Технология сверления отверстий алмазным инструментом

Для производства режущей части алмазного инструмента используют алмазную крошку размером 150-500 микрон:

• Природные алмазы, отходы ювелирной промышленности. Это «эконом-класс». Отходы огранки алмазов отличаются большим разбросом размеров, формы и твердости.
• Синтетические алмазы, отличающиеся большей стабильностью формы, твердости и чистоты, в конечном счете – повышенным сопротивлением износу.

Существуют две основные технологии использования алмазной крошки для режущего инструмента – поверхностное нанесение и внедрение.
В первом случае используется сравнительно крупная крошка (чаще всего отходы огранки натуральных алмазов). Режущая кромка формуется методом порошковой металлургии, и в ее поверхность запекается алмазная крошка.

При дальнейшем использовании инструмента износ режущей кромки заключается, в основном, в естественном обтачивании алмазных зерен до полного скругления граней. Когда грани скруглены, жизнь инструмента закончена. Износ режущей кромки можно замедлить правильным подбором размера и качества алмазных зерен в зависимости от обрабатываемого материала, а также соблюдением правильных технологических параметров – усилия прижима инструмента к обрабатываемому материалу, скорости движения режущей кромки, потока омывающей воды. Тем не менее, срок жизни инструмента с поверхностно нанесенными алмазами – сравнительно небольшой. Чаще всего такой инструмент используется для мягких материалов – туфа, ракушечника и т.п.

Технология внедрения заключается в том, что алмазная крошка смешивается с металлическим порошком. Полученная масса специальными прессами формуется в изделия (алмазные сегменты) различной формы в зависимости от назначения – для алмазных буровых коронок, для алмазных отрезных дисков или фрез, для шлифовальных дисков или пр.
Затем изделия спекаются по технологии порошковой металлургии и припаиваются (или привариваются лазерной сваркой) к стальной основе инструмента – коронке или диску.

После спекания металлический порошок образует т.н. матрицу, в которой удерживаются алмазные зерна.
После напайки или приварки алмазных режущих сегментов к инструменту сегменты «вскрывают» - производят кратковременную сухую резку абразивного материала. Верхний слой матрицы при этом стачивается, обнажая алмазные микрорезцы. После этого алмазный инструмент готов к продаже и эксплуатации.

Потребительские свойства алмазных сегментов зависят как от характеристик алмазных зерен, так и от свойств матрицы. Необходимые свойства матрицы становятся понятны из рассмотрения принципа работы алмазного режущего инструмента:

• образование «микрорезца»
• удаление обрабатываемого материала

• выкрашивание алмаза, скругление граней
• износ матрицы

• выпадение режущего алмаза
• «вскрытие» новых алмазов
• образование новых «микрорезцов»

Таким образом, постоянный износ матрицы – необходимое условие сохранения режущих свойств алмазного инструмента.

Понятно, что чем мягче матрица, тем чаще обновляются алмазные микрорезцы и тем выше скорость обработки материала – сверления или резки. Но и тем быстрее стачиваются алмазные сегменты. При выборе твердости матрицы производителю алмазных сегментов постоянно приходится искать компромисс между скоростью работы инструмента (скоростью проходки) и продолжительностью жизни инструмента.

Оптимальная твердость матрицы зависит от нескольких факторов. Первый из них – твердость обрабатываемого материала:

• При обработке твердых материалов (керамика, гранит, кварц) алмазные зерна выкрашиваются сравнительно быстро. Если вовремя не вскрыть новые зерна, наступает «засаливание» алмазного сегмента. Для резки твердых материалов используют алмазные сегменты с мягкой матрицей (бронза, олово).
• При обработке мягких материалов (строительные блоки, известняк) износ алмазных зерен, наоборот, медленный. Чтобы алмазные зерна долго не выпадали из матрицы, в качестве связующего используют твердые сплавы (например, карбид вольфрама).
• Для обработки материалов средней твердости (армированный бетон, бетонная стяжка) используют алмазные сегменты с матрицей средней твердости (железо, кобальт, никель).

Алмазные сегменты маркируют по твердости матрицы. Например, фирма Nexus Diamante (Италия) использует семь основных составов матрицы в порядке убывания твердости: X1-X7.
Что касается алмазных зерен, то чем выше твердость обрабатываемого материала, тем мельче алмазные зерна и тем выше их концентрация. Для мягких материалов применяются алмазные сегменты с более крупными алмазными зернами.

В порядке убывания твердости основные обрабатываемые материалы можно расположить следующим образом:

• Керамика
• Гранит, кварцит
• Глина (плитка, черепица)
• Твердый, армированный бетон
• Бетонная стяжка
• Свежий бетон, штукатурка
• Асфальт
• Строительные блоки
• Песчаник, туф

Второй фактор, который влияет на выбор оптимальной твердости матрицы алмазного сегмента – абразивность материала.

• Гранит или кварц обладают низкой абразивностью, медленнее стачивают матрицу. Поэтому требуется более мягкая матрица.
• Кирпичная кладка обладает высокой абразивностью и быстрее стачивает матрицу. Требуется более твердая матрица.