WikiDer > Алмазный инструмент

Diamond tool
Крупный план сегмента алмазной пилы

А алмазный инструмент это режущий инструмент с алмаз зерна, закрепленные на функциональных частях инструмента с помощью связующего материала или другим способом. Поскольку алмаз - это сверхтвердый материал, алмазные инструменты имеют много преимуществ по сравнению с инструментами, изготовленными из обычных абразивов, таких как корунд и Карбид кремния.

История

В Естественная историяПлиний писал: «Когда Адамас успешно сломан, он распадается на осколки настолько мелкие, что они едва заметны. Они очень востребованы граверами по драгоценным камням и вставляются ими в железные инструменты, потому что они без труда делают углубления в самых твердых материалах ».[1]

Преимущества

Алмаз - один из самых твердых природных материалов на Земле; намного тверже корунда и карбида кремния. Алмаз также обладает высокой прочностью, хорошей износостойкостью и низким коэффициентом трения. Поэтому при использовании в качестве абразивный, он имеет много очевидных преимуществ перед многими другими распространенными абразивами.

Преимущества алмазного шлифовального инструмента

Алмаз можно использовать для изготовления шлифовальных инструментов, которые имеют следующие преимущества:

  • Высокая эффективность шлифования, низкое шлифовальное усилие: Отверстие в процессе шлифования выделяет меньше тепла. Это может уменьшить или избежать ожогов и трещин на поверхности заготовки, а также снизить износ оборудования и потребление энергии.
  • Высокая износостойкость: Изменение размеров алмазного шлифовального инструмента небольшое. Это может обеспечить хорошее качество шлифования и высокую точность шлифования.
  • Длительный срок службы, длительный период одевания: Это может значительно повысить эффективность работы, улучшить условия труда рабочих и снизить трудоемкость продукта.
  • Низкая комплексная стоимость: Стоимость обработки каждой детали ниже.

Категории

Есть тысячи видов алмазных инструментов. Их можно разделить на категории по способам производства и использованию.

Категории по способу изготовления

По способам изготовления или типу связки алмазные инструменты можно разделить на следующие категории:

  • Алмазный инструмент на металлической связке: Связующий материал инструмента - спеченный металл с алмазной крошкой. Функциональные части инструмента обычно алмазные сегменты. Эти инструменты включают в себя металлические алмазные пилы, алмазные шлифовальные круги, алмазные коронкии т.д. Для алмазных инструментов на металлической связке связка является одним из основных факторов при выборе инструмента для резки или шлифования определенного материала, в зависимости от того, насколько твердый или абразивный материал. Используемая связка определяет скорость, с которой металлические порошки изнашиваются и обнажают новые кристаллы алмаза на поверхности, тем самым сохраняя абразивную режущую поверхность. Различная прочность связи достигается за счет выбранной смеси сплавов металлических порошков и того, какое количество тепла и давления прикладывают к спеченному сегменту. В качестве эталонного материала исторически использовался кобальт благодаря высокой степени удерживания алмаза, простоте обработки горячим прессованием и регулируемой скорости износа за счет добавок бронзы.[2] или порошки карбида вольфрама. Из-за высокой и нестабильной цены, а также из соображений защиты окружающей среды были разработаны альтернативные системы на основе сплавов или смесей железо-медь с дополнительными металлическими и неметаллическими добавками.[3]
  • Алмазные инструменты на полимерной связке: Связующий материал инструментов в основном представляет собой полимерный порошок. Примером такого инструмента являются алмазные полировальные диски на полимерной связке, используемые в строительной отрасли.
  • Алмазный инструмент с покрытием: Эти инструменты изготавливаются путем закрепления алмазов на основании инструмента методом гальваники или методом CVD (химического осаждения из паровой фазы). Обычно их можно изготовить с хорошей точностью обработки.
  • Алмазные инструменты на керамической связке: Связующий материал инструментов обычно представляет собой стекло и керамический порошок. Этот инструмент обычно отличается хорошей химической стабильностью, небольшой упругой деформацией, но высокой хрупкостью и т. Д.
  • Поликристаллический алмаз (PCD): Обычно их получают путем спекания множества микрокристаллов алмаза при высокой температуре и высоком давлении. PCD имеет хорошую вязкость разрушения и хорошую термическую стабильность и используется при изготовлении геологических буровых долот.
  • Поликристаллический алмазный композит или компакты (PDC): Они сделаны путем объединения нескольких слоев поликристаллических алмазов (PCD) со слоем гильзы из цементированного карбида при высокой температуре и высоком давлении. PDC обладает такими преимуществами, как высокая износостойкость алмаза при хорошей вязкости карбида.
  • Алмазный инструмент с высокотемпературной пайкой: Этот инструмент изготавливается путем припайки одного слоя алмазов к инструменту с помощью припоя при температуре выше 900 ° C. с использованием вакуумной пайки или пайки в атмосфере. Этот инструмент имеет несколько преимуществ: припой может очень прочно удерживать алмазы, открытая высота единственного слоя алмазов может составлять 70–80% от их размера, а алмазы можно регулярно размещать на инструменте.

