Алмазный инструмент

Карбонильное железо используется как основа легированных порошков, применяемых в качестве металлических связок, прочно удерживающих алмазы при производстве алмазного инструмента для резки камня и бетона.

Связки на основе порошков карбонильного железа компании Синтез-ПКЖ имеют ряд преимуществ:

• обладая оптимальным размером частиц и высокой однородностью обеспечивают превосходную уплотняемость, что приводит к более высокой плотности, прочности и твердости;

• высокая удельная поверхность позволяет снизить температуру спекания, и тем самым свести к минимуму риск повреждения алмазов в процессе производства и снизить энергозатраты;

• порошки карбонильного железа идеально подходят для производства инструмента как методом холодного и горячего прессования, так и методом свободного спекания;

• по сравнению с использованием связок на основе кобальта, связки на основе железа более экономически выгодны, и более экологичны;

• для улучшения характеристик связок на основе карбонильного железа, их можно легко комбинировать со всеми другими металлическими порошками, такими как Co, Ni, Cu и др.

В качестве порошков для металлических связок применяются невосстановленные и восстановленные порошки карбонильного железа.

Восстановленные порошки с низким содержанием углерода обеспечивают оптимальную прессуемость и уплотняемость.

Невосстановленные порошки с повышенным содержанием углерода снижают пластичность металлической связки и повышают ее твердость

Ультратонкие порошки с низким содержанием углерода оптимальны для использования в подложках сегментов для лазерной сварки.

Высокое качество карбонильного железа и стабильность характеристик признано ведущими производителями и позволяют создавать инструмент премиального качества.

Каталог «Восстановленные и невосстановленные порошки карбонильного железа»

Для получения особых свойств в металлическую связку добавляют фосфид железа и фосфид никеля.

Каталог «Фосфид железа и фосфид никеля»

Компания обладает большим опытом и в сотрудничестве с производителями алмазного инструмента разработали линейку готовых металлических связок под торговой маркой Sintall на основе порошков карбонильного железа с легирующими элементами.

Каталог «Материалы для алмазного инструмента»

Алмазный инструмент

Алмазные инструменты как правило состоят из стального корпуса и закрепленной на нем алмазосодержащей режущей кромки.

Они эффективны при работе с твердыми и хрупкими материалами, способны обеспечить точность и хорошую скорость обработки.

Области применения алмазных инструментов – дорожные ремонтно-строительные работы, ремонт и строительство гражданских и промышленных объектов, домашние мастерские, автомобиле-, судо-, приборостроение и другие промышленные отрасли.

Для выполнения работ различного характера производители предлагают следующие виды алмазного инструмента:

• Отрезные диски. Инструмент в форме диска с рабочей периферийной поверхностью. Имеют широкие сферы применения – выполнение ремонтно-строительных дорожных работ, демонтаж крупных строительных конструкций, раскрой отделочных материалов. в дорожных работах, при обработке минералов и их добыче. С помощью такого инструмента выполняется обработка искусственного и натурального камня, железобетона и асбеста. Инструмент обеспечивает качественные резы и обладает высокой производительностью.
• Коронки. Инструмент трубчатой формы с рабочей торцевой частью. Они применяются для сверления монолитного железобетона с высокой степенью армирования, а также бетона, пенобетона, керамзитобетона, природного и искусственного камня, асфальта и кирпича (в том числе щелевого, шамотного и силикатного). Алмазные коронки используются для бурения цилиндрических отверстий в строительных конструкциях при строительстве зданий и сооружений, дорожном и мостовом строительстве, при демонтаже и реконструкции зданий.
• Алмазные сегменты. Алмазные сегменты представляют собой важнейший элемент дисков, коронок и фрез. Характеристики алмазных сегментов определяются сферой применения оснастки.
• Алмазные канаты. Стальной трос с защитным покрытием и запрессованными на алмазными сегментами для резки камня и бетонных блоков. Особенностью таких инструментов является их конструкция. На сплетенных металлических тросах располагаются металлические кольца. Алмазные канаты применяются на мобильных и стационарных машинах, с помощью которых перекрытия и балки
• Шлифовальные диски. Предназначены для шлифования и полирования плоских и криволинейных поверхностей, снятия лакокрасочного слоя, заточки фрез, ножей.
• Гибкие диски («черепашки», «флексы»). Такие расходные материалы имеют тонкий алмазосодержащий слой, закрепленный полимерным связующим. Они эффективны для шлифования и полирования поверхностей сложной конфигурации, заточки пил и сверл. Применять их для обработки крупногабаритных изделий нецелесообразно.
• Сверла. Применяются для сверления и рассверливания отверстий в твердых и хрупких материалах на глубине до 300 мм. Применение специальных удлинителей позволяет увеличить глубину сверления до 500 мм. На сверла большого диаметра алмазосодержащий слой наносится гальваническим способом.
• Алмазные карандаши. Такой инструмент используется для правки кругов прямого профиля. Расположение алмазных включений на оснастке может быть послойным и центральным.
• Алмазные иглы. Такой инструмент отличается особой формой и предназначен для гравировальных работ по твердым поверхностям при ручной обработке натурального и искусственного камня.
• Алмазные надфили. Такая оснастка используется для различных работ по камню, быстрорежущим сталям и другим сплавам. Алмазные напильники и надфили особенно востребованы на производствах, осуществляющих обработку хрусталя, стекла и керамики. Оснастка позволяет производить работы быстро, но максимально аккуратно. На материалах не остается сколов и трещин.

