Τα σκληρά και εύθραυστα υλικά όπως το οπτικό γυαλί, το καρβίδιο του πυριτίου, τα κεραμικά αλουμίνας και τα καρβίδια με τσιμέντο βασίζονται γενικά σε λειαντικά εργαλεία διαμαντιού για τη διαμόρφωση επιφανειών υψηλής ακρίβειας{{0}, την επίπεδη λείανση και την κατεργασία περιγράμματος. Ωστόσο, η συντριπτική πλειονότητα των εργαλείων διαμαντιών επί του παρόντος εξακολουθούν να χρησιμοποιούν διαδικασίες ανάμειξης{-και-χύτευσης, όπου οι κόκκοι διαμαντιών κατανέμονται τυχαία εντός της μήτρας δεσμών. Αυτή η τυχαία διάταξη οδηγεί συχνά σε ανομοιόμορφη πυκνότητα κόκκων, μεγάλες διακυμάνσεις στο ύψος της προεξοχής κόκκων και σε άτακτους χώρους τσιπς, με άμεσο αποτέλεσμα χαμηλή χρήση λειαντικών, ανομοιόμορφη φθορά του εργαλείου και κακή συνοχή του τεμαχίου εργασίας-καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων εξαιρετικά-ακρίβειας και υψηλής{7}}υψηλής σταθερότητας{8} υλικών.
Ως εκ τούτου, η παραγγελία κόκκων έχει γίνει μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης για την επόμενη γενιά εργαλείων λειαντικών διαμαντιών. Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε συστηματικά τις τρεις κύριες διαδικασίες μορφοποίησης-πυροσυσσωμάτωση, ηλεκτρολυτική επίστρωση και χαλκοσυγκόλληση-και κατηγοριοποιούμε τις αρχές και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής των διαφόρων τεχνολογιών διατεταγμένης τοποθέτησης κόκκων.
Πώς πρέπει να σχεδιάζονται οι κόκκοι διαμαντιών για διάταξη;
Ο πυρήνας της διατεταγμένης διάταξης έγκειται στον ακριβή σχεδιασμό της χωρικής κατανομής των λειαντικών κόκκων, με βασικές παραμέτρους που περιλαμβάνουν: ύψος προεξοχής κόκκων, βάθος ενσωμάτωσης, πλευρική απόσταση και διαμήκη απόσταση. Το ομοιόμορφο ύψος προεξοχής διασφαλίζει ότι όλοι οι κόκκοι συμμετέχουν στην κοπή ταυτόχρονα, αποφεύγοντας την πρόωρη αστοχία ορισμένων κόκκων λόγω υψομετρικών διαφορών και αποτρέποντας το πρόωρο τρίψιμο της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας από το κολλητικό. Το βάθος ενσωμάτωσης επηρεάζει άμεσα τη δύναμη συγκράτησης του δεσμού στους κόκκους. Οι πλευρικές και διαμήκεις αποστάσεις καθορίζουν την πυκνότητα των κόκκων, τον χώρο των τσιπς και το φορτίο σε κάθε μεμονωμένο κόκκο, επηρεάζοντας έτσι την απόδοση λείανσης. Επί του παρόντος, τα κύρια μοτίβα διάταξης παραγγελίας είναι:
Διάταξη συστοιχίας– οι κόκκοι είναι διατεταγμένοι σε ίσες σειρές και στήλες που απέχουν μεταξύ τους. Αυτή είναι η απλούστερη δομή με χαμηλή δυσκολία διαμόρφωσης, παρέχοντας σχετικά σταθερές δυνάμεις λείανσης και υψηλή απόδοση, αλλά μπορεί να προκύψουν παρεμβολές κόκκων και η τραχύτητα της επιφάνειας του τεμαχίου είναι σχετικά χαμηλότερη.
κλιμακωτή διάταξη– οι παρακείμενες σειρές αντισταθμίζονται κατά το ήμισυ της απόστασης των σειρών, σπάζοντας ευθείες διαδρομές κοπής, παρέχοντας εύλογο χώρο στα τσιπ, καταστέλλοντας αποτελεσματικά τα περιοδικά σημάδια λείανσης και εξισορροπώντας την ομαλότητα με την εκκένωση τσιπ.
Φυλλοτακτική διάταξη– εμπνευσμένοι από τα μοτίβα ανάπτυξης των φύλλων των φυτών, οι κόκκοι διασκορπίζονται ομοιόμορφα κατά μήκος μιας σπείρας Fibonacci, χωρίς περιοδική επανάληψη στην κατανομή. Οι διαδρομές κοπής δεν επικαλύπτονται, με αποτέλεσμα χαμηλότερες δυνάμεις λείανσης, αλλά εξαλείφουν αποτελεσματικά την κυματοποίηση της επιφάνειας, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για λείανση με καθρέφτη.
