Алмазный инструмент

При автоматической обработке деталей для получения большой точности геометрических размеров и высокого класса чистоты поверхностей необходимо иметь такой режущий инструмент, который обладал бы высокой размерной стойкостью. Этим требованиям удовлетворяет алмазный режущий инструмент.

Алмазные инструменты из кристаллов алмаза используются в металлообрабатывающей промышленности для тонкого точения и растачивания, фрезерования, гравирования, волочения и резки стекла; в оптико-механической промышленности - для деления шкал, сеток, лимбов, дифракционных решеток и т.д.

Алмазные инструменты в машиностроительной промышленности можно разделить на две основные группы:

1) инструменты из порошков алмаза;

2) инструменты из кристаллов технических алмазов.

К первой группе инструментов относятся круги шлифовальные на металлической и органической связках, круги отрезные, хонинговальные бруски, надфили, пасты и порошки алмазные.

Ко второй группе относятся резцы, волоки, карандаши, иглы и ролики для правки абразивных кругов, а также стеклорезы.

Инструменты второй группы изготовляются из кристаллов алмаза путем шлифования и доводки (огранки).

Для отдельных типов правящего инструмента и стеклорезов используются неграненые алмазы.

Сырьем для инструментов из кристаллов алмаза служат технические алмазы.

            Алмазные круги состоят из корпуса и рабочего алмазоносного слоя. Корпуса изготовляются из стали, алюминиевых сплавов или полимеров. Алмазоносный слой состоит из алмазного порошка, связки и наполнителя.

Выпускаются три вида кругов - на металлических, на органических и на керамических связках.

Алмазные круги на металлических связках отличаются повышенной прочностью и теплостойкостью, значительным сроком службы, хорошо сохраняют свою геометрическую форму, но быстро засаливаются и требуют частой правки. Алмазные круги на органических связках предназначены для окончательной (чистовой) обработки (доводки), когда необходимо достигнуть 10—12-го классов шероховатости. Эти круги отличаются большей производительностью и почти не засаливаются, но по сравнению с кругами на металлической связке расход алмаза на единицу веса снятого материала в 3 раза больше.

При работе алмазными кругами на металлической связке применение охлаждения обязательно. Кругами на органической связке можно работать и без охлаждения, но при этом увеличивается износ круга.

Одной из важнейших характеристик алмазного круга, определяющей при прочих равных условиях экономичность и эффективность его работы, является степень концентрации алмазов, т. е. количество (в миллиграммах) алмазного зерна в 1 мм3 алмазоносного слоя.

Алмазные круги выпускаются с разной концентрации алмазного зерна. Круги с большой концентрацией алмазов характеризуются большей производительностью. Поэтому высокая концентрация алмазов целесообразна при жестких режимах, при шлифовании периферией круга и при необходимости избегать деформации круга. Например, для профильного шлифования и при внутреннем шлифовании оптимальной концентрацией является 100-процентная.

Для большинства работ применяются круги 50-процентной концентрации. Круги пониженной концентрации (25%) используются на операциях доводки вручную.

Алмазные круги изготовляются не только на различных связках и с различной степенью концентрации алмазов, но и различными по форме и зернистости.

Для рационального использования алмаза формы и размеры кругов выбираются применительно к конкретным операциям.

Ширина алмазоносного слоя кольца определяется характером работы круга (на проход или врезанием). При работе на проход следует применять круги с широкими рабочими поверхностями, а при работе методом врезания—круги с рабочей частью, не превышающей высоты обрабатываемой поверхности.

Зернистость алмазных инструментов выбирают в зависимости от требуемого качества обрабатываемой поверхности.

Алмазные бруски изготовляются преимущественно из порошков синтетических алмазов на органической и металлической связках. Алмазные бруски применяются при ручных доводочных работах в процессе изготовления твердосплавных штампов, пресс-форм, режущего и измерительного инструмента. Приемы работы алмазными брусками те же, что и абразивными.

Алмазные головки представляют собой алмазные круги, напрессованные на цилиндрические хвостовики. Головки изготовляются на органической и металлической связках той же зернистостью, что и круги, и работают от пневматических турбинок со скоростью вращения до 10000 об/мин.

Головки находят широкое применение при обработке фасонных отверстий в деталях из твердых сплавов.

Алмазные хонинговальные бруски являются одним из наиболее перспективных инструментов; они в 100— 120 раз более стойки, чем абразивные бруски. Кроме того, высокая стойкость алмазных хонинго-вальных брусков позволила резко сократить количество подналадок станков и автоматизировать процесс хонин- гования, который происходит при низких температурах резания, благодаря этому появилась возможность обрабатывать тонкостенные детали с большими перепадами сечения стенки.

