O que é torneamento com diamante de ponta única?

Como funciona o torneamento com diamante

O torneamento com diamante é torneamento, como em qualquer torno: a peça gira e uma ferramenta com uma só aresta percorre a peça e tira um cavaco fino. Três coisas o diferenciam do torneamento comum.

• A máquina. Um torno de ultraprecisão tem o eixo-árvore em mancais a ar, guias hidrostáticas a óleo e base isolada de vibrações. Posiciona a ferramenta em passos de nanômetros e trabalha em ambiente com temperatura controlada.
• A ferramenta. A aresta é um diamante monocristalino, polido tão afiado e liso que é quase perfeito mesmo ao microscópio.
• O corte. A passada final remove só alguns mícrons, com avanço muito lento. A aresta da ferramenta é copiada na peça, volta após volta.

O resultado é uma superfície com rugosidade de poucos nanômetros e precisão de forma abaixo de um mícron. Ela reflete ou transmite a luz direto da máquina.

Por que a ferramenta é um diamante monocristalino

Uma superfície óptica só pode ser tão boa quanto a aresta que a cortou. Um diamante monocristalino é um único cristal contínuo, sem grãos e sem ligante, então sua aresta pode ser polida mais afiada e lisa que a de qualquer outro material de corte. Também é o material mais duro que se conhece e dissipa o calor rapidamente, então a aresta mantém a forma ao longo de um corte longo.

Ferramentas feitas de grãos de diamante, como o PCD, são mais tenazes, mas sua aresta é limitada pelo tamanho dos grãos e não corta um acabamento óptico. Ferramentas de torneamento com diamante são feitas de diamante natural ou de monocristal crescido, o MCD. Para ver as diferenças, consulte nosso guia sobre diamante natural, MCD e PCD.

Quais materiais podem ser torneados com diamante

O que não pode ser torneado com diamante:

• Aço e outros metais ferrosos. Na temperatura de corte, o carbono do diamante reage com o ferro e a aresta se desgasta após um corte muito curto. Por isso insertos de molde de aço recebem antes uma camada de níquel químico: torneia-se o níquel, não o aço.
• Vidro. O vidro óptico é frágil demais para ser torneado na prática normal. Lentes de vidro são retificadas e polidas, ou prensadas em moldes.
• Materiais muito abrasivos, que desgastam a aresta rápido demais para manter uma forma óptica.

Cristais frágeis como germânio e silício podem ser torneados, mas só com cortes muito pequenos e uma ferramenta com ângulo de saída negativo. Nessas condições o material sai como um cavaco fino, como um metal, e não trinca.

Para que serve o torneamento com diamante

• Óptica infravermelha. Lentes de germânio, silício e seleneto de zinco para câmeras térmicas e sensores.
• Espelhos metálicos. Espelhos planos, esféricos e fora de eixo em alumínio e cobre, para lasers, scanners e telescópios.
• Insertos de molde. Os insertos niquelados que dão forma às lentes plásticas de câmeras de celular, faróis e head-up displays.
• Superfícies asféricas, de forma livre e difrativas. Formas lentas e caras de polir, mas para um torno apenas um caminho de ferramenta.
• Lentes Fresnel e canais finos, cortados com uma ferramenta em V afiada.
• Lentes de contato e lentes intraoculares, torneadas a partir de blocos de plástico em pequenos tornos de diamante.

Torneamento, fly cutting e servos de ferramenta

• Torneamento. A peça gira, a ferramenta se move. É o padrão para óptica redonda e simétrica.
• Fly cutting. A ferramenta de diamante gira em um braço ou cabeçote grande e a peça passa por ela. É usado para espelhos planos e canais longos e retos.
• Servo de ferramenta lento e rápido. A ferramenta avança e recua durante cada volta do eixo, então o torno consegue cortar superfícies que não são redondas nem simétricas: óptica de forma livre e matrizes de lentes.

O que a aresta precisa fazer

Como a aresta é copiada na peça, uma ferramenta de torneamento com diamante é especificada com mais detalhes que uma ferramenta de torno comum.

• Raio de ponta. O raio da ponta, de alguns centésimos de milímetro até vários milímetros. Um raio maior dá uma superfície mais lisa com o mesmo avanço; um menor alcança detalhes íngremes e pequenos.
• Ângulo de saída. Normalmente 0° para metais e plásticos, e negativo, muitas vezes em torno de −25°, para germânio, silício e outros cristais frágeis.
• Ângulo de folga. O alívio sob a aresta. Precisa ser grande o suficiente para a ferramenta não tocar a parte mais inclinada da superfície.
• Ondulação. Quanto a aresta redonda se afasta de um círculo perfeito. Esse erro é impresso na superfície, então ferramentas ópticas são feitas com ondulação controlada, de cerca de um mícron até dezenas de nanômetros.
• Ângulo incluído, nas ferramentas em V que cortam canais e padrões Fresnel.

Torneamento com diamante ou retificação e polimento?

A óptica tradicional é retificada e depois polida, o que funciona em vidro e dá as superfícies mais lisas de todas. O torneamento com diamante é mais rápido para séries pequenas e médias, faz asféricas e formas livres com a mesma facilidade que esferas e funciona em metais, plásticos e cristais difíceis de polir.

Seu ponto fraco são as marcas de torneamento: um padrão muito fino e regular de sulcos causado pelo avanço da ferramenta. Na óptica infravermelha isso não importa. Na óptica visível mais exigente, as peças às vezes recebem um polimento leve depois do torneamento.

Quando a ferramenta está gasta

Uma aresta gasta aparece primeiro na peça: a superfície fica embaçada, surgem linhas finas ou a forma medida se desvia. Nesse momento uma ferramenta de diamante monocristalino não é jogada fora. A aresta é relapidada ao raio e à ondulação originais, e a ferramenta pode ser reafiada várias vezes.

Ferramentas para torneamento com diamante

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