Σπειροειδής διάταξη– οι κόκκοι κατανέμονται κατά μήκος ομόκεντρων κύκλων ή μιας αρχιμήδειας σπείρας, με απόσταση που ποικίλλει ανάλογα με την ακτίνα. Η εκκένωση τσιπ είναι ομαλή, κατάλληλη για σύνθετη κατεργασία καμπύλης επιφάνειας. Κατά την περιστροφή, οι κοπτικές ακμές εμπλέκονται συνεχώς, με αποτέλεσμα χαμηλά κρουστικά φορτία και μειωμένους κραδασμούς.
Πώς κατασκευάζονται τα παραγγελθέντα λειαντικά εργαλεία;
Με βάση τις κύριες διαδικασίες ενοποίησης διαμαντιών, οι τεχνολογίες τοποθέτησης παραγγελθέντων κόκκων μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: πυροσυσσωμάτωση μετάλλων, ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και συγκόλληση.
01 Μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης
Η πυροσυσσωμάτωση είναι η πιο κοινή διαδικασία παραγωγής για αδαμαντοφόρα εργαλεία, όπου οι κόκκοι διαμαντιού αναμειγνύονται με ένα συνδετικό υλικό, συμπιέζονται σε σχήμα και πυροσυσσωματώνονται. Μέσω της τεχνολογικής εξέλιξης, αυτή η μέθοδος επιτυγχάνει πλέον διατεταγμένη διάταξη κόκκων κυρίως μέσω δύο προσεγγίσεων:
(1) Μέθοδος προτύπου:
Η σκόνη του δεσμού αναμιγνύεται ομοιόμορφα με οργανικό συνδετικό και διαλύτη και παρασκευάζεται ένα λεπτό-κολλητικό φύλλο με υδραυλική πίεση. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται ένα ειδικό πρότυπο με μια προσχεδιασμένη σειρά μικροοπών (ελαφρώς μεγαλύτερες από το μέγεθος των κόκκων του διαμαντιού) για την ακριβή συμπίεση των κόκκων στο λεπτό φύλλο συγκόλλησης. Μετά το ξεκαλούπωμα, πολλαπλές στρώσεις που περιέχουν διατεταγμένους κόκκους στοιβάζονται και ενοποιούνται με πυροσυσσωμάτωση με θερμή συμπίεση. Αυτή η διαδικασία είναι χαμηλού κόστους και κατάλληλη για μαζική παραγωγή, αλλά οι μικροοπές μπορεί να παραμορφωθούν κατά τη συμπίεση, περιορίζοντας την εφαρμογή της σε υπερλειαντικούς κόκκους μεγάλης διαμέτρου.
(2) Μέθοδος αναρρόφησης κενού ελεγχόμενη από AI:
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί έξυπνο εξοπλισμό αναρρόφησης αρνητικής πίεσης για να συλλέξει με ακρίβεια τους κόκκους διαμαντιών μέσω της δύναμης κενού σε ένα πλέγμα προσανατολισμού σε προκαθορισμένα σημεία τοποθέτησης, ακολουθούμενο από έναν ρομποτικό βραχίονα που τους μεταφέρει και τους στερεώνει με ακρίβεια στην επιφάνεια του υποστρώματος του εργαλείου, επιτυγχάνοντας διατεταγμένη διάταξη και κατευθυντικό προσανατολισμό. Η διαδικασία είναι εξαιρετικά αυτοματοποιημένη, με υψηλό ρυθμό συλλογής κόκκων και εξαιρετική ακρίβεια τοποθέτησης, κατάλληλη για τυποποιημένη παραγωγή λειαντικών εργαλείων υψηλής ακρίβειας.
02 Μέθοδος επιμετάλλωσης
Η βασική αρχή της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης είναι η εναπόθεση ηλεκτρικού πεδίου: υπό ηλεκτρικό ρεύμα, τα ιόντα νικελίου στο διάλυμα επιμετάλλωσης αποσυντίθενται και εναποτίθενται, ενθυλακώνοντας προοδευτικά τους κόκκους διαμαντιού που έχουν τοποθετηθεί εκ των προτέρων στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν μια ισχυρή επίστρωση νικελίου-διαμαντιού. Τα επιμεταλλωμένα εργαλεία παρέχουν ισχυρή συγκράτηση κόκκων και είναι κατάλληλα για λείανση διαφόρων σκληρών και εύθραυστων υλικών που είναι δύσκολο να μηχανουργηθούν. Εκτός από τη χειροκίνητη τοποθέτηση, οι συνήθεις διαδρομές κατασκευής με παραγγελία με παραγγελία περιλαμβάνουν:
(1) Ηλεκτροστατική τοποθέτηση:
Χρησιμοποιώντας ηλεκτροστατική έλξη, μια συσκευή ηλεκτροστατικής διασποράς απορροφά κόκκους διαμαντιού σε προσχεδιασμένες διατεταγμένες συστοιχίες σταγονιδίων κόλλας (περιοχές επικαλυμμένες με κόλλα) στην επιφάνεια του υποστρώματος, επιτυγχάνοντας έτσι διατεταγμένη κατανομή κόκκων. Συνήθως, η συστοιχία σταγονιδίων κόλλας εφαρμόζεται με ακρίβεια από μια κεφαλή μικροδιανομής που ελέγχεται από υπολογιστή. Η συνολική διαδικασία διαθέτει υψηλό αυτοματισμό, γρήγορη εναπόθεση κόκκων και καλή ακρίβεια τοποθέτησης και μπορεί να προσαρμοστεί σε τεμάχια εργασίας με περίπλοκο σχήμα. Ωστόσο, μικρά ελαττώματα όπως λείπουν κόκκοι ή συσσωμάτωση κόκκων είναι δύσκολο να εξαλειφθούν πλήρως κατά τη συγκόλληση με κόλλα.
