Како користити алате за резање дијаманта за обраду тврдог материјала

Разумевање алата за резање дијаманта и њихових принципа рада

Алат за резање дијаманта користи најтежу супстанцу доступну за прецизан рад када се бави тежим материјалима као што су керамика, композитни материјали и различити нежељени метали. Дизајн укључује синтетичке дијаманте организоване у поликристалне формације које помажу у смањењу ризика од крчања, а истовремено пружају изузетну отпорност на зношење. Оно што чини ове алате ефикасним јесте њихова зависност од невероватне тврдоће дијаманта од око 10.000 HV на Викирсовој скали. То им омогућава да сече материјале на микроскопском нивоу без стварања велике топлоте, што постаје веома важно када се ради са деликатним или топлотно осетљивим материјалима који се лако могу пукати или деформисати под високим температурама.

Шта су алати за резање дијаманта и како раде?

У данашње време се алати за резање направљени од дијаманта налазе у два главна облика: потпуно синтриране дијамантне матрице или оне у којима су дијаманти везани за супстрате. Када се ради на материјалима, дијамантске ивице заправо разбијају везе у радном делу механичким шрипањем уместо да их топе. То ствара невероватно глатке површине, понекад до Ra 0.02 микрометра у квалитету завршетка. У поређењу са обичним карбидним алатима, дијамантски алати остају оштри око 10 до 15 пута дуже када се баве абразивним материјалима. Зашто? -Не знам. Зато што дијамант има невероватну тврдоћу од око 90 ГПа и може да спроводи топлоту на око 2.000 Вт по метри Келвина. То значи да се веома ефикасно ослобођује топлоте током рада, што помаже да се одржавају перформансе и живот алата.

Типови алата за резање дијаманта: ПЦД, ЦВД и варијанте са дијамантом

Три примарна типа алата за дијаманте доминирају индустријским прилозима:

1. Поликристални дијамант (ПЦД) Синтриране честице дијаманта везане са волфраним карбидом, идеалне за прекинуте резе у композитним материјалима
2. ЦВД дијамантски алати Једнокристални слојеви дијаманта одведени хемијском депозицијом паре, који се користе у ултрапрецизној оптичкој обради
3. Инструменти са дијамантом Дијамантне филмове дебелине микрона наноси се на карбидне супстрате путем ХФЦВД (ЦВД за топле филаменте), пружајући трошковно ефикасно решење за фрезирање керамике

ПЦД алати издржавају снаге сечења до 700 Н у композитним материјалима од металног матрице, док варијанте ЦВД постижу прецизност од ± 0,5 мкм у ваздухопловним компонентама.

Механизми за уклањање материјала у обради дијаманта

У обради тврдог материјала, алати од дијаманта уклањају материјал кроз:

• Слизници за резање (за керамику испод критичне дубине од 0,2 μm)
• Пропаганда микрофрактура у крхким материјалима као што је силицијум карбид
• Термохемијска зноја редукција преко високе топлотне проводности дијаманта

Ова двострука механичка и топлотна акција смањује оштећење подземне површине за 60~80% у поређењу са конвенционалним мелењем, као што је показано у испитивањима мелења цирконија (Юан и др., 2023).

Машиновање керамике, композита и металних матричних композита алатима са дијамантом

Алат који се покрива дијамантом постао је неопходан за рад са чврстим материјалима као што су силицијум карбид и алуминова керамика, јер стандардни инструменти за сечење једноставно не могу да се носе са њиховим невероватним нивоима тврдоће од 8 до 9,5 по Моховој скали. Ови специјализовани алати успевају да одржавају невероватно чврсте толеранције од око плюс или минус 0,005 милиметара када се режу композитни материјали од угљенских влакана који се користе у аутомобилским кочницама, што смањује проблеме са раздвајањем материјала за отприлике две трећине Када је реч о композитним материјалима од металног матрице као што је алуминијум помешан са силицијумским карбидом, резање дијамантом одржава димензионално стабилне делове чак и када се машине веома загреју, понекад преко 400 степени Целзијуса. Извештаји из индустрије показују да произвођачи који прелазе на рудане прекривене филе обично виде да се трошкови за замену алата смањују за око једну трећину када производе велике количине композитних компоненти.

Ултра прецизна обрада дијамантским алатима у ваздухопловној и медицинској индустрији

Аерокосмичка индустрија се ослања на једнокристалне дијамантне алате када ради са Инцонел турбинским лопатима, постижући завршне површине испод Ра 0,2 микрона што помаже у смањењу отпора ваздуха током лета. За медицинске уређаје, произвођачи се окрећу поликристалном дијаманту или ПЦД алатима за обликовање титаних спиналних имплантата. Ови алати пружају око 3 микрона прецизности позиционирања, удобно испуњавајући захтев ФДА од 5 микрона за површине које долазе у контакт са телом. Према недавном извештају из 2024. године, компаније које су прешле на дијамантске алате виделе су да су њихови процеси обраде постали око 28% ефикаснији у производњи оптичких сочива. Ово побољшање им омогућава да достигну невероватно фине нивое равности потребне за прецизне ласерске апликације.

