Алмазный инструмент, классификация и сферы применения

Алмазный инструмент – один из видов абразивной оснастки, с помощью которого деталям придают форму или добиваются необходимой чистоты поверхности. Заготовки укрепляют в ручных механизмах или на станках. В единичных случаях — используют физические усилия человека. Если инструмент изношен, его ремонтируют или обновляют.

Алмазный инструмент применяют для разделительных операций (резки, сверления, зенковки) и доводки: шлифовки и полировки. Продукцию используют в военной, горнодобывающей, металлургической отраслях. А также в медицине, строительстве, быту, при изготовлении машин, электроприборов, судов.

Преимущества использования алмазного инструмента

Внедрение абразивной продукции с алмазами улучшает условия труда, повышает качество изделий и снижает себестоимость продукции. В перечне достоинств — оптимальный баланс прочности, хрупкости и цены.

К преимуществам внедрения алмазного инструмента относят:

1. точность соблюдения размеров и шероховатости поверхности;
2. повышение износостойкости оснастки;
3. удешевление производства;
4. существенное ускорение (на 50%) при обработке хрупких и твердых материалов.

Недостатки зависят от состава алмазосодержащего слоя и технологии производства. В перечне недостатков продукции на металлической связке — засаливание, для изделий на основе каучуков — низкая теплостойкость. Если инструмент изготовлен методом пайки, характерный дефект — выпадение алмазов из рабочего слоя.

Классификация алмазного инструмента

Основное назначение изделий — обработка твердых, плотных и хрупких материалов. Примеры: металла, камня, стекла, керамики, бетона.

Если отталкиваться от конструкции, большую часть продукции составляют тела вращения: отрезные круги, диски, чашки. Есть алмазные инструменты вытянутой и нестандартной формы: канаты, головки, карандаши, иглы, надфили, бруски.

В зависимости от конструкции, закрепленная в станке или ручном приспособлении, оснастка совершает вращательное или поступательное движение. По твердости основы различают жесткие и гибкие изделия, встречаются сборные насадки.

Потребительские характеристики алмазного инструмента определяются технологией нанесения рабочего слоя на каркас изделия. К основным методам относят:

1. пайку;
2. холодное прессование связки и алмазов в пресс-форме, с последующим нагревом инструмента в печи с водородом и дальнейшей выдержкой при этой температуре;
3. горячее прессование в пресс-форме;
4. гальванический метод нанесения порошка с абразивами.

Если брать во внимание особенности использования алмазного инструмента, различают продукцию, предназначенную для универсального и специализированного оборудования. К определяющим факторам относят:

• масштаб производства: единичное, серийное;
• технологию изготовления: с охлаждением (с помощью жидкости) и без принудительного понижения температуры в рабочей зоне.

 Кроме изделий со стабильной формой, производители выпускают густые составы и мелкодисперсные сухие смеси. В первой категории востребованы: ГОИ, эльборовая и алмазная паста. Во второй — шлифпорошки и субмикропорошки.

Основные характеристики инструмента

Оснастка состоит из основания, на который нанесен слой порошка. Требование к выбору изделий для обработки поверхности — твердость инструмента должна быть выше по сравнению с заготовкой.

При значительной разнице возможен перегрев и термические дефекты. Малое отличие ведет к поломке инструмента или снижению производительности труда.

Особенности алмазосодержащего слоя

Вес твердого минерала измеряют в каратах. Один карат приравнен к 0,2 г. Зерна — сросшиеся кристаллы алмаза. К главным характеристикам изделий относят величину и плотность частиц. Чтобы удержать алмазы в рабочем слое, применяют связки, основных разновидностей — три.

Органические компоненты выделяют мало тепла, практически не засаливаются. В преимуществах связки — крепкое удержание зерен, в том числе, мелкой фракции, поэтому оснастку применяют для финишных операций. Недостаток — повышенная износостойкость.

Металлические частицы придают рабочему слою прочность, при контакте с деталью порошок нагревается. Оснастка со связкой из бронзы, алюминия, меди и иных металлов, — склонна к засаливанию и требует частой правки.

Особенность использования инструмента с керамическим порошком — для доводки вязких материалов. Абразивные изделия применяют для одновременной обработки стали и твердых сплавов.

Однородность и концентрация зерен

При производстве порошков составы разделяют по фракциям. Для этой цели используют сита со специальными ячейками. Маркировка продукции представляет собой дробь. Числитель — размер сторон отверстий в верхнем сите, знаменатель — параметр нижних ячеек.

