پیش‌نویس:ابزار الماس
 | این مقاله دارای چندین مشکل است. خواهشمندیم به بهبود آن کمک کنید یا در مورد این مشکلات در صفحهٔ بحث گفتگو کنید. (دربارهٔ چگونگی و زمان مناسب برداشتن این برچسبها بیشتر بدانید)
|
ابزار الماس ابزاری برای برش با دانه های الماس است که به وسیله مواد چسباننده یا با روشی دیگر بر روی قسمت های لازم ابزار ثابت می شوند. با توجه به اینکه که الماس یک ماده فوق سخت است، ابزار الماس در مقایسه با ابزارهایی که با ساینده های معمولی مانند کوراندوم و کاربید سیلیکون ساخته شده اند، مزایای بسیاری دارد.
تاریخچه[ویرایش]
پلینی در تاریخ طبیعی نوشت: "وقتی یک آداماس بطور کامل شکسته می شود، به قطعات کوچکی تبدیل می شود که به ندرت قابل مشاهده هستند. این قطعات مورد توجه حکاکان جواهرات هستند و توسط آنها در وسایلی آهنی وارد می شوند زیرا بدون مشکل در سخت ترین مواد حفره هایی ایجاد می کنند." [۱]
مزایا[ویرایش]
الماس یکی از سخت ترین مواد طبیعی در کره ی زمین است. بسیار سخت تر از کوراندوم و کاربید سیلیکون. الماس همچنین دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش خوب و ضریب اصطکاک کم است. پس زمانی که به عنوان یک ساینده مورد استفاده قرار می گیرد، بطور واضح مزایای زیادی نسبت به سایر ساینده های معمولی دارد.
مزایای ابزارهای سنگ زنی الماس[ویرایش]
الماس می تواند برای ساخت ابزارهای سنگ زنی مورد استفاده قرار گیرد که دارای مزایای زیر است:
- راندمان سنگ زنی بالا، نیروی سنگ زنی کم : حرارت کمتری توسط سوراخ در فرآیند سنگ زنی تولید می شود. این می تواند سوختگی و ترک روی سطح قطعه کار را کاهش داده یا از آن جلوگیری کند و سایش و مصرف انرژی تجهیزات را کاهش دهد.
- مقاومت در برابر سایش بالا : تغییر ابعاد ابزارهای سنگ زنی الماس اندک است. این می تواند منجر به کیفیت سنگ زنی خوب و دقت بالای آسیاب شود.
- طول عمر طولانی، دوره پانسمان طولانی : این می تواند راندمان کار را تا حد زیادی افزایش دهد و محیط کار کارگران را بهبود بخشد و شدت کار محصول را کاهش دهد.
- هزینه جامع کم : هزینه پردازش هر قطعه کار کمتر است.
دسته بندی ها[ویرایش]
هزاران نوع از ابزار های الماس وجود دارد. آنها را می توان با توجه به روش های تولید و کاربرد آنها تقسیم بندی کرد.
دسته بندی ها بر اساس روش تولید[ویرایش]
ابزارهای الماس را می توان با توجه به روش های تولید آن ها به صورت زیر تقسیم بندی کرد:
- ابزارهای الماس با پیوند فلزی : مواد اتصال ابزار، فلز متخلخل حاوی سنگ الماس است. بخش های کاربردی ابزار معمولاً قطعات الماسی هستند. این ابزارها شامل تیغه های اره الماس با چسب فلزی، چرخ های فنجان سنگ زنی الماسی ، مته های هسته الماسی و غیره می باشد. بسته به سختی یا ساینده بودن مواد. پیوند مورد استفاده میزان ساییدگی پودرهای فلزی را تعیین می کند و کریستال های الماس جدید را در سطح قرار می دهد و در نتیجه سطح برش ساینده را حفظ می کند. استحکام باند متفاوتی با ترکیب آلیاژی از پودرهای فلزی انتخاب شده و میزان حرارت و فشار اعمال شده به بخش متخلخل به دست می آید. ماده مرجع در طول تاریخ کبالت بوده است، به دلیل حفظ الماس بالا، سهولت پردازش با فشار داغ و نرخ سایش قابل تنظیم توسط پودرهای مخلوط برنز [۲] یا کاربید تنگستن. با توجه به قیمت بالا و ناپایدار آن و نگرانی های زیست محیطی، سیستم های جایگزین بر اساس آلیاژها یا مخلوط های آهن-مس، با افزودنی های فلزی و غیر فلزی بیشتر توسعه یافته اند. [۳]
- ابزارهای الماسی متصل به رزین : مواد چسباننده ابزار عمدتاً پودر رزین است. نمونه ای از این نوع ابزار، لنت های پولیش الماس چسبانده شده با رزین است که در صنعت ساختمان استفاده می شود.
