Cietiem un trausliem materiāliem, piemēram, optiskajam stiklam, silīcija karbīdam, alumīnija oksīda keramikai un cementētiem karbīdiem, parasti tiek izmantoti dimanta abrazīvie instrumenti augstas -precizitātes virsmas formēšanai, plakanai slīpēšanai un kontūru apstrādei. Tomēr lielākajā daļā dimanta instrumentu pašlaik joprojām tiek izmantoti sajaukšanas-un-liešanas procesi, kur dimanta graudi tiek nejauši sadalīti savienojuma matricā. Šis nejaušais izvietojums bieži rada nevienmērīgu graudu blīvumu, lielas graudu izvirzījuma augstuma atšķirības un nesakārtotas skaidu vietas, kas tieši izraisa zemu abrazīvu izmantošanu, nevienmērīgu instrumentu nodilumu un sliktu sagataves konsistenci,-apgrūtinot atbilstību īpaši-precizitātei un augstām{7}}stabilitātes prasībām attiecībā uz mehānisko materiālu apstrādi ar augstu{{8} un trauslo materiālu.
Tāpēc pasūtīts graudu izvietojums ir kļuvis par svarīgu attīstības virzienu nākamās paaudzes dimanta abrazīvie instrumentiem. Šajā rakstā mēs sistemātiski apskatām trīs galvenos formēšanas procesus -saķepināšanu, galvanizāciju un cietlodēšanu-, kā arī iedalām kategorijās dažādu sakārtoto graudu izvietošanas tehnoloģiju principus un pielietojuma īpašības.
Kā dimanta graudus vajadzētu veidot sakārtošanai?
Pasūtītā izkārtojuma pamatā ir precīzs abrazīvo graudu telpiskā sadalījuma dizains ar galvenajiem parametriem, tostarp: graudu izvirzījuma augstums, iegulšanas dziļums, attālums sānos un gareniskais attālums. Vienots izvirzījuma augstums nodrošina visu graudu vienlaicīgu piedalīšanos zāģēšanā, izvairoties no priekšlaicīgas dažu graudu sabrukšanas augstuma atšķirību dēļ un novēršot sagataves virsmas priekšlaicīgu berzēšanu ar saiti. Iegulšanas dziļums tieši ietekmē saites aiztures spēku uz graudiem. Sānu un garenvirziena atstatumi nosaka graudu blīvumu, skaidu telpu un katra atsevišķa grauda slodzi, tādējādi ietekmējot malšanas efektivitāti. Pašlaik galvenie pasūtītie izkārtojuma modeļi ir:
Masīvu izkārtojums– graudus kārto vienādās rindās un kolonnās. Šī ir vienkāršākā struktūra ar zemām formēšanas grūtībām, kas nodrošina salīdzinoši stabilus slīpēšanas spēkus un augstu efektivitāti, taču var rasties graudu traucējumi, un sagataves virsmas raupjums ir salīdzinoši mazāks.
Pakāpenisks izkārtojums– blakus esošās rindas ir nobīdītas ar pusi no rindu atstatuma, laužot taisnus griešanas ceļus, nodrošinot saprātīgu skaidu vietu, efektīvi nomācot periodiskas slīpēšanas pēdas un līdzsvarojot gludumu ar skaidu izvadīšanu.
Filotaktiskais sakārtojums– Iedvesmojoties no augu lapu augšanas modeļiem, graudi ir vienmērīgi izkliedēti pa Fibonači spirāli, periodiski neizplatoties. Griešanas ceļi nepārklājas, tādējādi samazinot slīpēšanas spēkus, bet efektīvi novēršot virsmas viļņošanos, padarot to īpaši piemērotu spoguļa slīpēšanai.
Spirālveida izkārtojums– graudi ir sadalīti pa koncentriskiem apļiem vai Arhimēda spirāli, ar atstatumu atkarībā no rādiusa. Skaidu evakuācija ir gluda, piemērota sarežģītai izliektu virsmu apstrādei. Rotācijas laikā griešanas šķautnes nepārtraukti saslēdzas, tādējādi radot zemas triecienslodzes un samazinātu vibrāciju.
Kā tiek izgatavoti pasūtītie abrazīvie instrumenti?
Pamatojoties uz galvenajiem dimantu konsolidācijas procesiem, pasūtītās graudu izvietošanas tehnoloģijas var iedalīt trīs kategorijās: metāla saķepināšana, galvanizācija un cietlodēšana.
01 Saķepināšanas metode
Saķepināšana ir visizplatītākais dimanta instrumentu ražošanas process, kurā dimanta graudus sajauc ar saistvielu, presē formā un saķepina. Pateicoties tehnoloģiju attīstībai, šī metode tagad nodrošina sakārtotu graudu izkārtojumu, galvenokārt izmantojot divas pieejas:
(1) Veidnes metode:
Saites pulveris tiek vienmērīgi sajaukts ar organisko saistvielu un šķīdinātāju, un ar hidraulisko presēšanu tiek sagatavota plānas -slāņa saites loksne. Pēc tam tiek izmantota īpaša veidne ar iepriekš izstrādātu mikrocaurumu masīvu (nedaudz lielāku par dimanta graudu izmēru), lai precīzi iespiestu graudus plānās savienojuma loksnē. Pēc noformēšanas vairāki slāņi, kas satur sakārtotus graudus, tiek sakrauti un konsolidēti ar karstās presēšanas saķepināšanu. Šis process ir lēts un piemērots masveida ražošanai, bet mikrocaurumi var deformēties presēšanas laikā, ierobežojot tā pielietojumu liela diametra superabrazīviem graudiem.
