Алмазный инструмент

Среди всех разновидностей обрабатывающего инструмента для промышленной и строительной отраслей пальма первенства наверняка может быть отдана инструменту алмазному. Точность и качество...

Среди всех разновидностей обрабатывающего инструмента для промышленной и строительной отраслей пальма первенства наверняка может быть отдана инструменту алмазному. Точность и качество обработки, достигаемые при его применении, говорят сами за себя, к тому же у алмазного инструмента практически нет недостатков.

Множество предприятий и организаций, перешедших на алмазную технологию, смогли существенно повысить объемы выпуска своей продукции и услуг. Можно даже отметить, что, открыв для себя все возможности и преимущества алмазной технологии, современная промышленность уже просто не сможет обходиться без нее.

Сущность и область применения Алмазный инструмент изготавливается в основном для машиностроения, строительства и камнеобработки. В процессе эксплуатации он способен выдерживать большие нагрузки, характеризуется износостойкостью, термостойкостью и долговечностью. На современном этапе развития промышленных технологий по качеству работы ему вообще нет равных, а спилы и отверстия, выполненные алмазным инструментом, получаются ровными, аккуратными и не требуют доработки. Благодаря применению алмазной техники удается снизить затраты времени, необходимого для обработки материала, при этом заметно возрастает производительность и культура труда.

Алмазный инструмент применяется для резки и обработки всех видов огнеупорных материалов, графитов и углепластиков, деталей из твердых сплавов всех марок, армированных стекловолокном пластмасс, различных полупроводниковых материалов. Также он используется для заточки и доводки изделий из феррита, ситала и керамики, резки и шлифовки природного и искусственного камня, обработки стекла и фарфора.

Номенклатура алмазной техники огромна – это алмазные диски, головки, сверла, карандаши, канатные пилы, шлифовальные и полировальные круги, сухорезы, волоки, иглы и пасты. Каждый вид инструмента имеет свое четкое назначение и область применения. Однако, несмотря на все разнообразие видов такого рода техники, принцип строения он имеет один. Корпус инструмента состоит из металлического сплава, так называемой связки, на которую сегментарно нанесен слой алмазного порошка. Во время работы инструмента острые грани алмазов, содержащиеся в сегментах, проникают в обрабатываемый материал, обеспечивая чистый и точный разрез. Алмазный порошок состоит из синтетических алмазов, которые могут иметь различную зернистость, быть более или менее прочными. Природный алмаз при производстве инструмента используется довольно редко, так как материал, полученный путем синтеза, зачастую превышает по прочности натуральный камень.

И, как результат, применение природного алмаза в промышленности становится экономически нецелесообразно. Действительно незаменимым он считается для изготовления только некоторых видов инструментов, например, бурового, когда синтетика не способна выдержать высокую температуру технологического процесса.

Правильный выбор

На правильный выбор алмазной техники влияют такие факторы, как вид обрабатываемого материала и объем планируемых работ, которые способен качественно выполнить инструмент до полного износа, так называемый его ресурс.

Различные материалы обладают большей или меньшей твердостью и абразивностью. В соответствии с этим и должен подбираться инструмент на более твердой или более мягкой связке. Здесь действует следующее правило: чем абразивней материал, тем связка должна быть тверже. Такое соотношение помогает избежать слишком быстрого разрушения алмазов от трения об абразивную поверхность и их выпадения раньше положенного срока, что значительно снижает ресурс техники. Более твердый, но не абразивный материал требует использования инструмента с мягкой связкой. В этом случае происходит постепенный процесс обновления алмазоносного слоя, когда износившиеся и затупившиеся алмазы вовремя уступают место новым, более острым.

Существует три разновидности связок:

органическая, металлическая и гальваническая.

Органическая связка характеризуется невысокой теплопроводностью и термостойкостью, применяется в основном для чистовых и доводочных работ. Металлическая связка обладает большей твердостью, нежели органическая, и подходит для труднообрабатываемых материалов. Алмазные инструменты на гальванической связке характеризуются одно- или двухслойным алмазо¬никелевым покрытием на опорном металлическом корпусе сложной геометрической формы. Такая техника имеет высокую производительность, но меньший ресурс из-за быстрого износа алмазов. Гальваническая связка подходит для шлифовки сложных фасонных поверхностей из вязких и хрупких материалов – стеклопластика, углепластика, кремния, стекла и прочих.