Вес алмазные резцов  находится в пределах 0,3—1,5 карата. Крупные кристаллы весом более 1 карата применяются для отрезных резцов, более мелкие—для проходных.

Предназначенные для резцов алмазы должны иметь плотную структуру, на их рабочей части не допускаются наружные и внутренние трещины, раковины и включения, видимые при десятикратном увеличение. Также не должно быть внутренних напряжений в кристалле алмаза, определяемых по наличию зон двойного луча преломления в поляризационном микроскопе. В зависимости от конфигурации и размеров алмазов они подвергаются разрезке, шлифованию и креплению к державке резца.

Разрезка крупных кристаллов на две и более части дает возможность из одного алмаза получить несколько резцов. Разрезка также позволяет отрезать дефектные участки алмаза. Перед разрезкой алмаз должен быть ориентирован в «мягком» направлении рентгеноскопическим методом.

Алмаз, обладая высокой температуро-проводностью и низким коэффициентом трения, позволяет вести обработку с высокой скоростью резания. В настоящее время скорости резания при работе алмазными резцами достигают 700 м/мин и больше, при этом стойкость между переточками в зависимости от обрабатываемого материала и режимов резания находится в пределах от 25 до 200 час.

Алмазный инструмент для правки шлифовальных кругов относится к числу важнейших областей применения алмазов в машиностроении. Качество обработки шлифуемых деталей, стойкость круга и производительность шлифования в значительной степени определяются точностью формы шлифовального круга и микрорельефом его поверхностного слоя, которые зависят от конструкции правящего инструмента, его износостойкости, режимов и приемов правки. Алмазная правка шлифовальных кругов обладает существенными преимуществами по сравнению с другими способами. Благодаря весьма малой поверхности контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются минимальные усилия, которые в сочетании с высокой износостойкостью алмаза создают условия для получения высокой точности геометрической фирмы круга, а отсюда и высокой точности и чистоты поверхности у шлифуемых деталей. Правка алмазным инструментом обеспечивает повышение стойкости круга в 1,5- 1,6 раза по сравнению с правкой без алмазными правящими инструментами.

Алмазно-металлические карандаши

Наибольшее применение в промышленности получили алмазно - металлические карандаши, в которых алмазные зерна сцементированы специальным сплавом методом порошковой металлургии. Этот сплав имеет почти такой же коэффициент теплового расширения, как и алмаз, и поэтому при изменениях температуры алмазно-металлического карандаша алмазы не испытывают давления. В зависимости от расположения алмазов на российском производстве карандаши выпускаются трех типов: С—с алмазами, расположенными слоями; Н—с алмазами без точного их расположения (неориентированные); Ц—с алмазами, расположенными цепочкой вдоль оси карандаша.

Карандаши типа С выпускаются двух марок: многозернистые с повышенной износостойкостью и количеством алмазных зерен в слое до 12—14 и однослойные из технических алмазов с 5—7 зернами для автоматической правки. Эти карандаши применяются для правки абразивных кругов при чистовом шлифовании.

Карандаши типа Н изготовляются из алмазов различного качества, в том числе из дробленых, и применяются для правки только мелкозернистых шлифовальных кругов на операциях круглого и бесцентрового шлифования, а также для правки однониточных резьбо- шлифовальных, тарельчатых и дисковых кругов при зубошлифовании.

Карандаши типа Ц изготовляются из высококачественных кристаллов алмазов весом от 0,03 до 0,50 карата и имеют наибольшее применение при правке кругов для внутреннего и наружного, круглого и бесцентрового шлифования фасонных поверхностей.

Алмазные правки с цельным алмазом в оправах.

Алмазы с естественными гранями, закрепленные в оправах, имеют преимущество перед алмазными карандашами в том, что изготовляются они из более качественных алмазов, и, следовательно, их износостойкость значительно выше. Алмазные зерна закрепляются в оправах путем зачеканки или пайки.

Ограненные алмазные инструменты

Применяются для правки кругов сложного профиля. Изготовляются они в виде резцов с различным профилем алмаза. Стоимость ограненных резцов значительно выше стоимости алмазов в оправах, так как кристалл алмаза ограненных резцов необходимо шлифовать. Однако высокая производительность правки кругов, повышение точности и качества выпускаемых деталей, достигаемые при применении алмазных резцов, полностью оправдывают расходы на правящий инструмент.

Разнообразие алмазного инструмента по величине, геометрической форме, точности изготовления и чистоте поверхностей и т.д. требует в каждом отдельном случае специальных станков для обработки алмазных кристаллов и приборов для их контроля.