Категории по использованию

Если разделить на категории по использованию, существуют алмазные шлифовальные инструменты, алмазные режущие инструменты (например, спиральные сверла с алмазным покрытием), алмазные буровые инструменты, алмазные пилы (например, алмазные пилы), алмазные штампы и т. д.

Приложения

Применимые материалы

Алмазные инструменты подходят для обработки следующих материалов:

  • Карбидный сплав
  • Твердые или абразивные неметаллические материалы, например, камень, бетон, асфальт, стекло, керамика, драгоценный камень и полупроводниковые материалы.
  • Цветные металлы, такие как алюминий, медь и их сплавы, а также некоторые мягкие, но прочные материалы, такие как резина и смола.

Поскольку алмазы могут реагировать с Fe, Co, Ni, Cr, V при высоких температурах, возникающих в процессах шлифования, обычно алмазные инструменты не подходят для обработки сталей, включая обычные стали и различные вязкие легированные стали, в то время как другой сверхтвердый инструмент, кубический Инструмент из нитрида бора (CBN) подходит для обработки сталей. Инструменты, изготовленные из обычных абразивных материалов (например, корунда и карбида кремния), также могут справиться с этой задачей.

Прикладные домены

Алмазные инструменты используются в следующих областях:

  • Геологическая или проектная разведка: Часто используются алмазные геологические сверла, алмазные буровые коронки и алмазные тонкостенные сверла. В основном буровые долота с PCD используются в нефтегазовой и горнодобывающей промышленности.
  • Обработка камня: Алмазные дисковые пилы, алмазные многопильные станки, алмазные ленточные пилы используются для пиления мрамора, гранита и других каменных блоков. Алмазные канатные пилы используются в каменоломнях для обработки необработанных каменных блоков. Фасонные алмазные инструменты используются для обработки камня определенной формы. Алмазные полировальные диски на полимерной связке используются для полировки камня.
  • Строительство: Алмазные пилы среднего или малого размера, алмазные коронки и некоторые алмазные шлифовальные или полировальные инструменты часто используются при ремонте дорог, реконструкции зданий и обработке строительных материалов.
  • Деревообработка: Полы из композитного ламината широко используются. Его можно носить как камень. При его обработке используются полотна циркулярных пил PCD, профилирующие фрезы, спиральные сверла и другие алмазные инструменты.
  • Обработка автозапчастей: Режущие инструменты из PCD и PCBN используются для удовлетворения требований к высокой эффективности и малым отклонениям в обработке в этой области.
  • Обработка IT и бытовой техники: Высокоточные супертонкие алмазные отрезные круги используются для резки кремниевых пластинок. Алмазные шлифовальные круги на полимерной связке используются для обработки керамики в оптоволоконной промышленности.
  • Обработка инженерной керамики: Техническая керамика широко применяется во многих отраслях промышленности. Они обладают свойствами высокой ударной вязкости, высокой твердости, термостойкости. Для их обработки разработаны высокопрочные и долговечные алмазные шлифовальные круги.
  • Обработка твердосплавного инструмента и другого механического инструмента: Алмазные инструменты используются для достижения высокой точности и эффективности обработки.

Помимо перечисленных выше, существуют и другие области применения алмазных инструментов, например, в медицине, Венесуэльский ученый Умберто Фернандес Моран изобрел алмазный нож для использования в деликатных операциях в 1955 году.