Немаловажным фактором является цена инструмента. Как бы ни парадоксально это звучало, но чем дороже техника, тем она лучше и надежнее окажется в эксплуатации. Ее низкая стоимость может говорить о невысоком качестве алмазов, использовавшихся при создании ин¬ струмента, что скорее всего обеспечит и соответствующий уровень выполненных с помощью него работ. Для профессионального использования такая техника, безусловно, неприменима. К тому же попытка экономии на стоимости инструмента способна привести к высокой доле брака продукции, некачественной обработке материалов или скорой поломке нового оборудования.

Довольно важная характеристика алмазной техники – концентрация алмазного порошка на его режущей поверхности. Определяется она как массовое содержание алмазов в каратах на 1 см3 алмазоносного слоя. Особую роль концентрация алмазов способна сыграть, например, при проведении шлифовальных работ. При небольшой контактной поверхности между шлифовальным кругом и обрабатываемой деталью, в частности при круглой шлифовке, необходимо выбирать высокую концентрацию алмаза. Благодаря этому обеспечивается износостойкость инструмента даже при высоких нагрузках. Большая контактная поверхность требует принятия мер по снижению температуры и уменьшению усилий шлифования. В этом случае следует использовать низкую концентрацию алмазов.

Стандартно круги выпускаются с относительной концентрацией 25%, 50%, 75%, 100% и 150%, однако могут применяться и другие. Геннадий Дебре, ведущий специалист ЗАО «Полтавский алмазный инструмент», добавляет к вышесказанному, что в строительстве, как правило, используются более низкие концентрации, например, 10%, 16%, 18%, при обработке стекла – 50-75%, в машиностроении – 75-100%, в ювелирной промышленности, например, при огранке бриллиантов – 150%. Также необходимо помнить о том, что зачастую концентрация подбирается под уникальные условия обработки материала.

Многие строительные организации в процессе эксплуатации инструмента могут столкнуться с проблемой выбора правильного режима работы – мокрой или сухой резки. Для мокрой резки применяются специальные охлаждающие жидкости¬эмульсии или просто вода. Как правило, резка в сухом режиме ведется при скоростях 80 м/с, в мокром режиме – 35 м/с. Мокрая резка может использоваться для охлаждения техники и увеличения таким образом глубины пропила. Также она необходима, если требуется уменьшить количество образующейся пыли, например, при резке бетона. Важно помнить: если инструмент, предназначенный для сухой резки, в мокром режиме использовать можно, то действия наоборот могут привести к его перегреву, а следовательно – к быстрому износу или поломке.

Кто есть кто

Технологии алмазного синтеза, существующие сегодня в мире, позволяют производить искусственный алмаз высокой прочности и качества. Достаточно весомые разработки в этой области были получены в разное время в США, Японии, Швеции, России, Украине и Китае. Феноменальным можно считать тот факт, что украинская технология синтеза алмазов, разработанная в Киеве в Институте сверхтвердых материалов имени В.Н.Бакуля еще в 60-х гг. прошлого столетия, вполне могла бы составить конкуренцию другим существующим в мире методам выращивания синтетики.

Но из-за недостатка финансирования и государственной поддержки отечественный алмаз не в состоянии конкурировать с зарубежными аналогами в обеспечении рынка достаточным объемом алмазного сырья. Поэтому большинство украинских производителей алмазного инструмента потребляют сырье иностранное. В основном это высококачественные алмазы всемирно известных марок De Beers (Великобритания) и General Electric (США). Из слов Леонида Островского, председателя правления ЗАО «Новатор», следует, что в последние годы наблюдается «засилие» рынка синтетическими алмазами китайского производства.

Китайцами разработана более дешевая по себестоимости технология синтеза, что существенно отражается на стоимости их продукции. Предлагая более низкую цену на свой инструмент, китайские производители составляют ощутимую конкуренцию более известным и дорогим маркам.

