. От правильно выбранного состава и способа изготовления зависит физико-механическое свойство связки. Для связок, изготавливаемых методом холодного прессования с последующей пропиткой (например твёрдосплавные), удерживающая способность во многом зависит от степени обжатия алмазных зёрен порошком в процессе прессования изделия. Плотные малопористые прессовки обеспечивают высокую степень обжатия, а изготовленные таким образом связки обладают высокой износостойкостью.

Как указывалось выше, переходные металлы обладают адгезией к алмазу, смачивая его. Поэтому связки, содержащие эти металлы, обладают повышенной удерживающей способностью. Для повышения прочности закрепления алмазов в инструменте их покрывают металлами и другими материалами, которые при спекании взаимодействуют со связкой, образуя прочные молекулярные или химические связки. Однако до настоящего времени металлизированные алмазы не нашли широкого применения в камнеобрабатывающем инструменте. Помимо металлизации существует ещё ряд способов, которые позволяют улучшить удержание алмазов в связке. К ним относится гранулирование, предварительное спекание используемых при изготовлении алмазного инструмента металлических порошков и т.д. Некоторые из них будут рассмотрены нами ниже.

Для импрегнированного инструмента, каким является весь камнеобрабатывающий инструмент, к связке предъявляется ещё одно важное требование: она должна быть самозатачиваемой, то есть своевременно изнашиваться и обнажать алмазные зёрна по мере затупления находящихся на поверхности. Успешная работа инструмента достигается только в том случае, если после затупления работающих зёрен они выпадают, а новые к этому времени обнажаются за счёт износа связки и вступают в работу. Сочетание хорошей удерживающей способности и самозатачиваемости является решающим фактором эффективной работы алмазного инструмента.

Самозатачиваемость алмазного инструмента определяется физико-механическими свойствами связки и зависит от абразивности обрабатываемого материала. Она характеризуется степенью. Чем выше износ связки, тем лучше самозатачиваемость.

Однако во избежание интенсивного выпадения алмазов из инструмента она не должна быть выше определённого предела. Как установлено износ связки у камнеобрабатывающих инструментов зависит не столько от её прочностных свойств, сколько от твёрдости. Наиболее объективную оценку износостойкости даёт твёрдость в случае сравнения близких по составу связок, например твёрдосплавных.

Влияние твёрдости таких связок на износ алмазных сегментных кругов приведён на рис. . Резание Янцевского гранита осуществлялось кругами диаметром 500мм, изготовляемых из природных алмазов 500/400 при концентрации 50% при равных условиях: глубина резания – 20мм, продольная подача – 0,8 м/мин, расход воды 15 л/мин. В процессе экспериментальных исследований линейный износ сегментов, по которому определяется удельный расход алмазов. Твёрдость 30 HRC . Однако процесс резания гранита кругами, изготовленными на этой связке, происходит с большим шумом и искрением. Своевременного вскрытия алмазов на рабочей поверхности сегментов не осуществляется и необходима периодическая заточка инструмента. Круги на связках с меньшей твёрдостью работали значительно мягче, но расход алмазов у них был выше.

Для получения сравнительных данных одновременно с указанными кругами был испытан круг на медно-оловянной связке М1, имеющей твёрдость около 20 HRC. Расход алмазов у него при резании гранита составил 45-50 каратов на квадратный метр обработанной площади. Полученные данные говорят о том, что на ряду с твёрдостью связки на её износостойкость большое влияние оказывает состав и способ изготовления.

Учитывая, что в зоне резания развиваются относительно высокие температуры, материал связки должен обладать достаточной термостойкостью и теплопроводимостью для быстрого отвода тепла с режущей поверхности инструмента. Используемые для обработки камня металлические связки отвечают этим требованиям и обеспечивают надёжную работу инструмента.

Применяемые в инструменте связки должны иметь с обрабатываемым материалом минимальный коэффициент трения и не вступать с ним в химическое взаимодействие. В противном случае наблюдается интенсивный износ и разрушение связки, что ведёт к резкому снижению стоимости инструмента.

При разработке связок необходимо учитывать все предъявляемые к ней требования, а при эксплуатации алмазного инструмента руководствоваться ими.

В камнеобрабатывающих инструментах, работающих в тяжёлых условиях, используются металлические связки, обеспечивающие прочное удержание алмазных зёрен. Исключение составляет полировальный инструмент, который изготавливается на органических связках.

В основу изготовления алмазных инструментов на металлических связках положен метод порошковой металлургии. Он заключается в смешении металлических порошков с алмазами, их совместном прессовании и последующем спекании. Смешивание позволяет распределить алмазные зёрна по всему объёму рабочего слоя режущего инструмента, прессование – придать последнему необходимую форму, а спекание – упрочнить его до требуемой прочности. Метод порошковой металлургии в отличие от метода литья позволяет использовать композиции, включающие несплавленные друг с другом материалы, например карбид вольфрама и медь.

Металлические связки, используемые в камнеобрабатывающих инструментах, в зависимости от состава и способа изготовления можно разделить на твёрдосплавные на основе карбида вольфрама и связки не содержащие твёрдого сплава.