По эффективности обработки твёрдых материалов синтетические алмазы практически не имеют конкурентов. В нашем обзоре мы расскажем о видах алмазного инструмента, особенностях выбора, а самое главное — режимах обработки и правилах поддержания кромок в пригодном к работе состоянии.
Драгоценный инструмент: как это работает
Физико-механические процессы, сопутствующие обработке различных материалов, имеют одну общую тенденцию: режущий орган должен иметь твёрдость выше, чем у обрабатываемого материала и двигаться относительно него с некоторой скоростью. Если речь идёт об обработке металлов, дерева и пластмасс, в качестве обрабатывающего материала могут быть задействованы высоколегированная сталь или распространённые абразивы, такие как карбид кремния или карборунд. Однако если приходится иметь дело с очень твёрдыми материалами, такими как гранит или бетон, предпочтение отдаётся веществам с беспрецедентной твёрдостью — синтетическим алмазам.
Как и прочие виды абразивного инструмента, алмазный имеет россыпь микрочастиц с острыми гранями, которые закреплены в слое связующего вещества. В качестве связки, как правило, выступают металлические сплавы с высокой температурой размягчения. В процессе работы инструмент теряет часть алмазной крошки, при этом верхний слой связки оплавляется и стирается об обрабатываемую поверхность, оголяя новые частицы с острыми гранями.
Существует достаточно большое число вариаций алмазного инструмента, предназначенного для резки, шлифовки, фрезеровки и сверления. При этом напыление располагается исключительно на краях рабочих кромок. В этих местах достигается максимальная скорость резания, что является неотъемлемым требованием правильной работы алмазного инструмента. С этим связан специфический недостаток такого метода обработки — высокая температура в зоне контакта, поэтому обычно подобные работы производят с подачей СОЖ.
Виды, назначение и сферы использования
Алмазный инструмент приобрёл популярность благодаря высокой эффективности обработки твёрдых материалов, чистоте обрабатываемых поверхностей, высокой точности и возможности работы с хрупкими изделиями. Другая особенность — многообразие разновидностей инструмента для выполнения узкоспециальных задач.
Наибольшее распространение получили режущие алмазные диски для пиления камня и бетона. Существует два форм-фактора этих расходных материалов: с разрезной (сегментной) кромкой и рифленым ободком. Считается, что круг с разрезной кромкой лучше подходит при сухой обработке ввиду того, что удаление пыли из зоны резания воздушным потоком через прорези осуществляется более эффективно, в то время как наличие спиральных треков на диске со ступенчатым ободком лучше способствует ускорению потока СОЖ.
Для шлифовки поверхностей применяют алмазные чашки, на рабочей стороне которых имеются выступы, поверхности которых лежат в одной плоскости. С одной стороны, такая конфигурация уменьшает площадь контакта и, соответственно, снижает нагрев от трения. С другой, воздушные промежутки между сегментами способствуют эффективному удалению снятых частиц материала. Есть несколько конфигураций сегментов чашек, не имеющих принципиальной разницы, но отличающихся эффективностью удаления различного отработанного материала из зоны шлифовки.
Как правило, основание у чашек жёсткое, однако также достаточно распространены так называемые черепашки, у которых на гибкой основе закреплены многочисленные сегменты. Такого инструмента имеется очень большое количество разновидностей, отличающихся составом связки, размером алмазного зерна и конфигурацией сегментов, причём каждый отдельный тип черепашек предназначен для работы с определённым типом камня со строгим ограничением режимов обработки.
Сверлильные коронки — третий распространённый тип алмазных инструментов, предназначенный для изготовления проходных каналов в твёрдых массивах безударным методом. В зоне напыления коронка имеет эффективный диаметр, который на несколько миллиметров превышает внешний габарит стакана, за счёт чего образуется зазор для отвода пыли и извлечения керна. Кромка коронок может быть сегментной по аналогии с режущими дисками, что позволяет увеличить скорость вращения инструмента и повысить производительность сверления при равном усилии подачи.
Применение с ручным инструментом
Наиболее важным прикладным значением алмазного инструмента считается его использование для обработки изделий из камня, демонтажа бетонных конструкций и изготовления технологических каналов. В этих целях оптимально применять ручной электроинструмент, используя преимущество высокой мобильности в ущерб точности обработки.
Не всякий ручной шлифовальный инструмент подходит для применения оснастки с алмазными режущими кромками. Из всего ряда требований к конструкции есть два наиболее важных: возможность регулировки скорости вращения шпинделя и наличие приспособлений для хвата обеими руками. Так, обычные «болгарки» для шлифовальных работ использовать не получится, только специальные УШМ с развитой передней рукоятью и регулировкой оборотов, в некоторых случаях может требоваться штатное устройство подачи СОЖ. Резку с помощью болгарок осуществлять можно, однако при этом следует выбирать сегментные алмазные диски в точном соответствии с частотой вращения инструмента. Крепление у всех алмазных расходников для ручного инструмента стандартизировано: отверстие 22,2 мм для дисков и резьба 14 мм для чашек.