Побољшање површинске завршке у обради тврдог материјала помоћу ПЦД алата

Поликристални дијамантни алати (ПЦД) смањују грубоћу површине за око 40 посто током фрезирања вольфрамоним карбидом у поређењу са конвенционалним опцијама са ЦВД премазом. Ови алати могу постићи вредности Ра испод 0,08 микрометра што је веома важно за калупе и штампе којима су потребне огледалне површине. Када је реч о вишеслојном ПЦД-у који садржи дијамантске честице између 8 и 12 микрона, они трају знатно дуже. Тестирање показује да ове алате одржавају доследну перформансу са мање од 2% варијације текстуре површине током око 1.200 циклуса сечења када раде са пластиком појачаном стакленим влакном. Проширен живот алата чини их посебно вредним за произвођаче који се баве композитним материјалима где је конзистенција најважнија.

Процена оспособљености и отпорности на зношење алата за резање са дијамантом

Методе за процену перформанси сечења: кожни зној, тестови тријања и проби фрезирања

Приликом процене алата за резање дијаманта, професионалци из индустрије обично гледају три главна фактора: зношење на страни, коефицијенти тријања и како се они одвијају током стварних операција фрезирања. На пример, када радимо са композитним материјалима од карбида силицијума, ПЦД алати имају тенденцију да показују зношење страни око 0,02 мм након око два сата континуиране обраде, што је отприлике 63% боље од онога што видимо са стандардним алатима од карбида према истраживању Понемона из прош Тестирање цирконијске керамике такође открива нешто занимљиво. Дијамантски премазани завршни мелни одржавају коефицијенти тријања испод 0,15 током сувог мелења, што значи да генеришу много мање топлоте од својих непокривљених колега. То чини велику разлику у дуготрајности алата и квалитету радног комада.

Повођење на ношење и деламинирање премаза у алатима премазаним дијамантом

Деламинирање је примарни начин неуспеха за дијамантне премазе, посебно када се обрађују железне легуре. Металлургијске студије показују да оптимизовани процеси хемијског отпадања паре (ЦВД) смањују ризике од деламинације за 38% кроз побољшану претратацију субстрата. Анализа ширења микро-крка открива да вишеслојни дијамантски премази издржавају 27% веће стресе за сечење од еквивалента монослоја пре неуспеха интерфејса.

Тврдоћа на кршење дијамантских премаза под условима обраде под великим напорима

У условима обраде високом брзином (≥ 800 м/мин), дијамантски премази одржавају вредности чврстоће на кршење које прелазе 8 МПа√м, чувајући интегритет ивице током обраде крхких материјала. Трпско стабилност тестирања показује да ови премази задржавају 91% своје тврдоће на собној температури на 600 °C, у поређењу са 62% за алате од волфрамовог карбида.

Учинки алата у условима обраде: утицај топлоте и вибрација

Високофреквентно праћење вибрација током обраде полимера појачаних стакленим влакном показује да бушилице премазене дијамантом смањују амплитуде вибрација за 44% у поређењу са инструментима без премаза. Унутрашња својства за умирање дијамантских премаза смањују грубоћу површине радног комада (Ra) од 1,2 мкм до 0,4 мкм у операцијама фрезирања алуминијума ваздухопловне класе.

Дијамантски премазан против необразаног алата: упоређивање трајања алата и отпорности на зношење

У тестовима континуиране обраде на композитним материјалима од угљенских влакана, бриљантни обрадници са дијамантом трају 3,8 пута дуже од инструмената од карбида без покривања. Измерени радијус ивице открива 82% мање деформације у дијамантом премазаним уставцима након 8 сати обраде титаном, обезбеђујући прецизност сечења у пределу толеранција од ± 2 мкм.

Оптимизација оседавања дијамантног премаза помоћу технологије ХФЦВД

Како ХФЦВД побољшава прилепљивост и једнообразност дијамантног премаза

Химијска отпарујућа депозиција топлим филаментом, или скраћено ХФЦВД, производиоцима даје много бољу контролу када се узгајају дијамантски премази јер им омогућава да прецизно подесу и гасове које се користе и температуру материјала субстрата. Тестирања на обрађивању цирконија показала су да су премази који се на овај начин лепе на површине око 34 посто јачи од оних које добијамо од уобичајених метода ЦВД, према истраживању објављеном прошле године у часопису Materials Today. Оно што чини ХФЦВД изузетним је то што равномерно распоређује премаз на алате сложених облика, задржавајући варијације испод плюс или минус два микрометра широм целог ковала, а истовремено задржавајући оштре ивице. Инжењери могу да прилагоде мешавину метана и водоника тако да густина премаза пређе 98 посто, што заиста смањује мале пукотине које се формирају под интензивним условима фрезирања где се алати стално подстичу.

Учинци вишеслојних, билајерских и монослојних дијамантских премаза у фрезиру цирконијске керамике

Недавније студије откривају различите разлике у перформанси између архитектура дијамантског премаза при обради цирконија 3И-ТЗП:

Многослојне облоге нуде 40% дужи живот алата од монослојних верзија због супериорне дистрибуције стреса. Нананокристални и микрокристални слојеви који се наизменично мењају поефикасније апсорбују енергију вибрација, одржавајући површинске завршности од ≤ 0,35 μm Ra током 85% оперативног трајања алата, као што је потврђено у испитивањима брзе фрезе.