При обработке деталей круглой формы место контакта с инструментом минимальное. В этом случае выбирают абразивные изделия, в которых рабочий слой содержит высокую концентрацию твердых включений.

Однородность и массовая доля абразива влияют на производительность труда, режущую способность инструмента и чистоту поверхности детали.

Применение

Чем меньше зерно, тем выше точность (ниже квалитет). Процесс обработки грубых поверхностей состоит из 3-4 этапов. Для операции «обдирка» применяют насадку с крупной фракцией абразива.

Когда переходят к следующей ступени, выбирают алмазный инструмент с меньшей зернистостью. На завершающем этапе — при полировке — используют изделия с мелкозернистым абразивом.

При выборе инструментов круглой формы учитывают параметры:

• соотношение размеров насадки и заготовки: чем меньше круг, тем большее количество оборотов совершает диск, как результат, сильнее разогревается и изнашивается;
• пластичность связки в алмазосодержащем слое: при повышении вязкости процесс доводки замедляется;
• условия в рабочей зоне: увеличение температуры ведет к прожиганию основания, чтобы снизить риск, применяют охлаждение.

Алмазные коронки и свёрла

С помощью корончатых сверл, произведенных методом спекания, строители прокладывают коммуникации в стенах, изготавливают углубления под розетки и выключатели. Кольцевую оснастку с гальваническим напылением алмазного слоя используют:

• для подгонки плитки по форме;
• для выемки больших отверстий (в единичных случаях).

Подковообразные алмазные сверла изготавливают методом прессования. Назначение инструмента — для прокладки отверстий малого диаметров (1,5-8 мм) в изделиях из поделочных камней, керамики, кварца, ферритов. Обязательное условие — охлаждение контактной зоны.

Конструкцию рабочей части зенковок подбирают по форме детали. Чтобы сделать развертку или цилиндрическое углубление, применяют шарообразные, цилиндрические и канонические (для стекла) сверла. Рабочий инструмент группируют по назначению:

• для универсальных механизмов (УШМ);
• для специализированного оборудования (сверлильных машин).

Зенкер обеспечивает соблюдение точности размеров и центровку отверстий. Эти свойства достигнуты за счет упрочненного материала увеличенного количества режущих кромок. Производители выпускают сверла цельными, сборными и сварными, есть изделия со вставками. Оснастку из первой группы называют сверлом-зенкером.

Алмазные отрезные диски

Продукцию используют для работы с асбестом, камнем, железобетоном. Сфера применения алмазных отрезных дисков — при возведении и демонтаже зданий, дорожно-строительных работах, добыче и обработке минералов. Оснастка обеспечивает высокую производительность труда и качественный срез.

Алмазные отрезные диски группируют на инструмент универсального назначения и в зависимости от вида материала: для гранита, бетона. К важным критериям относят:

1. условия эксплуатации: с охлаждением или для работы «насухо»;
2. принадлежность к механизмам: бензорезам, болгаркам, агрегатам для прокладки швов, станкам по обработке плитки или камня.

Алмазные шлифовальные круги

Назначение изделий — доведение конструкции заготовки до чистовых размеров и требуемой шероховатости. Самый распространенный тип — оснастка прямого профиля. Рабочими частями универсального инструмента являются плоские поверхности и торцы.

Алмазные круги предназначены для работ:

1. шлифовки и полировки традиционным и бесцентровым методом:

• конусных и плоских поверхностей;
• внешнего контура и углублений в заготовках круглой формы;

1. заточки режущего, колющего и иного инструмента.

Особенность трехстороннего изделия прямого профиля — выборка части основания у границы с алмазосодержащим слоем. Улучшенная конструкция инструмента позволяет шлифовать пазы.

Чашечный шлифовальный круг используют для операций:

• снятия лакокрасочного слоя перед дальнейшей обработкой;
• заточки ножей, фрез, зубьев долбяков и пил;
• доводки торцевых поверхностей деталей круглой формы, например, направляющих элементов от станков и прессов.

Шлифовальные круги тарельчатого типа — конструкции с небольшими углублениями на плоскостях. Преимущество инструмента — снижение трудоемкости на 35-50% (по сравнению с использованием оснасткой прямого профиля). Шлифовальные круги применяют для обработки поверхностей с затрудненным подходом, например, заточки дисковых пил.