Металлические связки для алмазного инструмента

Материал или совокупность материалов, применяемых для закрепления алмазных зерен в алмазном инструменте, называют связкой. В зависимости от химического состава и физических свойств входящих в связку материалов различают органические, минеральные (керамические) и металлические связки.

Режущим элементом служат алмазы, а связующее вещество удерживает их в инструменте. Постепенно алмазы затупляются и вылетают из связующего, которое стачивается и обнажает следующий слой новых алмазов, готовых к работе.

Металлические связки представляют собой металлические порошки из специально подобранные составы металлов, включая карбонильное железо, никель, кобальт, медь, фосфида железа и другие, которые обеспечивают требуемые свойства алмазному инструменту.– плотность, твердость, температуростойкость, абразивность.

Металлические связки обладают рядом преимуществ перед другими видами связок:

• значительная твёрдость связки.
• высокая производительность съёма.
• уменьшение времени обработки.
• высокие теплопроводность и термостойкость.

Актуальной является задача создания связок, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, которые могут использоваться при более низких температурах производства алмазного инструмента (не выше 900°С) и обеспечивают использование недефицитных исходных материалов. При этом физико-механические свойства связки должны соответствовать прочностным свойствам алмазов, твердости и абразивности разрушаемой породы. Матрица должна обладать хорошим алмазоудержанием при высокой износостойкости. Износостойкость матрицы характеризуется величиной потери массы при абразивном износе испытываемого образца за единицу времени. На практике износостойкость матрицы ориентировочно оценивают по ее твердости. Надежное зерноудержание высокопрочных алмазов в металлической матрице является гарантией значительного повышения эксплуатационных характеристик и срока службы режущего инструмента.

Алмазный инструмент на металлической связке применяется для обработки природного камня (гранит, мрамор и др.), бетон, железобетон, асфальтобетон.

Важнейшей стадией выбора алмазного инструмента является правильный подбор металлической связки в зависимости от строения обрабатываемого материала. Чем материал абразивнее, тем износоустойчевее должна применяться связка и соответственно наоборот, чем тверже материал, тем мягче обязана быть связка. Подобное соотношение позволяет максимально эффективно применять инструмент, избегая преждевременного износа и выпадения алмазов из связки.

Неверный подбор связки приводит к быстрому затуплению режущих частей инструмента с твердой связкой при обработке твердого материала. В случае же применения мягких связующих для мягкой поверхности коронки или диски будут слишком быстро изнашиваться.

Для металлических связок общепринятым считается использование такие разновидности:

• бронза – мягкая;
• сталь, кобальт – средняя;
• карбид вольфрама – твердая.

В результате (при применении сегментов с металлической связкой) их предназначение по типу обрабатываемого материала распределяется следующим образом:

• такие твердые материалы как кварц, керамика, гранит и другие требуют оперативного вскрытия новых алмазных зерен из-за их быстрого выкрашивания, поэтому, чтобы избежать засаливания инструмента матрица в этом случае делается из бронзового или оловянного порошка;
• среднетвердые (армированный бетон, бетонная стяжки и пр.) материалы обрабатываются резцами, сегменты которых выполняются на основе матриц из никеля, железа, кобальта, которые так же обладают средней твердостью;
• строительные блоки, песчаник, известняк и другие мягкие материалы требуют использования в сегментах матрицы, которая сможет замедлить выкрашивание алмазного зерна, поэтому при ее изготовлении используется карбид вольфрама.

Связки различных сегментов так же разделяются по скорости обработки материала и могут работать со стандартной или увеличенной скоростью. Для обозначения последней используется обозначение «F1». При этом сегменты, работающие с повышенной скоростью, обладают меньшим, чем у стандартных, ресурсом и быстрее истачиваются.

