Инструменты из монокристаллов алмаза

Для изготовления многих алмазных инструментов, таких, как резцы, иглы, стеклорезы, фильеры и др., применяются отдельные кристаллы алмаза или их части. В этих целях обычно используются камни массой от 0,1 до 2 кар, реже мельче; в особо ответственных случаях иногда применяются и более крупные кристаллы до 3 и даже 5 кар.

Алмазные резцы используют для обработки резанием самых разнообразных материалов - металлов, камня, мягкой и твердой резины, пластмасс и т. д. Производительность их при обточке изделий из пластмасс в 900 раз выше производительности резцов из твердых сплавов. Они длительное время могут работать без переточки и переналадки (табл. 13) и поэтому широко применяются в машиностроении, автомобильной и других отраслях промышленности. Работа алмазными резцами не только высокопроизводительна, но и обеспечивает высокие точность и чистоту обработки деталей.

Таблица 13. Сравнительные показатели работы алмазных резцов и резцов из других материалов

По форме заточки алмазные резцы могут быть с одним или несколькими режущими лезвиями круглой формы или специального профиля. При высоких давлениях в процессе резания необходимо учитывать хрупкость алмазов. Наиболее стойкими из них являются кристаллы с углами при вершине резца больше 90 °С, т. е. резцы продольного точения. Для резцов применяют алмазы от 0,31 до 0,85 кар (чаще всего 0,5-0,6 кар).

Для правки деталей фасонных профилей используют алмазы в оправах, т. е. кристаллы алмазов, закрепленные на 3/4 своей длины в металлическую оправу и ориентированные в направлении наибольшей твердости к поверхности круга. Закрепление алмаза в оправе производится обычно путем пайки медно-цинковыми, цинково-алюминневыми или серебряными припоями.

Алмазные иглы - это кристаллы алмазов с естественной острой вершиной или осколки с острым ребром массой от 0,1 до 0,3 кар (для специальных целей - меньше), закрепленные в металлических стержнях. Алмаз для игл может быть изготовлен специальной огранкой кристалла в виде четырехгранной пирамиды. Алмазные иглы широко применяются для изготовления метчиков на резьбошлифовальных станках.

Алмазные иглы ионической формы со сферической головкой используют в профилометрах и профиллографах, которые служат для измерения мельчайших неровностей и чистоты поверхности различных деталей. Для изготовления таких игл используют прозрачные или полупрозрачные кристаллы алмазов удлиненной формы, по возможности с круговым сечением, без дефектов, массой 0,002-0,01 кар.

Наконечники с алмазным конусом с углом 120° используют в различного рода твердомерах для определения твердости металлов, сплавов, минералов и др. Для этой цели идут плоские прозрачные или полупрозрачные хорошо ограненные кристаллы массой 0,18-0,6 кар.

Кристаллы алмазов без дефектов (трещины, включения, раковины и др.) массой 0,02-0,2 кар являются лучшим материалом для изготовления стеклорезов.

Весьма широко применяются алмазы для изготовления фильер при производстве проволоки из твердых материалов и особенно проволоки малых диаметров. Фильерами (или волоками) называются пластинки с просверленными в них тончайшими отверстиями, которые используются для волочения (протягивания) проволоки. При этом основная трудность в изготовлении проволок малых диаметров заключается в сверлении тонких отверстий в фильерах. В связи с высокой твердостью и большой износостойкостью алмаз оказался незаменимым материалом для таких фильер. Потребность же в проволоке малых диаметров огромна и постоянно возрастает в связи с развитием электроники и ряда других отраслей промышленности. *i

Для волочения тонкой проволоки применяют алмазные волоки с высверленным отверстием в форме конуса (канал волочения) в металлической оправке из латуни или железа. С помощью алмазных волок можно получать проволоку диаметром 7 мкм и менее. Стоимость алмазных волок тем выше, чем меньше диаметр канала волочения.

Для волочения проволоки больших диаметров обычно применяют твердосплавные волоки, но, когда необходима особенно высокая точность обработки, используют алмазные. Одна алмазная волока может заменить до 345 волок из твердых сплавов при увеличении скорости волочения в 2-3 раза.

Алмазы для изготовления волок должны быть прозрачны, без дефектов, трещин, раковин и посторонних включений, заметных при десятикратном увеличении, и иметь массу кристалла 0,1-3,5 кар.

Для сверления малых отверстий в алмазе используется ряд электрофизических и ультразвуковых методов. В последнее время нашел применение ультразвуковой метод сверления с использованием стальной иглы. При этом разрушение алмаза в направлении будущего канала волочения производится суспензией, состоящей на 50 % из алмазного порошка и на 50 % из воды. Ультразвуковые колебания создают в суспензии гидравлические удары, под воздействием которых частицы алмазного порошка с большой скоростью ударяются о кристалл алмаза и выкрашивают из него мельчайшие частицы.

Огромные возможности для обработки алмазов открыла лазерная техника, которая позволяет "сверлить" в алмазе отверстия практически неограниченно малого диаметра. Для этой цели разработано несколько специализированных установок. Лазерную обработку отверстия осуществляют пооперационно, комбинируя ее с ультразвуковой обработкой и полировкой рабочего канала.

Применение лазерной технологии изготовления фильер повышает производительность труда на соответствующих операциях в 12- 15 раз по сравнению с электрофизическими методами и в 200 раз по сравнению с механическим способом. Кроме того, при этом высвобождаются большие производственные площади и значительно улучшаются условия труда.