Оснастку плоской формы с одно и двусторонней выточками используют при изготовлении (заточке) резьбы и зубьев у шестерен. Алмазные шлифовальные круги усложненной конструкции позволяют совмещать операции:

• подрезку торца;
• шлифовку.

Абразивные изделия востребованы в сельском хозяйстве, приборостроении, медицине, металлургии.

Форма и маркировка шлифовальных кругов:

Алмазные фрезы и чашки

Инструмент применяют для шлифовки и полировки бетонных поверхностей, твердых пород дерева, при обдирке камня. Рынок представляет алмазные фрезы удлиненной формы и объемные конструкции — в виде чаши.

Первый тип принято называть торцевыми алмазными фрезами. Наиболее эффективный способ использования абразивных изделий удлиненной формы — для получения криволинейных поверхностей в твердых и плотных структурах.

Особенность алмазных чаш — фрезы направлены в одну сторону. Инструмент применяют для полировки заготовок сложной формы (трапециевидных изделий). По конструкции различают одно и двухрядные алмазные чашки. Вторую категорию инструмента выбирают для серийного производства. Двухрядная оснастка повышает скорость обработки деталей.

С учетом особенностей материалов, выпускают алмазные фрезы и чашки для обработки гранита, бетона, мрамора, песчаника и других структур. Есть инструмент для установки в угловые, дисковые плоскошлифовальные станки, специализированные агрегаты. Например, алмазная оснастка для мозаично-шлифовальных машин.

С помощью пальчиковых фрез обрабатывают труднодоступные места. Как вариант, внешний контур и углубления, расположенные в разных плоскостях. Примеры использования алмазных фрез пальчикового типа: шлифовка и полировка резьбы, пазов, канавок, уступов.

Алмазные сегменты

Секции с абразивными включениями — составная часть коронок, дисков и фрез. Характеристики алмазных сегментов зависят от области применения. Оснастку изготавливают двумя методами:

• горячим прессованием;
• давлением, после операции заготовки направляют на спекание.

Абразивные изделия предназначены для работы в тяжелых условиях: с армированным бетоном, асфальтом, гранитом. В технологическом процессе с алмазными сегментами специалисты рекомендуют предусмотреть:

• подключение охлаждающей жидкости;
• регулярные перерывы, чтобы рабочий инструмент остыл.

Алмазные гибкие диски (Флексы, Черепашки)

Назначение АГШК — шлифовка и полировка твердых и хрупких изделий на скорости 1500-3000 об/мин. В отличие от прочных конструкций, алмазный слой в АГШК невелик. Связующий состав — пластичный полимер.

Благодаря пластичности, алмазные гибкие диски востребованы при обработке простых и сложных поверхностей. Инструменты применяют для заточки сверл, пил и заготовок небольших размеров.

При длительной обработке, например, при доводке крупногабаритной заготовки, оснастку использовать нецелесообразно. Рабочий слой гибких дисков быстро стирается.

Эльборовые круги

Эльбор — материал, химически стойкий к кислотам, щелочам и компонентам, которые входят в состав стали, в частности, к железу. Боразоновые круги применяют для шлифовки и заточки сверл, фрез, ленточных пил. Эльборовые круги используют для инструментов, изготовленных из высоколегированных, жаропрочных, труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Алмазные головки

Область применения инструмента — обработка глубоких отверстий. Алмазные головки закрепляют в ротационных машинах, электрических или гидравлических приспособлениях.

Производители предлагают разные конструкции профильных головок: с цилиндрическими, сводчатыми, коническими, полушаровыми, угловыми рабочими частями. Выбор абразивного изделия зависит от конечной формы детали. С помощью головок доводят фильеры, обрабатывают матрицы и пуансоны штампов.

Алмазные карандаши

Инструмент предназначен для правки кругов прямого профиля. Варианты расположения алмазных включений — по центру и послойно. К преимуществам алмазных карандашей относят:

• стабильность работы (до полного износа);
• возможность претензионной фасонной правки.

Алмазные иглы

Название группы дает представление о форме изделий, предназначенных для нанесения изображений на твердые материалы. Алмазные иглы применяют в случаях:

• ручной обработки камня;
• установки насадки в гравировально-фрезерные агрегаты, в том числе, с ЧПУ.

Абразивный инструмент пользуется популярностью у ювелиров и мастеров по камню.

Алмазы в оправах

Инструмент предназначен для устранения сколов и дефектов формы в полировальных и шлифовальных кругах всех типов. Конфигурация алмазов в оправах — в виде конуса или удлиненного цилиндра.