- ابزارهای الماس آبکاری شده : این ابزارها با چسباندن الماس ها بر روی پایه ابزار به روش آبکاری الکتریکی یا از طریق روش CVD (رسوب بخار شیمیایی) ساخته می شوند. آنها معمولاً می توانند با دقت پردازش خوبی ساخته شوند.
- ابزارهای الماسی با پیوند سرامیکی : مواد چسباننده ابزار معمولاً شیشه و پودر سرامیک است. این ابزار معمولاً دارای ویژگی های پایداری شیمیایی خوب، تغییر شکل الاستیک کوچک، اما شکنندگی بالا و غیره است.
- الماس پلی کریستالی (PCD) : آنها معمولاً از پخت بسیاری از بلورهای تک الماس با اندازه میکرو در دمای بالا و فشار بالا ساخته می شوند. PCD چقرمگی شکست خوب و پایداری حرارتی خوبی دارد و در ساخت مته های زمین شناسی استفاده می شود.
- کامپوزیت یا فشرده الماس پلی کریستالی (PDC) : آنها از ترکیب برخی از لایه های الماس پلی کریستالی (PCD) با لایه ای از آستر کاربید سیمانی در دمای بالا و فشار بالا ساخته می شوند. PDC دارای مزایای مقاومت در برابر سایش بالای الماس با چقرمگی خوب کاربید است.
- ابزار الماس لحیم کاری شده با دمای بالا : این ابزار با لحیم کاری یک لایه الماس بر روی ابزار از طریق لحیم کاری در دمای بیش از 900 ساخته می شود. درجه سانتی گراد با استفاده از لحیم کاری خلاء یا لحیم کاری محافظت شده در جو. این ابزار چندین مزیت دارد: لحیم کاری می تواند الماس ها را بسیار محکم نگه دارد، ارتفاع تک لایه الماس ها می تواند 70٪ تا 80٪ اندازه آنها باشد، و الماس ها را می توان به طور منظم روی ابزار مرتب کرد.
دسته بندی ها بر اساس کاربرد[ویرایش]
اگر تقسیم بندی با توجه کاربرد انجام شود، ابزارهای الماس تراش، ابزارهای برش الماس (مانند مته های پیچشی با روکش الماس)، ابزارهای مته زنی الماس، ابزارهای اره الماس (به عنوان مثال، تیغه های اره الماس )، قالب های طراحی الماس و کاربرد های دیگر وجود دارد.
کاربرد ها[ویرایش]
مواد قابل اجرا[ویرایش]
ابزار های الماس برای پردازش مواد زیر مناسب است:
- آلیاژ کاربید
- مواد غیر فلزی سخت یا ساینده، به عنوان مثال، سنگ، بتن، آسفالت، شیشه، سرامیک، سنگ های قیمتی و مواد نیمه هادی.
- فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس و آلیاژهای آنها و برخی مواد نرم اما سخت مانند لاستیک و رزین.
با توجه به اینکه الماس‌ها می‌توانند با Fe, Co, Ni, Cr, V در دماهای بالایی که در فرآیندهای سنگ زنی ایجاد می شود، واکنش دهند، ابزارهای الماس غالبا برای پردازش فولادها از جمله فولادهای معمولی و فولادهای آلیاژی گوناگون مناسب نیستند، در حالی که ابزار فوق سخت دیگر، ابزار نیترید بور (CBN) برای پردازش فولادها مناسب است. ابزارهای تولید شده با ساینده های عادی (مانند کوراندوم و کاربید سیلیکون) نیز می توانند این کار را انجام دهند.
زمینه های کاربردی[ویرایش]
ابزار های الماس در زمینه های زیر مورد استفاده قرار می گیرد:
- اکتشاف زمین شناسی یا پروژه : مته های زمین شناسی الماس، مته های نفت الماس و مته های دیوار نازک الماس اغلب استفاده می شود. کاربرد اصلی بیت های حفاری PCD در صنایع نفت و گاز طبیعی و صنعت معدن می باشد.
- پردازش سنگ : تیغه های اره مدور الماس، اره های الماس باند، اره نواری الماس برای اره سنگ مرمر، گرانیت و سایر بلوک های سنگی استفاده می شود. اره سیم الماس در معادن سنگ برای بهره برداری از بلوک های سنگ خام استفاده می شود. ابزارهای الماسی شکل برای پردازش سنگ به شکل خاصی استفاده می شود. برای صیقل دادن سنگ از پدهای پولیش الماس متصل به رزین استفاده می شود.