(2) Μέθοδος ανοίγματος μάσκας:
Ένα λεπτό φύλλο μάσκας εφαρμόζεται ή επικαλύπτεται στην επιφάνεια του υποστρώματος, με ανοίγματα μόνο στις προκαθορισμένες θέσεις τοποθέτησης. Μετά την προεπένδυση ενός στρώματος βασικού μετάλλου, οι κόκκοι διαμαντιού μπορούν να εναποτίθενται μόνο μέσα στα ανοίγματα. Η αφαίρεση της μάσκας αποδίδει μια διατεταγμένη σειρά κόκκων μίας στρώσης. Επί του παρόντος, οι επιτυχημένες μάσκες περιλαμβάνουν μάσκες δημιουργίας, μάσκες επικάλυψης, αυτοκόλλητες μάσκες, μάσκες που βασίζονται σε μεταξοτυπία και φωτολιθογραφικές μάσκες. Μεταξύ αυτών, οι μάσκες μεταξοτυπίας χρησιμοποιούνται ευρέως για διατεταγμένη τοποθέτηση κόκκων σε πολύπλοκες επιφάνειες. Οι φωτολιθογραφικές μάσκες περιλαμβάνουν περίπλοκες διαδικασίες και υψηλότερο κόστος παραγωγής και χρησιμοποιούνται κυρίως για εξαιρετικά λεπτούς επιμεταλλωμένους τροχούς λείανσης υψηλής ακρίβειας.
03 Μέθοδος συγκόλλησης
Η συγκόλληση βασίζεται σε μέταλλα πλήρωσης ενεργού συγκόλλησης για να σχηματίσει μεταλλουργικούς δεσμούς με το διαμάντι, παρέχοντας πολύ υψηλότερη συγκράτηση κόκκων από την ηλεκτρολυτική ή τη συμβατική πυροσυσσωμάτωση. Τα εργαλεία μονόστρωσης με χαλκοσυγκόλληση έχουν μεγαλύτερη προεξοχή κόκκων και άφθονο χώρο στα τσιπ, καθιστώντας τα την προτιμώμενη επιλογή για λείανση υψηλής ταχύτητας και υψηλής απόδοσης. Οι επί του παρόντος ώριμες διαδικασίες τοποθέτησης σιτηρών με παραγγελία περιλαμβάνουν:
(1) Μέθοδος κεραμικής τρύπας-πρότυπο:
Το πληρωτικό συγκόλλησης εφαρμόζεται πρώτα ομοιόμορφα στο υπόστρωμα του εργαλείου. Στη συνέχεια, τοποθετείται ένα κεραμικό πρότυπο με συστοιχίες μικροοπών στην επιφάνεια του υποστρώματος και οι κόκκοι διαμαντιού γεμίζονται στις διαμπερείς οπές για τοποθέτηση. Στη συνέχεια, ολόκληρο το συγκρότημα συγκολλάται σε έναν κύκλο κλιβάνου κενού. Δεδομένου ότι το κεραμικό πρότυπο είναι ανθεκτικό στη θερμότητα και δεν προσκολλάται στο πληρωτικό συγκόλλησης, μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί πολλές φορές, με σταθερή ακρίβεια τοποθέτησης, κατάλληλο για παραγωγή παρτίδων επίπεδων τροχών λείανσης.
(2) Συγκόλληση σημείων λέιζερ:
Σε αυτή τη μέθοδο, το πληρωτικό συγκόλλησης και οι κόκκοι διαμαντιού κατανέμονται ομοιόμορφα στην επιφάνεια του μεταλλικού υποστρώματος. Ένας σαρωτής λέιζερ ελέγχεται για να ακτινοβολεί επιλεκτικά συγκεκριμένα σημεία. Οι κόκκοι στα ακτινοβολημένα σημεία συγκολλούνται τοπικά και στερεώνονται στο υπόστρωμα. Μετά την απομάκρυνση χαλαρών κόκκων από μη ακτινοβολημένες περιοχές, σχηματίζεται μια διατεταγμένη δομή κόκκων μιας στρώσης. Αυτή η διαδικασία προσφέρει εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης και είναι κατάλληλη για υψηλής ακρίβειας παραγγελθέντα λειαντικά εργαλεία μονής στρώσης, αλλά η επένδυση σε εξοπλισμό είναι σχετικά υψηλή και χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή εξειδικευμένων εργαλείων υψηλών προδιαγραφών.