Различают конструкции с одним (или двумя) заостренными концами. Есть изделия с головкой и без нее. Кроме цилиндрической формы, производители выпускают коническую и резьбовую оснастку.

Угол державки алмазов в оправах равен 90 или 120 C0:

• меньшее значение используют при обработке фасонных кругов;
• большее — для устранения дефектов в оснастке прямого профиля.

Алмазные надфили и напильники

Изделия предназначены для хонингования и общих работ с камнями, быстрорежущими сталями и твердыми сплавами. Алмазные надфили и напильники востребованы в производствах, где делают фаски на стекле, хрустале, керамике.

По форме обрабатываемой поверхности рынок ручного инструмента предлагает трехгранные, овальные, круглые, полукруглые и прямоугольные изделия. Алмазные надфили и напильники применяют в случаях:

• заточки кромок резцов;
• обработки пресс-форм;
• шлифовки деталей штампов и измерительных инструментов.

Хонинговые бруски с алмазным слоем (АБХ)

Абразивный инструмент изготовлен на металлической связке. Хонинговые бруски АБХ используют для доводки отверстий в стали, чугуне, керамике. Когда хоном обрабатывают металлические заготовки, оснастка сильно нагревается. Охлаждение хонинговых брусков — обязательное условие.

Алмазные ручные бруски

Универсальные изделия выпускают с одной или двумя рабочими сторонами. Алмазные ручные бруски имеют круглые, угловые и трехгранные сечения. Связующими компонентами являются металлические, керамические или органические частицы.

Инструмент применяют при ручной правке ножей, пил, клинков.

Наборы абразивных изделий для доводки поверхности

Кроме отдельных изделий, рынок абразивов предлагает комплекты, предназначенные для поэтапной обработки: от грубого шлифования до полировки. В продаже есть наборы паст, надфилей, брусков, кругов и других инструментов. Комплекты рассчитаны на ручной труд, установку в механизмы или на станки.

Алмазные канаты

Рабочий инструмент — расположенные на расстоянии абразивные кольца, закрепленные на сплетенных между собой металлических тросах. Алмазные канаты устанавливают на стационарных или мобильных канатных машинах, которыми разрезают крупногабаритные объекты:

• мосты;
• ветхие здания;
• балки, перекрытия.

Выбор продукции с алмазосодержащим слоем зависит от материала: для металла, камня, железобетона. Кроме демонтажа, алмазные канаты применяют в горнодобывающей промышленности и деятельности, связанной с обработкой камня.

Шлифпорошки

К основным характеристикам сухих составов относят концентрацию, величину и форму алмазов. Твердые включения разделяют на обломки, сростки и целые кристаллы. По величине зерна основной фракции сухие составы группируют по категориям:

• шлифзерно;
• шлифпорошки;
• микропорошки;
• субмикропорошки.

Сухие составы используют при производстве алмазного инструмента со всеми типами связок. Шлифпорошки на металлических компонентах применяют для грубой обработки металла и твердых поверхностей. Частицы органического происхождения дают возможность править хрупкие и сверхтвердые материалы: стекло, гранит, сапфир, рубин, железобетон.

Шлифпорошки разных фракций используют в горнодобывающей, ювелирной и машиностроительной отраслях.

Алмазная и эльборовая паста

Составы применяют для тонкой шлифовки, предварительного полирования и окончательной доводки поверхностей. Принцип действия алмазной, кубонитовой смеси и пасты ГОИ схож. Рабочий компонент — зерна абразива, смешанные с наполнителем.

Алмазную и эльборовую пасту классифицируют по основным параметрам:

• зернистости;
• консистенции;
• типу жидкости для промывки.

Абразивные смеси используют при механической обработке заготовок и ручной доводке. Эльборовую пасту применяют при работе с легированными и закаленными сталями, чаще  — со стамесками, ножами, сверлами. Алмазные составы востребованы при доводке и притирке плоских и круглых деталей, заготовок в виде сверл.

Паста ГОИ

Назначение абразива — для шлифовки и полировки металла, керамики, стекла, пластиков, камня. Смесь выпускают четырех разновидностей. С пасты ГОИ №4 начинают, чтобы стереть грубые неровности. Процесс полировки завершают составом №1.

Форма выпуска изделия — в брусках. Как вариант, в виде пастоподобной консистенции. К преимуществам состава относят низкую стоимость и простоту применения.