От качества алмазов и их стоимости во многом зависит и сочетание «цена-качество» алмазной техники, представленного на отечественном рынке. Это оборудование производится как предприятиями Украины, так и поставляется из-за границы. В Украине работают такие предприятия, как ЗАО «Полтавский алмазный инструмент», ООО «Дистар», ОАО «Львовский завод искусственных алмазов и алмазного инструмента», научно-технологический концерн «Алкон», организованный на базе Института сверхтвердых материалов им. В.Н.Бакуля, ООО «Инстайл», компания «Инстех», ЗАО «Новатор» и др. Среди иностранных изготовителей – это такие марки, как Tyrolit (Австрия), Hilti (Лихтенштейн), Bosh (Германия), Solga Diamant (Испания), Monte¬Bianco (Китай) и др. По словам специалистов, как правило, все перечисленные компании поставляют в Украину инструмент исключительно для строительной индустрии и камнеобработки, и это, главным образом, отрезные круги. В секторе машиностроения и стеклообработки превалируют украинские производители, хотя среди инструмента для стеклообработки встречается и итальянский, например, фирмы Bavelloni.

Строительный алмазный инструмент

Что касается строительства, то можно смело утверждать, что в этой отрасли алмазный инструмент незаменим. Благодаря высокой режущей способности, бесшумности, отсут­ствие вибраций и сотрясений при работе многие строительные организации перешли на алмазную технологию обработки материалов, потребляя практически весь номенклатурный ряд такой техники. Наибольшее распространение в строительстве получило применение дискового алмазного инструмента, буровых установок и алмазных канатов.

Дисковый алмазный инструмент используется для устройства дверей, окон, резки перекрытий здания, прорезки усадочных швов в полу, строительства и реконструкции дорог и других работ. Стенорезы, швонарезчики, сухорезы, предназначенные как для ручной работы, так и для автоматического применения, позволяют добиться высокой геометрической точности при работе с железобетоном, асфальтом, кирпичом, камнем и другими прочными материалами.

Существует несколько видов кромки алмазного диска: сегментная, сплошная и зубчатая – так называемая «турбо». Режущая поверхность диска разделена на сегменты, между которыми пролегают специальные канавки – слоты. В процессе резки через слоты проходит воздух или протекает жидкость, что позволяет эффективно охлаждать диск, увеличивая его износостойкость.

Сегментные и зубчатые диски используются, как правило, для сухой резки при высоких скоростях вращения диска в тех операциях, где не требуется высокое качество реза. У сегментных дисков, по сравнению с зубчатыми, значительно выше производительность и стойкость, однако и стоят они дороже. Диски со сплошной кромкой применяются для обеспечения высококачественного реза без сколов, как правило, при порезке стекла, гранита, мрамора, и зачастую в мокром режиме.

В строительной области также широко используються технология колонкового бурения, позволяющая получать отверстия диаметром от 1 до 120 см. Сверление производится при помощи алмазных коронок, состоящих из металлического корпуса цилиндрической формы с припаянными к нему алмазными сегментами. При этом практически всегда обязательным условием процесса является подача воды в зону резания для выноса лишнего отработанного материала и охлаждения инструмента. Глубина отверстий, полученных с помощью алмазного бурения, может достигать 7 м.

Главные преимущества алмазной сверлильной технологии – тихая работа, отсутствие вибраций, возможность получать четкие отверстия без сколов. Алмазная коронка в процессе работы самозатачивается, что значительно продлевает срок службы сверла и позволяет использовать его практически до полного стирания алмазного слоя. В строительстве алмазное бурение применяется для оснащения здания вентиляционной системой, прокладки отопительной и сантехнической систем, а также для вырезания ниш и проемов в стенах и перекрытиях.

Алмазные канаты с успехом применяются в строительстве, если возникает необходимость резки бетонных и железобетонных блоков, фундамента, кирпичной кладки, мостов и других крупногабаритных конструкций. Состоит канат из металлического троса с напрессованными на него алмазными втулками. В среднем диаметр втулок составляет 11 мм, длина каната может достигать 60 м. Охватывая рабочую область в виде петли, канат приводится в действие гидравлическим двигателем. В зону резания подается водопроводная вода, доступ к которой обязательно необходим для проведения работы.

Производительность канатов зависит от вида обрабатываемого материала и варьируется от 2 до 8 м2 в час. При доступе с двух сторон к разрезаемому блоку становится возможна резка практически на неограниченную глубину. По мнению специалистов, использование алмазных канатов также целесообразно экономически: применение для тех же работ алмазных дисков, даже самых больших диаметров, требует затраты гораздо большего времени и денежных средств. Канатная резка окажется, в конце концов, выгоднее там, где пришлось бы применять диски диаметром от 60 см.

Анастасия Путренко

Автор благодарит за помощь в создании материала ЗАО «Полтавский алмазный инструмент», ЗАО «Новатор» и компанию «Инстех»