Технология производства алмазного инструмента

Алмазный сегмент – основа любого алмазного инструмента. Они применяются при изготовлении шлифовальных кругов, тарелок дисков, буровых коронок и используются для шлифовки, резки, сверлении, фрезеровки. В коронках малого диаметра устанавливаются кольцевые сегменты. Кроме того, с их помощью восстанавливаются диски и коронки большого диаметра.

В процессе изготовления алмазных сегментов, выделяют 4 основополагающих этапа:

• Приготовление смеси металлических порошков и алмазов. Приготовление такой смеси делается в соответствии с рецептурой сегментов. Равномерное распределение составляющих выполняется в смесителе. В готовый состав помещаются связующие для процесса гранулирования.
• Гранулирование. Непосредственно процесс гранулирования делается для распределения алмазов равномерно и дальнейших высокоточных технологических действий. Смесь, состоящая из металлических порошков, алмазов и связки попадает в бункер гранулятора, в котором совершается дополнительное перемешивание и гранулирование. Затем круглые гранулы сушатся. Цель гранулирования — сделать так, чтобы каждый алмазик был окружен металлом. Это придает смеси сыпучесть и предотвращает разделение на фракции
• Холодное прессование или формование сегментов. Гранулят помещается в автоматизированные холодные пресса, в которых под давлением из смеси образовывается нужная форма сегмента. Такие пресса дают возможность сделать многослойные сегменты, что впоследствии существенно влияет на продуктивность инструмента в целом.
• Горячее прессование или спекание при давлении и температуре. Представляет собой окончательную операцию изготовления сегментов. Сегменты по завершении процесса холодного прессования зажимают в графитовые формы. Далее автоматизированный горячий пресс спекает в защитной среде сегменты по заданной программе. Все процессы выполняются под управлением компьютера. При слишком высокой температуре алмазы могут графитизироваться, при недостаточном давлении сегмент получается пористым и истирается преждевременно.

В момент производственного процесса металлический порошок и алмазная смесь сдавливаются при высокой температуре, в результате создастся сплошная металлическая композиция (именуемая связкой либо матрицей), удерживающая алмазы.

Спекание сегмента производится при температуре несколько ниже точки плавления основного компонента.

Защитная среда при спекании должна быть инертной или восстановительной. Спекание в нейтральной среде имеет смысл применять только в том случае, когда на поверхности изделий ранее не образовывались окислы. В этом случае такой средой может быть азот. Если же спекаемый брикет уже окислен, даже частично, то азот недостаточен и нужно применять восстановительную среду, чтобы устранить пленки окислов с частиц порошка и этим увеличить силы, связывающие их во время спекания.

Наиболее эффективным газом, широко применяемым в порошковой металлургии, считается водород. Однако он является довольно дорогой защитной средой и, кроме того, требует особых мер по предотвращению возможного взрыва. Наиболее экономичной и достаточно подходящей защитной средой при спекании алмазного инструмента является диссоциированный аммиак, состоящий из 75% водорода и 25% азота.

Получить качественное спекание, т. е. получить качественный инструмент, нельзя, если не дать возможности совершиться всем необходимым изменениям шихты по времени, так как диффузия протекает медленно. Наилучшие результаты получены при длительной выдержке (1,5—2 часа), но не следует забывать, что чем больше выдержка, тем больше окисление. В восстановительной или защитной среде следует давать выдержку 1—1,5 часа при 800°С; при спекании в обычной среде выдержка должна составлять 30—40 мин. при температуре 780° С.

Чем выше температура спекания, тем меньше может быть выдержка. Практически выдержка при спекании алмазного инструмента определяется в зависимости от размера и формы изделия, от состава шихты, защитной среды и конструкции печи.

Полученные сегменты подвергаются промежуточному контролю на твердость, изгиб, кручение, вязкость, допуски размеров и прочие параметры. При выявлении нарушений или брака происходит его исправление. Далее осуществляется прокатка, окраска, маркировка.

Готовые сегменты приваривают к корпусу диска или коронки с помощью лазерной сварки.

Плюсы и минусы применения алмазных режущих инструментов

Алмазные диски отличаются следующими достоинствами:

• универсальностью — можно резать, полировать и шлифовать поверхность различных материалов;
• износостойкостью — при правильной эксплуатации диски не стираются годами;
• скоростью работы — алмазный диск способен выдерживать до 13900 об/мин;
• точностью — диски по камню обеспечивают высокую точность реза;
• низким уровнем шума — режущая кромка истирает поверхность материала в пыль, при этом работа осуществляется очень тихо;
• стабильностью — гарантируют одинаковую глубину реза, так как не стачиваются долгое время.

К недостаткам можно отнести невозможность выполнять криволинейные срезы и дороговизну инструмента.