Tvrdi i lomljivi materijali kao što su optičko staklo, silicijum karbid, aluminijumska keramika i cementni karbidi uglavnom se oslanjaju na dijamantske abrazivne alate za visoko{0}}precizno oblikovanje površine, ravno brušenje i konturnu obradu. Međutim, velika većina dijamantskih alata trenutno još uvijek koristi procese miješanja-i-lijevanja, gdje su dijamantska zrna nasumično raspoređena unutar matrice vezivanja. Ovaj nasumični raspored često dovodi do neujednačene gustine zrna, velikih varijacija u visini izbočenja zrna i neuređenih prostora za strugotine, što direktno rezultira niskim korištenjem abraziva, neravnomjernim trošenjem alata i lošom konzistentnošću radnog komada-što otežava ispunjavanje zahtjeva ultra-preciznosti i visoke{{7}888 čvrstoće{7}} materijala za ultra{6}}preciznost i visoku čvrstoću i čvrstoću.
Stoga je naručeni raspored zrna postao važan razvojni pravac za sljedeću generaciju dijamantskih abrazivnih alata. U ovom članku sistematski pregledavamo tri glavna procesa oblikovanja-sinterovanja, galvanizacije i lemljenja-i kategoriziramo principe i karakteristike primjene različitih naređenih tehnologija postavljanja zrna.
Kako bi dijamantska zrna trebala biti dizajnirana za aranžman?
Srž uređenog rasporeda leži u preciznom dizajnu prostorne distribucije zrna abraziva, sa ključnim parametrima koji uključuju: visinu izbočenja zrna, dubinu ugradnje, bočni razmak i uzdužni razmak. Ujednačena visina izbočenja osigurava da sva zrna istovremeno učestvuju u rezanju, izbjegavajući prijevremeni kvar nekih zrna zbog visinskih razlika i sprječavajući prerano trljanje površine obratka vezom. Dubina ugradnje direktno utiče na silu zadržavanja veze na zrnima. Bočni i uzdužni razmaci određuju gustinu zrna, prostor strugotine i opterećenje svakog pojedinačnog zrna, utičući tako na efikasnost mlevenja. Trenutno, glavni naručeni obrasci rasporeda su:
Raspored niza– zrna su raspoređena u jednako raspoređenim redovima i kolonama. Ovo je najjednostavnija struktura sa malim poteškoćama u oblikovanju, pruža relativno stabilne sile brušenja i visoku efikasnost, ali može doći do interferencije zrna, a hrapavost površine obratka je relativno niža.
Postepeni raspored– susedni redovi su pomereni za polovinu razmaka redova, prekidajući ravne putanje rezanja, obezbeđujući razuman prostor za strugotine, efikasno potiskujući periodične tragove mlevenja i balansirajući glatkoću sa evakuacijom strugotine.
Filotaktički raspored– inspirisana obrascima rasta listova biljaka, zrna su ravnomerno raspoređena duž Fibonačijeve spirale, bez periodičnog ponavljanja u distribuciji. Putevi rezanja se ne preklapaju, što rezultira manjim silama brušenja, ali efikasno eliminira valovitost površine, što ga čini posebno pogodnim za zrcalno brušenje.
Spiralni raspored– zrna su raspoređena duž koncentričnih krugova ili arhimedove spirale, sa razmakom koji varira sa radijusom. Evakuacija strugotine je glatka, pogodna za složenu obradu zakrivljenih površina. Tokom rotacije, rezne ivice se neprekidno zahvaćaju, što rezultira malim udarnim opterećenjem i smanjenim vibracijama.
Kako se izrađuju naručeni abrazivni alati?
Na osnovu uobičajenih procesa konsolidacije dijamanata, naručene tehnologije postavljanja zrna mogu se podijeliti u tri kategorije: sinteriranje metala, galvanizacija i lemljenje.
01 Metoda sinterovanja
Sinterovanje je najčešći proizvodni proces dijamantskih alata, gdje se dijamantska zrna miješaju sa vezivom, presuju u oblik i sinteruju. Kroz tehnološku evoluciju, ova metoda sada postiže uređeni raspored zrna uglavnom kroz dva pristupa:
(1) Metoda šablona:
Vezivni prah je jednolično pomiješan sa organskim vezivom i rastvaračem, a tankoslojni sloj vezivanja se priprema hidrauličnim presovanjem. Namjenski predložak s unaprijed dizajniranim nizom mikro-rupa (nešto veće od veličine dijamantskog zrna) se zatim koristi za precizno utiskivanje zrna u tanki spojni list. Nakon vađenja iz kalupa, više slojeva koji sadrže naručena zrna se slažu i konsoliduju sinterovanjem vrućim presovanjem. Ovaj proces je jeftin i pogodan za masovnu proizvodnju, ali se mikro-rupe mogu deformirati tokom presovanja, ograničavajući njegovu primjenu na superabrazivna zrna velikog promjera.
