Природный алмаз или MCD? Как выбрать монокристаллический алмаз для режущего инструмента

Почему монокристаллический алмаз режет до зеркала

Монокристаллический алмаз — это одна сплошная кристаллическая решётка, без границ зёрен и без связки. Поэтому его кромку можно отполировать намного острее и глаже, чем у любого инструмента из зёрен. Кромка копируется на деталь, и безупречная кромка оставляет зеркальную поверхность прямо со станка, без полировки.

Алмаз — самый твёрдый из известных материалов, и он отводит тепло быстрее любого металла. Кромка остаётся острой и холодной на высоких скоростях резания даже на мягких, вязких металлах, которые обычный инструмент рвёт. Поэтому монокристаллический инструмент — стандарт для глянцевой обработки алюминия, латуни, меди, драгоценных металлов и оптических пластиков.

Природный алмаз и MCD

Природный алмаз и MCD — оба монокристаллы, поэтому оба режут до зеркала. Они различаются способом получения, стабильностью и ценой.

Природный алмаз (ND)

Природный алмаз образовался глубоко в недрах Земли. Для режущего инструмента необработанные камни отбирают по одному — по чистоте, внутренним напряжениям и форме, затем ориентируют и полируют до режущей вершины. Большинство природных алмазов содержит азот в виде скоплений (тип Ia), и двух одинаковых камней не бывает.

• Сильные стороны: хорошо отобранный камень даёт исключительно тонкую и стойкую кромку. Это традиционный выбор для самой тонкой оптической и декоративной отделки.
• Ограничения: более высокая цена, ограниченные размеры камней и природные различия между ними, поэтому важен тщательный отбор.
• Типичное применение: ультрапрецизионная оптика, контактные линзы, отделка часов и украшений, резцы с малым радиусом и V-образные резцы.

MCD: синтетический монокристалл HPHT

MCD (монокристаллический алмаз) выращивают в прессе, воссоздающем условия земных глубин. Углерод растворяется в расплавленном железе, никеле или кобальте при 1300–1600 °C и около 6 ГПа (примерно в 60 000 раз выше атмосферного давления) и кристаллизуется на затравке алмаза в течение дней или недель. Азот, распределённый в кристалле отдельными атомами, придаёт MCD жёлтый цвет (тип Ib).

• Сильные стороны: стабильное качество от пластины к пластине, предсказуемая стойкость и правильная форма пластин, благодаря которой геометрия инструмента повторяется. Обычно дешевле отобранных природных камней.
• Ограничения: как любой монокристалл, может скалываться от удара или вибрации.
• Типичное применение: глянцевое точение и фрезерование алюминия, латуни и меди; фасочные и гравировальные фрезы; торцы оргстекла и поликарбоната; большая часть серийной чистовой обработки.

Алмаз CVD — по запросу

Алмаз CVD выращивают из газа в вакуумной камере. Монокристаллический CVD режет до зеркала почти так же, как MCD, и мы поставляем инструмент из CVD по запросу.

Монокристалл или PCD

PCD (поликристаллический алмаз) состоит из множества мелких зёрен алмаза, спечённых с металлической связкой, обычно кобальтом, на основе из твёрдого сплава. Зёрна ориентированы беспорядочно, поэтому PCD прочен и устойчив к сколам. Это правильный выбор для черновой обработки и абразивных материалов, таких как высококремнистый алюминий и волокнистые композиты. Но кромку из зёрен нельзя отполировать так остро, как монокристалл, поэтому PCD не режет до оптического зеркала.

Часто они работают вместе: PCD снимает основной припуск, а затем монокристаллический инструмент выполняет финишный зеркальный проход. Хороший пример — латунные шары кранов: пластины PCD выполняют черновую обработку, а чистовой алмазный резец даёт окончательный блеск. Bulunmaz Tools специализируется на чистовой обработке монокристаллом.

Сравнение в таблице

Какой алмаз для какой задачи

Это отправные точки; окончательный выбор зависит от детали, станка и объёма.

От чего зависит качество кромки

Два инструмента одной формы могут работать совершенно по-разному. Разницу определяют четыре фактора:

• Ориентация кристалла. Алмаз в одних кристаллографических направлениях твёрже, чем в других. Изготовитель ориентирует каждый камень так, чтобы кромка работала в самом износостойком направлении, — это один из главных факторов стойкости.
• Радиус при вершине и угол при вершине. Радиус (например, R0,5 мм) или угол V (например, 60°) задаёт форму, которую инструмент оставляет на детали. Меньший радиус и более острый угол позволяют получать более мелкие детали, но выдерживают меньшую нагрузку.
• Передний и задний углы. Положительный передний угол режет легче, но ослабляет кромку; отрицательный прочнее и подходит для более вязких сплавов. Задняя поверхность под кромкой может быть конической — острее — или цилиндрической — жёстче, она лучше сохраняет радиус после перешлифовки.
• Волнистость кромки. Это отклонение радиусной кромки от идеальной окружности. В оптике и линзах форма кромки прямо отпечатывается на поверхности, поэтому такой инструмент делают с контролируемой волнистостью, обычно от 1 мкм до 50 нм.

Что монокристаллический алмаз режет, а что нет

Подходящие материалы:

• Алюминий и алюминиевые сплавы
• Медь, латунь, бронза и бериллиевая бронза
• Сплавы золота, серебра, платины и палладия
• Химическое никелирование (никель-фосфор) на формах
• Оргстекло (ПММА), поликарбонат, нейлон и другие пластики
• Германий, кремний и другие ИК-кристаллы

Не подходят:

• Сталь, чугун и другие чёрные металлы. При температуре резания углерод алмаза реагирует с железом, и кромка тупится после короткого реза.
• Очень абразивные материалы, такие как высококремнистый алюминий или волокнистые композиты. Они быстро изнашивают монокристаллическую кромку; здесь лучше PCD.
• Сильно прерывистое резание или удары, которые могут сколоть любую монокристаллическую кромку.