Для сверления используют тяжёлые безударные дрели или перфораторы, имеющие механизм отключения ударного механизма. Мощность инструмента выбирается в соответствии с диаметром коронок, однако, как правило, не менее 1,5 кВт. Практически вся оснастка для алмазного сверления имеет круглый или граненный хвостовик толщиной не менее 8 мм для зажатия в трёхкулачковом патроне. При сверлении допускается использовать обильное жидкостное охлаждение рабочей зоны ввиду значительной удаленности от нее электропривода, однако подача жидкости должна осуществляться безнапорным методом.
Алмазная обработка на стационарном оборудовании
Наиболее технологичный метод использования алмазного инструмента — в качестве станочной оснастки. К таковому можно отнести как тяжёлые шлифовальные и отрезные станки, так и специальные установки с ограниченной мобильностью. Примером последних являются дорожные резаки, предназначенные для кроения асфальтобетонного полотна с применением дисков диаметром свыше 400 мм и кондукторы для алмазного сверления.
Основные преимущества стационарного оборудования — высокая точность, которая обеспечивается жёсткой станиной и механизмом автоматической подачи, а также возможность неограниченного использования СОЖ. Благодаря этим двум обстоятельствам существенно повышается эксплуатационный ресурс кромок и чистота обрабатываемых поверхностей. Нельзя не упомянуть о повышенном удобстве работы и безопасности: оператор машины меньше утомляется ввиду того, что нет нужды крепко удерживать инструмент обеими руками.
На стационарных шлифовальных станках могут использоваться алмазные камни с металлической, керамической и эластичной полимерной связкой. Как правило, такую оснастку применяют для доведения кромок режущего инструмента или тонкой обработки граней на изделиях из ценных горных пород. В таких случаях твёрдость алмазного зерна особенно выгодна, ведь снятие частиц инструментальной стали или природного камня происходит без перегрева заготовки, а значит без необратимой потери материалом своих свойств.
Режимы обработки
Алмазный инструмент очень требователен к соблюдению режимов обработки: скорости резания, прилагаемому усилию, наличию в зоне обработки охлаждающей жидкости. Без соблюдения этих требований практически гарантирована порча самого инструмента или обрабатываемого изделия. Однако усвоить правила работы не так сложно, для этого нужно учитывать всего два обстоятельства.
Первое — необходимость обеспечения равномерного износа кромок, в ходе которого происходит постепенное разрушение связки и оголение «свежих» алмазных зерен. Если не соблюдать требуемую скорость обработки, связка будет плавиться, забивая поры на поверхности граней, такое явление носит названия засаливания. Обновить кромки можно их равномерным стачиванием о монолитный твердый материал с абразивной составляющей, например о керамический кирпич или изношенный шлифовальный круг.
Другое правило вытекает из первого: любой шлифовальный или режущий инструмент предназначен для обработки определённого перечня материалов с соблюдением режимов и последовательности этой обработки. Так, для дисков и коронок производителем строго регламентируется скорость вращения и усилие подачи, а для чашек и гибких камней — количество ступеней понижения размеров зерна, наличие подачи СОЖ, возможность работы по плоским поверхностям или граням. Поэтому только соблюдение правил, регламентированных производителем, гарантирует максимально долгую эксплуатацию алмазного инструмента и высокое качество изделий.
Восстановление алмазных кромок
В качестве итога следует подчеркнуть, что алмазная оснастка может быть как расходным материалом (АГШК, тарелки), так и рассчитываться на долговременную эксплуатацию, как это происходит с коронками и пильными кругами. Состав связки и фракция алмазной пыли в ряде случаев могут подбираться с расчётом на ускоренное, но планомерное осыпание, то есть работу выполняет не только закреплённое на кромке зерно, но также и осыпавшиеся фрагменты. В таких случаях алмазный инструмент не отличается высокой стоимостью и единственный способ его восстановления — устранение засаливания описанным выше методом.
Однако есть и иной класс оснастки, который характеризуется повышенной прочностью, плотностью и твёрдостью материала связки, а также специально подобранной фракцией алмазного зерна. Как правило это касается крупных режущих дисков и коронок, испытывающих значительные эксплуатационные нагрузки. Инструмент это достаточно дорогостоящий и полная его замена по мере износа абсолютно нерациональна. Вместо этого можно восстанавливать или заменять исключительно контактные поверхности, чем занимаются специализированные организации. Это оптимальное решение для профессиональных мастеров по стенорезным работам, позволяющее сократить затраты на амортизацию в 2–3 раза.
Видео по теме
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