Помимо использования в качестве абразива из-за своей высокой твердости, алмаз также используется для производства других продуктов благодаря своим множеству других хороших свойств, таких как высокая теплопроводность, низкий коэффициент трения, высокая химическая стабильность, высокое удельное сопротивление и высокие оптические характеристики. Эти области применения включают покрытия подшипников и компакт-дисков, действующие как линзы и термисторы, изготовление высоковольтных переключателей и датчиков и т. Д.

Некоторые примеры алмазных инструментов

Инструменты для правки алмазов

Алмаз комоды состоят из одноточечных или многоточечных инструментов, припаянных к стальному хвостовику и используемых для правки и правки шлифовальных кругов. Инструменты бывают нескольких типов, в том числе: пропитанные абразивом, лезвийный, корончатый и дисковый. Преимущества многоточечных инструментов перед одноточечными:

  1. Можно использовать весь алмаз; в одноточечном инструменте, когда острие затуплено, ромб необходимо переустановить, а после нескольких переустановок ромб заменят.
  2. Многоточечные инструменты имеют более высокую точность, особенно в формовочное шлифование, где используются типы лезвий. Лезвия состоят из удлиненных ромбов. Толщина регулируется, и доступны лезвия толщиной от 0,75 до 1,40 мм (от 0,030 до 0,055 дюйма).
  3. Инструменты с абразивным зерном относятся к категории жестких и могут использоваться для настольных шлифовальных машин.
  4. Поскольку используются маленькие острия, алмазы имеют режущую кромку с естественными остриями, в отличие от одноточечных инструментов, у которых острие заточено.
  5. Стоимость многоточечных инструментов ниже, поскольку используются более мелкие и менее дорогие алмазы.

Режущие инструменты PCD

Дополнительная информация о синтетическом алмазе: Поликристаллический алмаз

Поликристаллический алмаз (PCD) формируется в большом прессе для высоких температур и высокого давления (HT-HP) в виде алмазной пластины на карбидной основе или в виде алмазной жилки внутри карбидной пластины или стержня.

Большинство пластин полируются до зеркального блеска, а затем режутся электроэрозионная обработка (EDM) на более мелкие рабочие сегменты, которые затем припаиваются к пильному диску, развертке, сверлу или другому инструменту. Часто они подвергаются электроэрозионной обработке и / или шлифовке, чтобы обнажить алмазную жилку вдоль режущей кромки. Эти инструменты в основном используются для обработки неметаллических и цветных металлов.

Операция шлифования сочетается с EDM по нескольким причинам. Например, согласно данным Modern Machine Shop,[нужна цитата] комбинация позволяет повысить скорость съема материала и поэтому более рентабельна. Кроме того, процесс EDM незначительно влияет на качество поверхности. Для получения более тонкой конечной поверхности используется шлифовка пораженного участка. Пекинский институт электромеханической обработки[нужна цитата] приписывает более тонкую форму и геометрию поверхности объединению двух процессов в один.

Сам процесс достигается путем объединения двух элементов каждого отдельного процесса в один шлифовальный круг. Алмазно-графитовый круг выполняет задачу шлифования, в то время как графитовое кольцо вокруг существующего круга служит частью EDM. Однако, поскольку алмаз не является проводящим материалом, связь в заготовке из PCD должна быть достаточной, чтобы обеспечить проводимость, необходимую для работы процесса EDG.

Инструмент из поликристаллического алмаза широко используется в автомобильной и авиакосмической промышленности. Они идеально подходят для скоростной обработки (9000 поверхность футов в минуту или выше) в вязких и абразивных алюминиевых сплавах, а также в процессах с высоким истиранием, таких как сверление углеродного волокна и керамика. Благодаря алмазным режущим кромкам они служат в течение длительного времени, прежде чем потребуется их замена. Процессы с большими объемами, жесткие допуски и высокоабразивные процессы идеально подходят для алмазного инструмента.

Компакты из поликристаллических алмазов

В конце 1970-х гг. General Electric пионер технологии поликристаллические алмазные компакты (PDC) в качестве замены природных алмазов в сверла.[4] PDC использовались для прорезания кристаллических поверхностей горных пород в течение длительных периодов времени в лабораторных условиях, и теперь эти возможности реализованы в суровых условиях по всему миру.

