Рабочие процессы лезовийной обрабки иструментами из синтетических поликристалических алмазов

4.1. Характеристика алмазного лезвийного инструмента

Алмазным инструментам нет конкурентов в обработке материалов на нежелезной основе, таких как стеклопластики, высоколегированные алюминиевые сплавы (особенно с кремнием), композиционные материалы и волокна, композиционные древоматериалы, цветные металлы, керамика, стекло и др.

Алмазные инструментальные материалы подразделяют на такие группы:

• РКD — поликристаллический алмаз, синтезированный при высоких давлениях и температуре;

• СVD или ОРСVD — алмаз или поликристаллический алмаз, полученный химический! осаждением из газовой фазы при низком давлении (покрытие или пластины).

По аналогии с алмазами для сверхтвердых нитридов бора;

• СBN — кубический нитрид бора;

• РКВ — поликристаллический кубический нитрид бора;

• СVD СВN — кубический нитрид бора, осажденных из газовой фазы.

Идеальный инструментальный материал должен был бы иметь одновременно наивысшую прочность и твердость. На практике прочность и твердость конкурируют, так что инструментальные материалы, отличающиеся как, например, быстрорежущая сталь высокой прочностью, имеют сравнительно низкую твердость. Минералокерамика наоборот имеет высокое сопротивление к абразивному износу при одновременно ограниченной характеристике прочности. Твердые сплавы с хорошими показателями твердости и прочности занимают согласно этой классификации среднюю позицию.

Чистый монокристалл алмаза, обладающий непревзойденной твердостью и износостойкостью, отличается хрупкостью и соответственно риском отказа при биении.

Решающее значение для «употребляемости» инструментального материала играют тепловые свойства. В случае алмаза, как непревзойденного проводника тепла, быстрый отвод его из зоны резания в тело инструмента поддерживает соблюдение строгих условий резания, так же как и «щадящий» тепловой режим для алмаза.

Например, высокопрецизионные отражающие поверхности требуют высокого качества, когда отклонения по форме и неровности ее должны находиться в пределах нанометрического диапазона (≈6nm). В полной мере требуемую минимизацию толщины среза, силы резания и температуры, что требуется для обеспечения такого уровня чистоты поверхности изделия, можно получить только с помощью лезвийного алмазного инструмента.

Главное влияние на процессы, происходящие в контакте алмазного инструмента с обрабатываемым материалом, оказывает его самая высокая твердость и низкий коэффициент трения с большинством материалов, а так же его высокая тепло- и температуропроводность.

Следовательно, более низкий уровень работы трения, меньшие затраты на пластическое деформирование и низкая температура в контактных слоях одно из главных отличий, определяющих достоинства алмазного инструмента.

4.2. Стружкообразование при алмазном точении

Стружкообразование при алмазном точении в сравнении с тонким точением твердосплавным или другим инструментом характеризуется меньшим уровнем деформации срезаемого слоя. Это подтверждается меньшей усадкой стружки, большим значением углов сдвига, снижением уровня сил и работы резания.

4.3. Силы резания

Силы резания при алмазном точении характеризуются существенно меньшим уровнем, чем при тонком точении твердым сплавом. Главными факторами, влияющими на снижение сил при алмазном точении, являются меньший коэффициент трения и меньший радиус округления режущей кромки у алмазного резца.

4.4. Тепловые явления

Меньшая в сравнении с тонким точением работа резания при алмазном точении предопределяет и меньшее тепловыделение. Высокая теплопроводность алмазных резцов обеспечивает низкий уровень температуры в зоне резания при точении цветных металлов, пластмасс и ряда других материалов.

4.5. Износ и стойкость алмазных резцов

При точении меди, латуни, алюминия, пластмасс и других материалов стойкость алмазных резцов может достигать нескольких сотен часов, что во много раз превышает возможности всех известных инструментальных материалов. Это позволяет производить обработку деталей без подналадки и регулировки инструмента по несколько смен подряд, что очень важно в автоматизированном производстве. Высокая стойкость, в том числе и размерная, делает алмазный инструмент незаменимым в высоких технологиях.

4.6. Перспективы развития и применения

Достоинства алмазного лезвийного инструмента, показанные на примере алмазного точения, безусловно прочат ему дальнейшее развитие и расширение объемов потребления. Высокопрецизионная обработка изделий становится все более востребуемой, а, значит, это будет стимулировать работы по совершенствованию синтеза монокристаллического алмаза, т.к. применяемые природные монокристаллы имеют ограничения и по размерам и по стоимости.

Дальнейшее развитие промышленного производства, требуемые высокие скорости, производительность и качество обработки, появление все новых и новых труднообрабатываемых материалов будут усиливать потребность в алмазной обработке, создании новых инструментов и технологий их применения. Алмазная обработка без сомнения и в будущем останется ключевым фактором для создания высоких технологий, достижения нового уровня производства наукоемкой продукции.

1. Какие требования предъявляются к качеству рабочей части алмаз­ного лезвийного инструмента?

2. Охарактеризуйте те свойства алмазов, которые выделяют их из всех инструментальных материалов.

3. Каковы особенности трения алмаза с металлами?

4. Как влияют условия трения на его коэффициент?

Лекция 4 (10)