- ساخت و ساز : تیغه های اره الماس با اندازه متوسط یا کوچک، مته های هسته الماس و برخی ابزارهای سنگ زنی یا پرداخت الماس اغلب در تعمیر جاده ها، بازسازی ساختمان ها و پردازش مصالح ساختمانی استفاده می شود.
- نجاری : کفپوش لمینت کامپوزیت به طور گسترده استفاده می شود. مانند سنگ پوشیدنی است. در پردازش آن از تیغه های اره دایره ای PCD، برش پروفیل، مته های پیچشی و سایر ابزارهای الماسی استفاده می شود.
- پردازش قطعات یدکی خودرو : ابزارهای برش PCD و PCBN برای برآوردن نیازهای پردازش با راندمان بالا و انحراف کم در این حوزه استفاده می شوند.
- پردازش محصولات IT و لوازم خانگی : چرخ های برش الماس بسیار نازک با دقت بالا برای برش برش های سیلیکون استفاده می شود. چرخ های سنگ زنی الماس متصل به رزین برای پردازش سرامیک در صنعت فیبر نوری استفاده می شود.
- پردازش سرامیک های مهندسی : سرامیک های مهندسی به طور گسترده در بسیاری از صنایع استفاده می شود. آنها دارای خواص چقرمگی بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا هستند. چرخ های سنگ زنی الماس با چقرمگی بالا و بادوام برای پردازش آنها ساخته شده اند.
- ابزار کاربید و سایر ابزارهای مکانیکی پردازش : ابزارهای الماس برای به دست آوردن دقت و کارایی پردازش بالا استفاده می شود.
علاوه بر مواردی که در بالا لسیت شده است، ابزارهای الماس در زمینه های دیگری نیز مورد استفاده قرار می گیرند، به عنوان مثال، در پزشکی، دانشمند ونزوئلایی هامبرتو فرناندز موران، چاقوی الماس را برای استفاده در جراحی های ظریف در سال 1955 اختراع کرد.
جدا از استفاده به عنوان ساینده به دلیل سختی بالا، الماس به خاطر سایر ویژگی هایی بسیار خوبی که دارد دیگر مانند رسانایی حرارتی بالا، ضریب اصطکاک کم، پایداری شیمیایی بالا، مقاومت بالا و عملکرد نوری بالا برای ساخت محصولات دیگر نیز مورد استفاده قرار می گیرد. پوشش روی یاتاقان ها و سی دی ها، عمل به عنوان لنز و ترمیستور، ساخت سوئیچ ها و سنسورهای با ولتاژ بالا و ... از جمله این کاربرد ها هستند.
چند نمونه از ابزارهای الماس[ویرایش]
ابزار پانسمان الماس[ویرایش]
کمدهای الماس شامل ابزارهای تک یا چند نقطه ای هستند که به یک ساقه فولادی لحیم شده و برای درست کردن و پانسمان چرخ های سنگ زنی استفاده می شود. این ابزارها انواع گوناگونی دارند، مانند آغشته به سنگ ریزه، نوع تیغه ای، نوع تاج و نوع دیسکی. نکات مثبت ابزارهای چند نقطه ای نسبت به ابزارهای تک نقطه ای شامل موارد زیر می شوند:
- می توان از تمام الماس استفاده کرد. در ابزار تک نقطه ای، زمانی که نقطه صاف است، الماس باید ریست شود و پس از چند بار تنظیم مجدد، الماس جایگزین می شود.
- ابزارهای چند نقطه ای دقت بالاتری دارند، به خصوص در سنگ زنی فرم ، که در آن از انواع تیغه استفاده می شود. تیغه ها از الماس های کشیده تشکیل شده اند. ضخامت کنترل شده است و تیغه ها در ضخامت های ۰٫۷۵ تا ۱٫۴۰ میلیمتر (۰٫۰۳۰ تا ۰٫۰۵۵ اینچ) موجود هستند. .
- ابزارهای گریت از درجه سختی برخوردار هستند و می توان از آنها برای آسیاب های رومیزی استفاده کرد.
- از آنجایی که از نقاط کوچک استفاده می شود، الماس ها بر خلاف ابزارهای تک نقطه ای که دارای نقاط ضخیم هستند، لبه برشی با نقاط طبیعی دارند.
- هزینه ابزارهای چند نقطه ای کمتر است، زیرا از الماس های کوچکتر و ارزان تر استفاده می شود.
ابزار برش PCD[ویرایش]
- ↑ Pliny the Elder. "Natural History". Archived from the original on 2017-01-01. Retrieved 2014-05-28.
