Тврди и ломљиви материјали као што су оптичко стакло, силицијум карбид, алуминијумска керамика и цементни карбиди углавном се ослањају на дијамантске абразивне алате за високо{0}}прецизно обликовање површине, равно брушење и контурну обраду. Међутим, велика већина дијамантских алата тренутно још увек користи процесе мешања-и-уливања, где су дијамантска зрна насумично распоређена унутар матрице везивања. Овај насумични распоред често доводи до неуједначене густине зрна, великих варијација у висини избочина зрна и неуређених простора за струготине, што директно доводи до ниског коришћења абразива, неуједначеног хабања алата и лоше конзистентности обрадака-што отежава испуњавање захтева за ултра-прецизност и високу{{7}88 чврстоћу{7}} материјала за високу {{7}и чврстоћу.
Стога је наређено распоређивање зрна постало важан правац развоја за следећу генерацију дијамантских абразивних алата. У овом чланку систематски прегледамо три главна процеса формирања-синтеровања, галванизације и лемљења-и категоризујемо принципе и карактеристике примене различитих технологија за постављање зрна.
Како дијамантска зрна треба да буду дизајнирана за аранжман?
Срж уређеног распореда лежи у прецизном дизајну просторне дистрибуције зрна абразива, са кључним параметрима који укључују: висину избочења зрна, дубину уградње, бочни размак и уздужни размак. Равномерна висина избочина обезбеђује да сва зрна учествују у сечењу истовремено, избегавајући прерано отказивање неких зрна услед висинских разлика и спречавајући прерано трљање површине радног предмета везивањем. Дубина уградње директно утиче на силу задржавања везе на зрнима. Бочни и уздужни размаци одређују густину зрна, простор струготине и оптерећење сваког појединачног зрна, чиме утичу на ефикасност млевења. Тренутно, главни наручени обрасци распореда су:
Распоред низа– зрна су распоређена у подједнако распоређене редове и колоне. Ово је најједноставнија структура са малом тешкоћом формирања, пружа релативно стабилне силе брушења и високу ефикасност, али може доћи до интерференције зрна, а храпавост површине радног предмета је релативно нижа.
Постепени распоред– суседни редови су померени за половину размака редова, прекидајући равне путање сечења, обезбеђујући разуман простор за струготине, ефикасно потискујући периодичне трагове млевења и балансирајући глаткоћу са евакуацијом струготине.
Филотактички распоред– инспирисана обрасцима раста листова биљака, зрна су равномерно распоређена дуж Фибоначијеве спирале, без периодичног понављања у дистрибуцији. Путеви сечења се не преклапају, што резултира мањим силама брушења, али ефикасно елиминише таласастост површине, што га чини посебно погодним за брушење у огледалу.
Спирални распоред– зрна су распоређена дуж концентричних кругова или Архимедове спирале, са размаком који варира са радијусом. Евакуација струготине је глатка, погодна за сложену машинску обраду закривљених површина. Током ротације, резне ивице непрекидно захваћају, што резултира малим ударним оптерећењем и смањеним вибрацијама.
Како се израђују наручени абразивни алати?
На основу уобичајених процеса консолидације дијаманата, наручене технологије постављања зрна могу се поделити у три категорије: синтеровање метала, галванизација и лемљење.
01 Метода синтеровања
Синтеровање је најчешћи производни процес за дијамантске алате, где се дијамантска зрна мешају са везивом, пресују у облик и синтерују. Кроз технолошку еволуцију, овај метод сада постиже уређен распоред зрна углавном кроз два приступа:
(1) Метод шаблона:
Везивни прах је једнолично помешан са органским везивом и растварачем, а танак{0}}слој везивног слоја се припрема хидрауличним пресовањем. Наменски шаблон са унапред дизајнираним низом микро-рупа (мало већих од величине дијамантског зрна) се затим користи за прецизно утискивање зрна у танку лепљиву плочу. Након вађења из калупа, више слојева који садрже наручена зрна се слажу и консолидују синтеровањем врућим пресовањем. Овај процес је јефтин и погодан за масовну производњу, али се микро-рупе могу деформисати током пресовања, ограничавајући његову примену на суперабразивна зрна великог пречника.