По состоянию на август 2000 года Министерство энергетики США заявило, что почти треть общего объема пробуренных материалов во всем мире бурится с использованием долот PDC с заявленной экономией почти 100000 долларов на долото PDC по сравнению с долотами с роликовым сердечником.[5]

Алмазная паста и суспензия

Алмазные пасты используются для полировки материалов, требующих зеркального блеска. Они часто используются в металлургических образцах, карбидных штампах, карбидных уплотнениях, производстве очкового стекла и для полировки алмазов. Алмазная паста в основном используется в промышленности для полировки и заточки металлических лезвий и других металлических поверхностей. Паста предназначена не только для полировки металлического лезвия, но и для заточки режущей кромки.

Алмазные гальванические инструменты

Алмазный порошок, нанесенный путем гальваники, используется для изготовления пилок (в том числе пилок для ногтей) и для небольших шлифовальных работ.

Алмазные токарные инструменты для одноточечной обработки

При одноточечной алмазной токарной обработке (SPDT) в качестве режущей кромки используется твердый безупречный алмаз. Монокристаллический алмаз может быть натуральным или синтетическим и заточен до желаемых размеров механическим способом. шлифование и полировка. Режущая кромка большинства алмазных инструментов имеет остроту до десятков нанометров, что делает его очень эффективным для резки цветных металлов с высоким разрешением. SPDT - это очень точный процесс обработки, используемый для создания готовой асферической и неправильной оптики без необходимости дальнейшей полировки после завершения. Самый точный станок в мире LODTM, ранее производившийся на Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора, имела оценочную точность профиля в 28 нм, в то время как большинство машин ищут шероховатость в пределах этого отклонения.[6]

SPDT используется для оптики, для плоских поверхностей, где требуется как чистота поверхности, так и необычайно высокая точность размеров, а притирка была бы неэкономичной или непрактичной.

Алмазные пилы

Для высокоскоростных газовых отрезных пил, мотопил, ручных шлифовальных машин, мостовых пил, настольных пил, пил для плитки и других типов пил.

Вогнутое лезвие
Для вырезания изгибов на столешницах для установки раковин или лепки статуй.
Указатели вывертывания
Толстые алмазные диски для реставрации, включая шлифовку и замену раствора.
Охотники за трещинами
Толстые алмазные диски V-образной формы для ремонта трещин в бетоне.

Шлифовальные чашки с алмазными наконечниками

Обычно используется на ручных шлифовальных машинах для шлифования бетона или камня.

Корончатая коронка или кольцевая пила с алмазным напылением

Полая стальная труба с сегментами с алмазными наконечниками для сверления отверстий в бетонных стенах в строительстве, в керамогранитной плитке или гранитных столешницах в бытовой промышленности, а также для извлечения образцов керна в горнодобывающей промышленности.

Вставка инструмента PCD

Используется в станках для обработки керамики и алюминия.

Инструментальная пластина PD

Используется в токарных центрах для оптики и прецизионных поверхностей.

Подушечки для полировки

Подушечки с кристаллами алмаза для полировки мрамора и других драгоценных камней.

Резка алмазным канатом

Проволока с кристаллами алмаза для резки.

Некоторые особенности алмазной резки:
Безударный, бесшумный и бесшумный
Гладкая режущая поверхность
Неограниченная глубина резания
Горизонтальная, вертикальная и угловая резка круглых отверстий диаметром до 2500 мм.
Устройство для врезной резки, которое позволяет формировать глухие отверстия и отверстия с фальцем
Дистанционное управление для повышения безопасности

Алмазная пильная цепь

Для резки камня, бетона и кирпича специальным бензопила.

Смотрите также

  1. ^ Плиний Старший. "Естественная история". Перевод Д.Э. Эйхгольца (т. 10). Архивировано из оригинал на 2017-01-01. Получено 2014-05-28.
  2. ^ «Поведение бронзовых порошков для алмазных инструментов при свободном спекании».
  3. ^ Константи, Януш (2013). «Инструмент из спеченных алмазов: тенденции, проблемы и перспективы». Порошковая металлургия. 56 (3): 184–188. Дои:10.1179 / 1743290113Y.0000000058.
  4. ^ Журнал нефтяных технологий. «Легенды бурения» (PDF). С. 50–55. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-26. Получено 2010-08-02.
  5. ^ Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (август 2000 г.). Алмазные сверла (PDF) (PDF). Министерство энергетики США. п. 2. (DOE / GO 100098-482)
  6. ^ Самый точный токарный станок в мире, Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, апрель 2001 г.