Освоение алмазной обработки: проверенные советы и передовые технологии

---

Опубликовано 26 августа 2019 г. | Автор: WayKen Rapid Manufacturing

Традиционно ЧПУ-обработка считается методом высокой точности. Однако у режущих методов есть свои пределы. Невозможно сделать режущий край достаточно идеальным, чтобы конкурировать с абразивным кругом по точности и чистоте поверхности. Тем не менее, новые техники и оборудование развиваются постоянно. И у нас есть сравнительно новое решение, позволяющее станкам с ЧПУ приблизиться к точности абразивных методов. Это решение называется алмазная обработка.

Почему алмазная обработка улучшает качество поверхности детали

При обработке твердость режущего инструмента — один из самых важных параметров. Как известно, нет материала тверже алмаза. Искусственные алмазы выдерживают очень высокие температуры и режимы резания. Они относительно дешевы, а их режущий край настолько тонок, что с однокристальным алмазным резаком можно получить зеркальную поверхность — единственный способ достичь такой чистоты без покупки крайне дорогих шлифовально-полировальных станков. Алмазы можно устанавливать на обычные станки с ЧПУ, и при настройке технологической системы на максимальную жесткость можно получать выдающиеся результаты. Можно обрабатывать самые твердые металлы и получать зеркальную чистоту поверхности. Алмазное точение и алмазная фрезеровка — из самых распространенных технологий, доступных сейчас для коммерческого использования.

Преимущества алмазной обработки

У алмазной обработки множество преимуществ, главные из которых:

1. Выдающаяся обработка алюминия. Алмазные инструменты отлично выдерживают высокие скорости резания и температуры. Поэтому алмазные технологии часто используют для серийного производства алюминиевых деталей. Одна алмазная вставка может пережить множество твердосплавных инструментов при обработке алюминия.
2. Обработка твердых сплавов. Общее правило: более твердый материал может резать более мягкий. Поскольку нет ничего тверже алмазов, они крайне полезны для обработки твердых сплавов, керамики и других материалов с высокой твердостью.
3. Алмазная полировка. Некоторые алмазные резаки используют для полировки прозрачных материалов: стекла, поликарбоната, ПММА. Это возможно благодаря тому, что вершина инструмента имеет очень мелкие алмазные зерна.
4. Долговечность. Алмазная режущая вставка в 30–50 раз более долговечна по сравнению с твердосплавной.
5. Качество поверхности. Применяя алмазную обработку для высокоточной резки, можно получить лучшую чистоту поверхности, чем с любым обычным инструментом. По сути, алмазные инструменты привносят в обработку элементы шлифования.

Технологии алмазной обработки

Большинство методов обработки, использующих алмазы в той или иной степени, относятся к шлифовально-полировочным технологиям. Но есть два метода, которые можно реализовать на станках с ЧПУ и которые ближе к резанию, чем к абразивной обработке.

Алмазное точение с одиночным режущим краем (SPDT)

SPDT — метод, крайне похожий на обычное точение, но используется резак с алмазным наконечником. Кроме того, жесткость технологической системы должна быть значительно выше. Это означает малые вылеты закреплений, более короткие опоры резака и минимизацию вибраций. SPDT особенно полезен для изготовления оптических линз, так как они в основном являются телами вращения, их удобно закреплять на токарном станке и использовать однокристальные алмазные вставки для получения прозрачных поверхностей.

Алмазная фрезеровка с одиночным режущим краем (SPDM)

Одиночная алмазная фрезеровка похожа на обычную фрезеровку, но главное отличие — в режущем инструменте и параметрах резания. Инструмент — фреза с алмазными вставками. Установленная на 5-осевом махининговом центре, такая фреза идеально подходит для обработки сложных поверхностей из стекла, ПММА и поликарбоната. Очень быстро вращающаяся алмазная фреза с минимальной подачей и избытком СОЖ может создать лучшую чистоту поверхности для линз автомобильных фар, световодов и индивидуальных оконных стекол. Однако важно всегда помнить о вибрации — она мгновенно разрушит качество поверхности. Для улучшения качества некоторые методы SPDM предполагают обработку только в одном направлении: фреза проходит траекторию, затем возвращается в исходную позицию для шагового перемещения, таким образом сила резания всегда направлена в одну сторону.

Какие инструменты используются для алмазной обработки

Алмазный режущий инструмент по конструкции такой же, как и любой другой, за исключением вставки. Вставка имеет основание из вольфрама или твердого сплава, а на её вершине видна тонкая алмазная пленка. Эта пленка невероятно тверда и служит до 50 раз дольше обычных инструментов. Она очень остра и обеспечивает чистый разрез, давая превосходную чистоту поверхности.

Какие материалы можно обрабатывать алмазами

Алмазные инструменты могут обрабатывать широкий спектр материалов: керамику, силикон, поликарбонат, плексиглас (ПММА), цветные сплавы (алюминий, медь, бронза, титан), стекло, различные полимеры (АБС, полиэтилен и др.), высокоабразивные материалы (бетон, гранит, камень). Диапазон материалов очень широк — от твердых и хрупких до мягких и прозрачных.

Когда алмазную обработку категорически нельзя использовать

Очень важное замечание: алмазные инструменты нельзя использовать для резки стали или железных сплавов. Причина в том, что все они содержат значительное количество атомов углерода. Обработка всегда происходит при высоких температурах, и поскольку и алмаз, и сталь содержат углерод, их атомы могут диффундировать при нагреве. В результате инструмент может спаяться с материалом детали, и оба компонента портятся.

Где алмазная обработка дает отличные результаты

Лучше всего обсудить преимущества алмазной обработки на реальных кейсах. Поэтому приведен список примеров:

• Прототипы линз фар. В рамках услуг ЧПУ-прототипирования линза автомобильной фары может быть изготовлена алмазной фрезеровкой. Линза слишком велика и её геометрия слишком сложна (её пришлось разделить на сегменты и потом склеить, сохраняя светопроводящие свойства) для шлифовки, но алмазная фреза на 5-осевом станке может изготовить отличную зеркальную поверхность с нужным качеством.
• Световоды. Световоды — специальные трубки и прозрачные компоненты, помогающие освещать определенные зоны сложным образом. Им нужна очень тонкая чистота поверхности при сохранении сложной геометрии. На лучших 3-, 4- или даже 5-осевых фрезерных станках с ЧПУ WayKen внедрил новейшие технологии алмазной обработки: 5-осевая микрофрезеровка позволяет производить различные типы световодов и линз с отличным оптическим качеством в виде массива или свободной формы.