- ↑ "Free-Sintering Behaviour of Bronze Powders for Diamond Tools".
- ↑ Konstanty, Janusz (2013). "Sintered diamond tools: Trends, challenges and prospects". Powder Metallurgy. 56 (3): 184–188. Bibcode:2013PowM...56..184K. doi:10.1179/1743290113Y.0000000058.
الماس پلی کریستالی (PCD) در یک پرس که دما و فشار بالایی دارد (HT-HP) به وجود می آید، یا به عنوان یک ویفر الماس بر روی یک پشتی از کاربید، یا تشکیل یک "رگه" از الماس داخل یک ویفر یا میله کاربید.
بیشتر ویفرها تا حد آینه ای جلا داده می شوند، سپس با ابزار ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) به قطعات کوچکتر و کارآمد بریده می شوند و سپس بر روی تیغه اره، ریمر، مته یا سایر ابزار ها لحیم می شوند. اغلب آنها با EDM ماشینکاری می شوند و یا زمان بیشتری آسیاب می شوند تا رگه الماس در امتداد لبه برش پیدا شود. این ابزارها غالبا برای ماشینکاری مواد غیر فلزی و غیر آهنی مورد استفاده قرار می گیرند.
عملیات سنگ زنی به دلایل گوناگونی با EDM ترکیب می شود. به عنوان نمونه، براساس گفته مدرن ماشین شاپ،[نیازمند منبع]</link> این ترکیب این امکان را فراهم می کند تا نرخ حذف مواد بالاتری داشته باشد و در نتیجه از نظر مالی مقرون به صرفه تر است. همچنین، فرآیند EDM کمی بر روی پرداخت سطح تأثیر می گذارد. سنگ زنی در ناحیه آسیب دیده برای ایجاد پرداخت سطح ریزتر مورد استفاده قرار می گیرد. موسسه ماشینکاری الکتریکی پکن[نیازمند منبع]</link> شکل‌دهی و هندسه سطح ظریف‌تری را به ترکیب این دو فرآیند در یک فرآیند نسبت می‌دهد.
خود این فرآیند با ترکیب دو بخش از هر فرآیند جداگانه در یک چرخ سنگ زنی انجام می شود. چرخ گرافیت الماسی کار سنگ زنی را انجام می دهد، در حالی که حلقه گرافیتی دور چرخ به عنوان قسمت EDM کار می کند. با این حال، با توجه به اینکه الماس یک ماده نارسانا است، پیوند در قطعه کار PCD باید به اندازه لازم باشد تا رسانایی مورد نیاز برای عملکرد فرآیند EDG را تامین کند.
ابزارهای الماس پلی کریستالی به شکل وسیعی در صنایع خودروسازی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. آنها برای ماشینکاری با سرعت بالا (9000 فوت سطح در دقیقه یا بالاتر) در آلیاژهای سخت و ساینده آلومینیوم و فرآیندهای با سایش بالا مانند مته زنی فیبر کربن و سرامیک ایده آل هستند. لبه های برش الماس باعث می شود پیش از نیاز به تعویض، برای مدت طولانی ماندگاری داشته باشند. فرآیندهای با حجم بالا، تحمل‌های سخت و فرآیندهای بسیار ساینده برای ابزارکاری الماس ایده‌آل هستند.
فشرده الماس پلی کریستالی[ویرایش]
در اواخر دهه 1970، جنرال الکتریک فناوری الماس پلی کریستالی فشرده شده (PDCs) را به عنوان جانشینی برای الماس های طبیعی در مته ها توسعه داد. [۱] PDC ها طی زمان های طولانی در محیط های آزمایشگاهی برای برش سطوح سنگ های کریستالی استفاده شده اند و در حال حاضر این ظرفیت ها در محیط های خشن در سرتاسر جهان پیاده سازی شده است.
در آگوست 2000، وزارت انرژی ایالات متحده مدعی شد که حدودا یک سوم کل فیلم های مته کاری شده در سراسر جهان با بیت های PDC مته کاری می شوند، با ادعای ذخیره نزدیک به 100000 دلار در هر بیت PDC در مقایسه با بیت های هسته غلتکی.
خمیر و دوغاب الماس[ویرایش]
خمیرهای الماس برای پرداخت موادی که نیاز به سطح آینه ای دارند مورد استفاده قرار می گیرد. آنها اغلب در نمونه های متالورژی، قالب های کاربید، مهر و موم کاربید، صنعت شیشه عینک، و برای پرداخت سطح الماس مورد استفاده قرار می گیرند. خمیر الماس معمولا در کاربرد های صنعتی برای پرداخت و تیز کردن تیغه های فلزی و سایر سطوح فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. خمیر فقط برای صیقل دادن تیغه فلزی نیست، بلکه لبه برش را هم تیز می کند.
