Инструмент из поликристаллического алмаза: особенности и области применения, преимущества

Инструмент из поликристаллического алмаза: особенности и области применения, преимущества

Привычно считать алмазы основой для создания декоративных украшений, однако не так давно благодаря его прочности и износостойкости, алмаз начали использовать в промышленных отраслях нашей жизни: изготовлении инструмента, ядерной промышленности и даже в изготовлении компьютеров.

Алмазы делятся на два типа по происхождению:

1. Природного происхождения: алмазы естественного происхождения имеют внушительный возраст (порядка 2 млрд. лет) и являются следствием долгого воздействия на углеродосодержащую субстанцию давления и температуры.
2. Синтетического происхождения: данный тип алмазов синтезируется значительно быстрее в промышленных прессах при высоких температуре и давлении искусственным образом.

Поликристаллический алмаз (синтетический алмаз) представляет собой композитный материал с рекордной твердостью при нормальных условиях. Это делает его незаменимым при обработке цветных металлов и сплавов (титановых и алюминиевых), композитов и пластиков, стекла и керамики, и многих труднообрабатываемых материалов. Кроме того, пластины из ПКА обладают отличительной особенностью: данный материал не подойдет для обработки материалов на основе железа, так как ПКА в основе содержит углерод, который при воздействии на железо может дать следующую химическую реакцию:

3Fe + C → Fe₃C (t°)

То есть произойдет сваривание инструмента и материала, что приведет к образованию карбида железа или, цементита.

Технологии производства поликристаллического алмаза не стоят на месте. Для изготовления инструмента из алмаза этого использовался алмазный порошок размером 50 мкм, а сейчас размер зерна варьируется от 0,5 до 2 мкм, что влияет на точность обработки готовым инструментом.

Пластины из ПКА компании Microbor производятся в 2 вариантах:

1. Напайные пластины – с небольшими напайными частями на режущих кромках пластин (см. рисунок ниже)

1. Двухслойные пластины (фулфейс) – верхняя часть пластины определенной толщины выполнена из ПКА. Данные пластины в основном применяются для фрезерования или тяжелого точения. 

В ассортименте компании Microbor несколько сортов поликристаллического алмаза:

1. DMB3002 – Содержание алмаза: 91%, толщина алмазного слоя: 0,5-0,8 мм, размер зерна: 2 мкм. Сорт для обработки алюминия (4-7% Si), меди, цветных металлов.
2. DMB3005 – Содержание алмаза: 94%, толщина алмазного слоя: 0,5-0,8мм, размер зерна: 5 мкм. Сорт для обработки алюминия (8-14% Si), меди, цветных металлов.
3. DMB2013 – Содержание алмаза: 85%, толщина алмазного слоя: 0,5-0,8 мм, размер зерна 10 мкм. Сорт для обработки алюминия (15-18% Si), стекла, керамики, графита, цветных металлов.
4. DMB1015 – Содержание алмаза: 87%, толщина алмазного слоя: 0,5-0,8 мм, размер зерна: 25мкм. Сорт для обработки твердого сплава, карбидов с высокой твердостью 58-70 HRC.
5. DMB1018 – Содержание алмаза: 90%, толщина алмазного слоя: 0,5-0,8мм, размер зерна: 0,2-25мкм. Для получистовой и финишной обработки алюминия, цветного металла и стекла.

Преимущества обработки инструментом из поликристаллического алмаза:

1. Возможность получения высоких показателей качества поверхности сопоставимых с шлифованием за счет высокой стабильности режущей кромки инструмента.
2. Увеличение производительности в несколько раз: предельные скорости резания достигают 4000 м/мин
3. Трудоемкость и время обработки в несколько раз меньше, чем при шлифовании: возможность выполнять операции тонкого точения.
4. Более дешевый процесс утилизации стружки по сравнению с отходами после шлифования.

Применение пластин из поликристаллического алмаза

Обработка титановых сплавов

Обработка титановых сплавов специфична. Предполагается, что титан схож по обработке с нержавеющей аустенитной сталью, но это применимо только к определенным группам титановых сплавов, обладающих высокой и средней вязкостью. В остальных случаях, а именно, группы титановых сплавов с высокой прочностью, данное правило не применимо. Особенности обработки, которые следует знать:

1. Выделение большого количества тепла, что увеличивает адгезионный износ режущей кромки.
2. Плохая теплопроводность, вследствие чего плохая теплопередача и теплоотдача. Режущая кромка находится под высоким тепловым воздействием.
3. Низкий модуль упругости сплавов влечет за собой вибрации и ухудшение качества поверхности и точности размеров.

Рекомендуемые режимы резания представлены в таблице ниже:

Например, при наружной обработке по корке цилиндрической заготовки титана ВТ6С пластинами Microbor сорта DMB3002 были установлены следующие режимы:

Обработка карбидов с высокой твердостью

Карбиды – это материалы, в состав которых входит углерод и другой химический элемент, например, вольфрам, молибден или кремний. Карбиды отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Характерными особенностями обработки карбидов является:

1. Высокая температура во время обработки. Необходимо осуществлять хорошее охлаждение, обязательно воздушное, так как попадание капель эмульсии на режущую кромку может вызвать резкое изменение температуры, что резко сокращает срок службы инструмента.
2. Правильно подобранная скорость резания. Данный критерий особенно важен и также связан с температурой. При неправильно подобранных скоростях температура площади контакта заготовки и инструмента будет превышать допустимую норму, что повлечет разрушение режущей кромки и приведет в негодность заготовку.
3. Качественное отведение стружки. Быстро отведенная стружка из зоны резания предотвращает ее налипание на режущую кромку и тем самым увеличивает срок службы инструмента.

Пример наружной обработки заготовки из карбида вольфрама твердостью 91 HSD пластинами Microbor сорта DMB1015 были установлены следующие режимы:

Обработка алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы – сплавы, в состав которых входит алюминий и другие металлы для улучшения физико-химических свойств. С одной стороны, обработка алюминия проста из-за меньших нагрузок при обработке и высокой теплопроводности. Это ведет к более высоким режимам резания и хорошему отводу температуры из зоны резания, что не вызывает перегрева инструмента. Несмотря на плюсы, есть минусы, на которые необходимо обратить внимание:

1. Высокая вязкость. Из этого свойства металла образуется длинная стружка, навивается на инструмент, царапает поверхность детали, правильно подобранные режимы помогут избежать этого.
2. Налипание. Это своеобразная точечная наплавка материала на инструмент, который приводит его в негодность. Чтобы избежать налипания, необходимо корректно подбирать режимы резания и используемый инструмент.

Примером фрезерной обработки алюминиевого сплава будут пластины из сорта DMB3005 со следующими режимами:

Таким образом, инструмент из ПКА является прогрессивным и эффективным, имеющим свои преимущества. Среди них - высокая скорость обработки, обработка сложных деталей одним резцом, высокая точность и шероховатость готовых изделий. Отрицательными чертами инструмента из ПКА можно считать узкий спектр обрабатываемых материалов и высокие требования к оборудованию для реализации потенциала инструмента.