Алмазный инструмент - Diamond tool

Крупный план сегмента алмазной пилы

Алмазный инструмент представляет собой режущий инструмент с алмазным зернами , закрепленных на функциональных части инструмента через связующий материал или другой способ. Поскольку алмаз является сверхтвердым материалом , алмазные инструменты имеют много преимуществ по сравнению с инструментами, изготовленными из обычных абразивов, таких как корунд и карбид кремния .

История

В своей книге « Естественная история» Плиний писал: «Когда адамас успешно разбивается, он распадается на осколки, настолько маленькие, что их едва можно увидеть. Они очень востребованы граверами по драгоценным камням и вставляются ими в железные инструменты, потому что они оставляют углубления в самых твердых материалах. без труда ".

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. Таким образом, при использовании в качестве абразива 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 усилие шлифования : 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 алмазных шлифовальных инструментов невелико. Это может обеспечить хорошее качество шлифования и высокую точность шлифования.
Длительный срок службы, длительный период одевания : это может значительно повысить эффективность работы, улучшить рабочую среду и снизить трудоемкость продукта.
Низкая совокупная стоимость : стоимость обработки каждой детали ниже.

Категории

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

Категории по способу изготовления

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

Алмазные инструменты на металлической связке : Связующий материал инструмента представляет собой спеченный металл, содержащий алмазную крошку. Функциональные части инструмента обычно представляют собой алмазные сегменты . Эти инструменты включают алмазные пилы с металлической связкой , алмазные шлифовальные чашки , алмазные коронки и т. Д. Для алмазных инструментов с металлической связкой связь является одним из основных факторов при выборе инструмента для резки или шлифования определенного материала. в зависимости от твердости или абразивности материала. 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 высокому удерживанию алмаза, простоте обработки горячим прессованием и регулируемой скорости износа с помощью порошков бронзы или карбида вольфрама. Из-за его высокой и нестабильной цены, а также из соображений охраны окружающей среды были разработаны альтернативные системы на основе сплавов или смесей железо-медь с дополнительными металлическими и неметаллическими добавками.
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.
Алмазные инструменты с покрытием : эти инструменты изготавливаются путем закрепления алмазов на основании инструмента с помощью метода гальваники или метода CVD (химического осаждения из паровой фазы). Обычно они могут быть изготовлены 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) : их обычно 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 изготавливаются путем объединения некоторых 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.
Алмазные инструменты с высокотемпературной пайкой : этот инструмент изготавливается путем припайки одного слоя алмазов к инструменту с помощью припоя при температуре выше 900 ° C. используя вакуумную пайку или пайку с защитой от атмосферы. Этот инструмент имеет несколько преимуществ: припой может очень прочно удерживать алмазы, открытая высота одного слоя алмазов может составлять 70–80% от их размера, и алмазы можно регулярно размещать на инструменте.

Категории по использованию

Если разделить на категории по использованию, то это алмазные шлифовальные инструменты, алмазные режущие инструменты (например, спиральные сверла с алмазным покрытием), алмазные буровые инструменты, алмазные пилы (например, алмазные пилы ), алмазные штампы для волочения 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 абразивов (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 буровые коронки, алмазные буровые коронки и алмазные тонкостенные буровые коронки. 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 циркулярной пилы из PCD, профилирующая фреза, спиральные сверла и другие алмазные инструменты.
Обработка автозапчастей : режущие инструменты PCD и PCBN используются для удовлетворения требований к высокой эффективности и малым отклонениям в обработке в этой области.
Обработка IT и бытовой техники : для резки кремниевых пластинок используются высокоточные супертонкие алмазные отрезные круги. Алмазные шлифовальные круги на полимерной связке используются для обработки керамики в оптоволоконной промышленности.
Обработка инженерной керамики : Техническая керамика широко используется во многих отраслях промышленности. Они обладают свойствами высокой ударной вязкости, высокой твердости, жаропрочности. Для их обработки разработаны высокопрочные и долговечные алмазные шлифовальные круги.
Обработка твердосплавных инструментов и других механических инструментов : 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

Алмазные правки 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:

Можно использовать весь алмаз; в одноточечном инструменте, когда острие затуплено, ромб необходимо переустановить, а после нескольких переустановок ромб будет заменен.
Многоточечные инструменты имеют более высокую точность, особенно при формовании , где используются лезвия. Лезвия состоят из продолговатых ромбов. Толщина регулируется, и доступны лезвия толщиной от 0,75 до 1,40 миллиметра (от 0,030 до 0,055 дюйма).
Инструменты с абразивным песком относятся к категории жестких, и их можно использовать для настольных шлифовальных машин.
Поскольку используются маленькие острия, алмазы имеют режущую кромку с естественными остриями, в отличие от одноточечных инструментов, у которых острие заточено.
Стоимость многоточечных инструментов ниже, поскольку используются более мелкие и менее дорогие алмазы.

Режущие инструменты PCD

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 «жилки» алмаза внутри карбидной пластины или стержня.

Большинство пластин полируют до зеркального блеска, затем разрежутся с электроэррозией (EDM) инструмент на более мелкие, работоспособные сегменты, которые затем паяных на пилы, расширитель, дрель, или другой инструмент. 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, эта комбинация обеспечивает более высокую скорость съема материала и, следовательно, более экономична. Кроме того, процесс электроэрозионной обработки незначительно влияет на качество поверхности. Для получения более тонкой конечной поверхности используется шлифовка пораженного участка. Пекинский институт электромеханической обработки 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 высокоскоростной обработки (9000 футов поверхности в минуту или выше) твердых и абразивных алюминиевых сплавов, а также для процессов с высоким истиранием, таких как сверление углеродного волокна и керамики. 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 годов General Electric первой применила технологию компактов из поликристаллических алмазов (PDC) в качестве замены природных алмазов в буровых долотах . 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, при этом заявленная экономия составляет около 100 000 долларов США на долото PDC по сравнению с долотами с роликовым сердечником.

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 (включая пилки для ногтей) и для небольших шлифовальных работ.

Алмазные токарные инструменты с одноточечной резкой

При одноточечной алмазной токарной обработке (SPDT) в качестве режущей кромки используется твердый безупречный алмаз. Монокристаллический алмаз может быть натуральным или синтетическим, и его затачивают до желаемых размеров путем механической шлифовки и полировки . 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 находившийся в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса , имел точность профиля, оцениваемую в 28 нм, в то время как большинство станков ищут шероховатость в пределах этого отклонения.

SPDT используется для оптики, для плоских поверхностей, где требуется как чистовая обработка 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, плиткорез и других пил.

Вогнутое лезвие: Для вырезания изгибов столешниц 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 алмазным наконечником для сверления отверстий в бетонных стенах в строительстве, керамогранитных плитках или гранитных столешницах в бытовой промышленности, а также используется для извлечения образцов керна в горнодобывающей промышленности.

Вставка инструмента PCD

Используется в станках для обработки керамики и алюминия с высокой скоростью вращения.

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 из особенностей Даймонд резки проволоки являются:
Non-ударное, fumeless и тихо
Гладкая режущая поверхность
Неограниченная глубина резания по
горизонтали, вертикали и под углом резки круглых отверстий до 2500мм диаметром
Плунге резки объекта , который позволяет слепым и фальцем отверстия должны быть сформированы с
дистанционным управлением операция для повышения безопасности

Алмазная пильная цепь

Для резки камня, бетона и кирпича специальной бензопилой .

Languages

In other projects