(2) AI kontrolēta vakuuma sūkšanas metode:
Šajā tehnoloģijā tiek izmantots inteliģents negatīvā spiediena sūkšanas aprīkojums, lai ar vakuuma spēku precīzi savāktu dimanta graudus uz orientācijas režģa iepriekš iestatītos novietošanas punktos, kam seko robotizēta roka, kas tos precīzi pārnes un piestiprina pie instrumenta pamatnes virsmas, panākot sakārtotu izvietojumu un virziena orientāciju. Process ir ļoti automatizēts, ar augstu graudu savākšanas ātrumu un izcilu pozicionēšanas precizitāti, kas ir piemērots augstas precizitātes, standartizētu abrazīvo instrumentu ražošanai.
02 Galvanizācijas metode
Galvanizācijas pamatprincips ir elektriskā lauka pārklājums: elektriskās strāvas ietekmē niķeļa joni pārklājuma šķīdumā sadalās un nogulsnējas, pakāpeniski iekapsulējot dimanta graudus, kas iepriekš novietoti uz pamatnes virsmas, veidojot izturīgu niķeļa-dimanta pārklājumu. Elektroinstrumenti nodrošina spēcīgu graudu aizturi un ir piemēroti dažādu cietu un trauslu, grūti apstrādājamu materiālu slīpēšanai. Papildus manuālai izvietošanai ar rokām parastie pasūtījuma izgatavošanas ceļi ietver:
(1) Elektrostatiskais novietojums:
Izmantojot elektrostatisko pievilcību, elektrostatiskās dispersijas ierīce adsorbē dimanta graudus uz iepriekš izveidotiem, sakārtotiem līmes pilienu blokiem (ar līmi pārklātiem laukumiem) uz substrāta virsmas, tādējādi panākot sakārtotu graudu sadalījumu. Parasti līmes pilienu masīvu precīzi uzklāj ar datora vadītu mikro dozēšanas galviņu. Visam procesam ir augsta automatizācija, ātra graudu nogulsnēšanās un laba pozicionēšanas precizitāte, un to var pielāgot sarežģītas formas sagatavēm. Tomēr nelielus defektus, piemēram, trūkstošus graudus vai graudu aglomerāciju, ir grūti pilnībā novērst līmēšanas laikā.
(2) Maskas atvēršanas metode:
Uz pamatnes virsmas tiek uzklāta vai pārklāta plāna maskas loksne ar atverēm tikai iepriekš iestatītajās novietošanas pozīcijās. Pēc parastā metāla slāņa iepriekšējas pārklāšanas dimanta graudi var nogulsnēties tikai atverēs; noņemot masku, tiek iegūts viena slāņa sakārtots graudu masīvs. Pašlaik veiksmīgās maskas ir veidojošas maskas, pārklājuma maskas, līmmaskas, maskas, kuru pamatā ir sietspiede, un fotolitogrāfiskās maskas. Tostarp sietspiedes maskas tiek plaši izmantotas pasūtītai graudu izvietošanai uz sarežģītām virsmām. Fotolitogrāfiskās maskas ietver sarežģītas procedūras un augstākas ražošanas izmaksas, un tās galvenokārt izmanto augstas precizitātes īpaši plāniem galvanizētiem slīpripiem.
03 Lodēšanas metode
Lodēšana balstās uz aktīviem lodēšanas pildvielas metāliem, lai izveidotu metalurģiskas saites ar dimantu, nodrošinot daudz lielāku graudu aizturi nekā galvanizācija vai parastā saķepināšana. Viena slāņa lodētajiem instrumentiem ir lielāks graudu izvirzījums un plaša skaidu vieta, padarot tos par vēlamo izvēli liela ātruma un augstas efektivitātes slīpēšanai. Pašlaik nobrieduši pasūtītie graudu izvietošanas procesi ietver:
(1) Keramikas caurumu veidnes metode:
Lodēšanas pildviela vispirms vienmērīgi tiek uzklāta uz instrumenta pamatnes. Pēc tam uz substrāta virsmas tiek piestiprināta keramikas veidne ar mikro caurumu blokiem, un dimanta graudi tiek iepildīti caurumos pozicionēšanai. Pēc tam viss komplekts tiek lodēts vienā vakuuma krāsns ciklā. Tā kā keramikas veidne ir karstumizturīga un nepielīp pie cietlodēšanas pildvielas, to var izmantot atkārtoti, ar stabilu izvietojuma precizitāti, kas ir piemērota plakano slīpripu sērijveida ražošanai.
(2) Lāzera punktlodēšana:
Izmantojot šo metodi, cietlodēšanas pildviela un dimanta graudi tiek vienmērīgi sadalīti uz metāla pamatnes virsmas. Lāzerskeneris tiek kontrolēts, lai selektīvi apstarotu noteiktus plankumus; graudi apstarotajās vietās tiek lokāli lodēti un piestiprināti pie pamatnes. Pēc irdeno graudu noņemšanas no neapstarotajām vietām veidojas viena slāņa sakārtota graudu struktūra. Šis process nodrošina ārkārtīgi augstu pozicionēšanas precizitāti un ir piemērots augstas precizitātes viena slāņa pasūtītiem abrazīviem instrumentiem, taču ieguldījumi iekārtās ir salīdzinoši lieli, un to galvenokārt izmanto augstas klases instrumentu ražošanā pēc pasūtījuma.