ابزار آبکاری الماس[ویرایش]
پودر الماس که از طریق آبکاری الکتریکی ته نشین می شود برای ساخت فایل‌ها (از جمله سوهان ناخن) و در کاربردهای کوچک آسیاب استفاده می‌شود.
ابزار تراش الماس تک نقطه ای[ویرایش]
در تراشکاری الماس تک نقطه ای (SPDT) یک الماس جامد و بی نقص به عنوان لبه برش مورد استفاده قرار می گیرد. الماس تک کریستالی می تواند طبیعی یا ساختگی باشد و با سنگ زنی و پرداخت مکانیکی در ابعاد مطلوب تیز می شود. لبه برش بیشتر ابزارهای الماسی تا ده ها نانومتر تیز است که آنها را برای برش مواد غیر آهنی با دقت بسیار بالا، بسیار کارآمد می کند. SPDT یک عملیات ماشینکاری با دقت بالا است که برای ایجاد اپتیک های غیرکروی و غیر عادی نهایی مورد استفاده قرار می گیرد بدون اینکه به پرداخت سطح بیشتر پس از اتمام نیاز باشد. دقیق‌ترین ماشین ابزار دنیا، LODTM، که در گذشته در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور استفاده می‌شد، دارای دقت پروفیل 28 نانومتر بود، در حالی که بیشتر ماشین‌ها به دنبال ناهمواری به اندازه آن انحراف هستند. [۲]
SPDT برای اپتیک، برای سطوح صاف که در آنها نیاز به پرداخت سطح و همچنین دقت ابعادی بسیار بالا وجود دارد، و زمانی که لپ‌گذاری غیراقتصادی یا غیرعملی باشد، استفاده می‌شود.
تیغه های اره الماس[ویرایش]
برای اره های قطع کننده که با گاز کار می کنند و سرعت بالایی دارند، اره های پشتی، آسیاب های دستی، اره های پل، اره های رومیزی، اره های کاشی و انواع دیگر اره ها.
- تیغه مقعر
- برای برش منحنی روی میزها برای نصب سینک یا مجسمه سازی.
- نشانگرها را جمع کنید
- تیغه های الماس ضخیم برای ترمیم، شامل سنگ زنی و جایگزینی ملات.
- شکارچی ها
- تیغه های الماس V شکل ضخیم برای ترمیم ترک های بتن.
فنجان های سنگ زنی با نوک الماس[ویرایش]
غالبا در آسیاب های دستی برای سنگ زنی بتن یا سنگ مورد استفاده قرار می گیرند.
اره هسته یا اره سوراخ دار با نوک الماس[ویرایش]
لوله فولادی توخالی با بخش های الماسی برای ایجاد سوراخ در دیوارهای بتنی در صنعت ساخت و ساز، کاشی های چینی یا میزهای گرانیتی در صنایع داخلی، یا همچنین برای استخراج هسته نمونه در صنعت معدن مورد استفاده قرار می گیرند.
درج ابزار PCD[ویرایش]
مورد استفاده در ماشین ابزار هایی که سرامیک و آلومینیوم را با سرعت بالا ماشینکاری می کنند.
درج ابزار PD[ویرایش]
در مراکز تراشکاری برای اپتیک و سطوح دقیق مورد استفاده قرار می گیرد.
پد پولیش[ویرایش]
پدهایی با کریستال های از جنس الماس برای صیقل دادن مرمر و دیگر سنگ های ظریف.
برش با سیم الماس[ویرایش]
سیم با کریستال های الماس برای برش.
برخی از خصوصیات برش با سیم الماس عبارتند از:
بدون ضربه، بدون بخار و ساکت
سطح برش صافعمق برش نامحدودبرش افقی، عمودی و با زاویه دهانه های دایره ای تا قطر 2500 میلی مترتاسیسات برش غوطه ور که اجازه می دهد تا دهانه های کور تشکیل شوندکنترل از راه دور برای افزایش ایمنی
زنجیر اره الماس[ویرایش]
برای بریدن سنگ، بتن و آجر با اره برقی ویژه.
همچنین ببینید[ویرایش]
منابع[ویرایش]
- ↑ Journal of Petroleum Technology. "Legends of Drilling" (PDF). pp. 50–55. Archived from the original (PDF) on 2011-07-26. Retrieved 2010-08-02.
- ↑ The World's Most Accurate Lathe, Lawrence Livermore National Laboratory, April 2001