(2) Метод вакуумског усисавања контролисан АИ:
Ова технологија користи интелигентну опрему за усисавање под негативним притиском да прецизно покупи дијамантска зрна помоћу вакуумске силе на оријентацијску мрежу на унапред постављеним тачкама постављања, праћену роботском руком која их прецизно преноси и причвршћује на површину подлоге алата, постижући наређени распоред и усмерену оријентацију. Процес је високо аутоматизован, са великом стопом сакупљања зрна и одличном прецизношћу позиционирања, погодан за високо прецизну, стандардизовану производњу абразивног алата.
02 Метода галванизације
Основни принцип галванизације је таложење у електричном пољу: под електричном струјом, јони никла у раствору за облагање се разлажу и таложе, прогресивно инкапсулирајући дијамантска зрна претходно постављена на површину супстрата да би се формирала чврста никл-дијамантска превлака. Алати са галванизацијом пружају снажно задржавање зрна и погодни су за млевење различитих тврдих и крхких материјала који се тешко обрађују. Поред ручног постављања, уобичајени правци производње по наруџбини укључују:
(1) Електростатичко постављање:
Користећи електростатичку привлачност, уређај за електростатичку дисперзију адсорбује дијамантска зрна на унапред дизајниране низове лепљивих капљица (површине обложене лепком) на површини супстрата, чиме се постиже уређена дистрибуција зрна. Типично, низ капљица лепка се прецизно примењује помоћу компјутерски контролисане главе за микродозирање. Целокупни процес карактерише висока аутоматизација, брзо таложење зрна и добра тачност позиционирања и може се прилагодити радним комадима сложеног облика. Међутим, мање недостатке као што су недостајућа зрна или агломерација зрна тешко је у потпуности елиминисати током лепљења.
(2) Метода отварања маске:
Танак слој маске се наноси или премазује на површину подлоге, са отворима само на унапред подешеним позицијама за постављање. Након претходног наношења слоја основног метала, дијамантска зрна се могу таложити само унутар отвора; уклањањем маске добија се једнослојни поредани низ зрна. Тренутно успешне маске укључују маске за надоградњу, маске за премазивање, лепљиве маске, маске засноване на ситоштампи и фотолитографске маске. Међу њима, маске за сито штампу се широко користе за наређено постављање зрна на сложене површине. Фотолитографске маске укључују компликоване процедуре и веће трошкове производње, а углавном се користе за високо прецизне ултра танке галванизоване брусне плоче.
03 Метода лемљења
Лемљење се ослања на активне металне додатке за лемљење да би се формирале металуршке везе са дијамантом, обезбеђујући много веће задржавање зрна од галванизације или конвенционалног синтеровања. Једнослојни лемљени алати имају веће избочине зрна и довољно простора за струготине, што их чини пожељним избором за брзо и ефикасно брушење. Тренутно зрели процеси пласмана нарученог зрна укључују:
(1) Метода керамичких рупа-шаблона:
Пунило за лемљење се прво равномерно наноси на подлогу алата. Керамички шаблон са низовима микро рупа се затим поставља на површину супстрата, а дијамантска зрна се попуњавају у отворе за позиционирање. Цео склоп се затим лемљује у једном циклусу вакуумске пећи. Пошто је керамички шаблон отпоран на топлоту и не пријања на пунило за лемљење, може се поново користити више пута, са стабилном тачношћу постављања, погодан за серијску производњу равних брусних плоча.
(2) Ласерско лемљење:
У овој методи, пунило за лемљење и дијамантска зрна су равномерно распоређени на површини металне подлоге. Ласерски скенер се контролише да селективно озрачи одређене тачке; зрна на озраченим местима су локално лемљена и фиксирана на подлогу. Након уклањања растреситих зрна из неозрачених подручја, формира се једнослојна уређена структура зрна. Овај процес нуди изузетно високу тачност позиционирања и погодан је за високо прецизне једнослојне наручене абразивне алате, али је улагање у опрему релативно велико и углавном се користи за врхунску производњу алата по мери.