(2) Metoda vakuumskog usisavanja kontroliranom umjetnom inteligencijom:
Ova tehnologija koristi inteligentnu opremu za usisavanje pod negativnim pritiskom da precizno pokupi dijamantska zrna pomoću vakuumske sile na orijentacijsku mrežu na unaprijed postavljenim mjestima postavljanja, nakon čega slijedi robotska ruka koja ih precizno prenosi i pričvršćuje na površinu podloge alata, postižući naređeni raspored i usmjerenu orijentaciju. Proces je visoko automatiziran, sa velikom stopom sakupljanja zrna i odličnom preciznošću pozicioniranja, pogodan za visoko preciznu, standardiziranu proizvodnju abrazivnog alata.
02 Metoda galvanizacije
Osnovni princip galvanizacije je taloženje u električnom polju: pod električnom strujom, joni nikla u rastvoru za oblaganje se razlažu i talože, progresivno inkapsulirajući dijamantska zrna prethodno postavljena na površinu supstrata kako bi se formirala čvrsta nikl-dijamantska prevlaka. Alati sa galvanizacijom pružaju snažno zadržavanje zrna i pogodni su za brušenje različitih tvrdih i krhkih materijala koji se teško obrađuju. Pored ručnog postavljanja, uobičajeni načini proizvodnje po narudžbini uključuju:
(1) Elektrostatičko postavljanje:
Koristeći elektrostatičku privlačnost, uređaj za elektrostatičku disperziju adsorbira dijamantska zrna na unaprijed dizajnirane nizove ljepljivih kapljica (površine obložene ljepilom) na površini supstrata, čime se postiže uređena distribucija zrna. Tipično, niz kapljica ljepila se precizno primjenjuje pomoću kompjuterski kontrolirane glave za mikrodoziranje. Cjelokupni proces ima visoku automatizaciju, brzo taloženje zrna i dobru preciznost pozicioniranja i može se prilagoditi radnim komadima složenog oblika. Međutim, manje nedostatke kao što su nedostajuća zrna ili aglomeracija zrna teško je u potpunosti eliminirati tijekom lijepljenja.
(2) Metoda otvaranja maske:
Tanak sloj maske se nanosi ili premazuje na površinu podloge, sa otvorima samo na unapred podešenim pozicijama postavljanja. Nakon prethodnog nanošenja sloja osnovnog metala, dijamantska zrna se mogu taložiti samo unutar otvora; uklanjanjem maske dobija se jednoslojni poredani niz zrna. Trenutno uspješne maske uključuju maske za nadogradnju, maske za premazivanje, ljepljive maske, maske zasnovane na sitotisku i fotolitografske maske. Među njima, maske za sitotisak se široko koriste za naređeno postavljanje zrna na složene površine. Fotolitografske maske uključuju složene postupke i veće troškove proizvodnje, a uglavnom se koriste za visoko precizne ultra tanke galvanizirane brusne ploče.
03 Metoda lemljenja
Lemljenje se oslanja na aktivno lemljenje punila za formiranje metalurške veze sa dijamantom, pružajući mnogo veće zadržavanje zrna od galvanizacije ili konvencionalnog sinterovanja. Jednoslojni lemljeni alati imaju veće izbočine zrna i dovoljno prostora za strugotine, što ih čini poželjnim izborom za brzo brušenje i visoko efikasno brušenje. Trenutno zreli naručeni procesi plasmana žitarica uključuju:
(1) Metoda keramičkih rupa-šablona:
Punilo za lemljenje se prvo ravnomerno nanosi na podlogu alata. Keramički šablon sa nizom mikro rupa se zatim postavlja na površinu supstrata, a dijamantska zrna se popunjavaju u otvore za pozicioniranje. Cijeli sklop se zatim lemljuje u jednom ciklusu vakuumske peći. Budući da je keramički šablon otporan na toplinu i ne prianja na punilo za lemljenje, može se koristiti više puta, sa stabilnom preciznošću postavljanja, pogodan za serijsku proizvodnju ravnih brusnih ploča.
(2) Lasersko lemljenje u tački:
U ovoj metodi, punilo za lemljenje i dijamantska zrna su ravnomerno raspoređeni na površini metalne podloge. Laserski skener se kontroliše da selektivno ozrači određene tačke; zrna na ozračenim mjestima su lokalno lemljena i fiksirana na podlogu. Nakon uklanjanja rastresitog zrna iz neozračenih područja, formira se jednoslojna uređena struktura zrna. Ovaj proces nudi izuzetno visoku preciznost pozicioniranja i pogodan je za visokoprecizne jednoslojne naručene abrazivne alate, ali je ulaganje u opremu relativno veliko i uglavnom se koristi za vrhunsku proizvodnju alata po narudžbi.