Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




18.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » Физическая сущность процесса обточки алмазов

Физическая сущность процесса обточки алмазов

19.11.2017

Характер физико-химических процессов, происходящих при обточке, изучен еще недостаточно. Большинство исследователей придерживаются механической теории обточки. Согласно этой теории, процесс обточки алмаза алмазом-резцом представляет собой механическое разрушение, т. е. скалывание микро- и макрочастиц алмаза.

Однако нельзя полностью отождествлять этот процесс с процессом резания плоской поверхности острыми углами или кромками резца. Процесс резания происходит только тогда, когда материал, производящий резание, имеет значительно большую твердость, чем обрабатываемая поверхность. Когда обрабатываемая поверхность и резец из одного материала и, следовательно, не могут иметь значительных расхождений по твердости, это выглядит несколько иначе.

Известно, что алмаз является более стойким к сжатию, чем к растяжению. Поэтому наиболее возможными местами разрыва поверхности алмаза являются места с большой величиной растяжения.

Выкрашивание и разрыв поверхности алмаза происходят в направлении, имеющем наиболее слабое сопротивление растяжению. Таким направлением является прежде всего направление, нормальное к октаэдрическим плоскостям (111).

Интенсивное скалывание макро- и микрочастиц наблюдается в начальной стадии обточки кристаллов, когда выступающие части у вращающегося кристалла и острая кромка у резца в зоне контакта сжимаются по нормали к контактирующей поверхности и обламываются в результате изгибающих моментов и растягивающих сил.

По мере обтачивания их контактирующие поверхности выравниваются, а выступы становятся все меньше и меньше. При достижении достаточной овальности контактирующую поверхность можно рассматривать как поверхность при обычной обработке кристалла алмаза алмазным порошком. Поэтому последнюю стадию обработки рундиста рассматривают как процесс обычного шлифования алмаза крупнозернистым порошком.

В зоне контакта взаимно истираемых кристаллов при обточке возникает высокая температура. В связи с этим при обтачивании алмаза алмазом помимо разрушения (скалывания макро- и микрочастиц алмаза) в тончайшем контактном слое кристаллов в результате больших удельных давлений и высоких температур могут протекать один или одновременно несколько из следующих процессов: графитизация, образование аморфного углерода, сгорание углерода.

Микроскопическое исследование отходов показало, что их частицы бесцветны, прозрачны и ничем, кроме размеров, не отличаются от крупных частиц алмаза. Непрозрачных частиц, характерных для графита или аморфного углерода, обнаружено не было. Рентгенографическое исследование отходов не обнаружило в них даже следов графита.

Плотность очищенных от металлических и органических примесей отходов определялась методом тяжелых жидкостей, при котором алмазные отходы погружают в жидкость с плотностью, близкой к плотности алмаза. В качестве тяжелой жидкости использовался водный раствор уксуснокислого и малоновокислого таллия (жидкость Клеричи). Результаты измерений показали, что плотность исследуемых отходов колеблется в пределах 3,49—3,56 г/см3, что гораздо выше плотности аморфного углерода (1,3 г/см3) и графита (2,10—2,52 г/см3) и соответствует плотности природных кристаллов алмаза.

Таким образом, образования аморфного углерода и графитизации алмаза в процессе обтачивания не происходит. Это подтверждают и результаты измерения температуры в зоне контакта обтачиваемого алмаза с алмазом-резцом. Общий характер изменения температуры при ручном обтачивании нестабилен, так как непостоянны при этом режимы обработки. Температура зависит от самого процесса (происходит ли скалывание макро- и микрочастиц или трение алмаза об алмаз), времени контакта и других факторов и достигает 300° С, однако преобладают температуры 150—200° С. Для начала процесса графитизации алмаза требуется более высокая температура.

Интенсивность съема зависит как от глубины, так и от скорости резания.
На рис. 115 приведены результаты эксперимента, из которых видно, что при скорости резания 850 об/мин интенсивность съема (глубина съема алмаза в единицу времени Q) при глубине резания р = 1,2*10в-6 м составляет 0,32*10в-6 м/с; при р = 2,4*10в-6 м — 0,73*10в-6 м/с, а при р = 3,6*10в-6 м — 0,89*10в-6 м/с. При обточке со скоростью резания 1700 об/мин и глубиной резания р = 1,2*10в-6 м интенсивность съема составляла 0,52*10в-6 м/с, а при р = 2,4*10в-6 м—1,5*10в-6 м/с, что примерно в два раза больше по сравнению с интенсивностью съема со скоростью резания 850 об/мин.

С целью определения влияния кристаллографической ориентации алмаза-резца на износостойкость алмаза было проведено исследование, в ходе которого резец закрепляли неподвижно, так чтобы исследуемая плоскость занимала вертикальное положение и была перпендикулярна к вектору поперечной подачи.

Вращающийся кристалл контактировал с неподвижным алмазом лишь одной вершиной, т. е. плоскостью куба, ориентированной в «мягком» направлении. При этом определялась глубина съема при следующих ориентациях неподвижного алмаза; плоскость куба, ромбододекаэдра и октаэдра в «мягком» и «твердом» направлениях. Полученные результаты представлены в виде номограммы на рис. 116, из которой видно, что наименьший относительный съем у неподвижно закрепленного алмаза, ориентированного по плоскости куба в «мягком» направлении, и наибольший у алмаза с ориентацией по плоскости октаэдра в «твердом» направлении. Проведенные эксперименты подтверждают, что наиболее легко скалыванию подвергаются алмазы по плоскостям с наибольшими межплоскостными расстояниями, особенно в «твердых» направлениях.

Сколы в некоторых случаях настолько значительны, что приводят к появлению глубоких трещин, в связи с чем такие плоскости нельзя использовать в качестве режущих кромок резца при обтачивании алмазов. Для этой цели наиболее целесообразно применять «мягкие» плоскости, такие, как (100) и близкие к ним. Лишь доводку алмаза для получения высокого класса шероховатости следует производить острой кромкой, совпадающей с «твердым» направлением «твердой» плоскости.

Влияние анизотропии твердости алмаза на качество поверхности рундиста невелико, высота микронеровностей поверхности, замеренная с помощью микроскопа МИС-11, оказалась в пределах одного класса.

Поверхности алмазов, полученные при обтачивании, характеризуются резко выраженным рельефом, характер которого зависит от кристаллографической ориентации обработанных поверхностей. Исследование различно ориентированных микроповерхностей рундиста алмазов показало, что независимо от ориентации обтачиваемого алмаза, с поверхностей, близких к плоскостям куба, вырываются более или менее изометричные зерна. С приближением обрабатываемых плоскостей к плоскостям ромбододекаэдра вырываемые макро- и микрочастицы приобретают все более вытянутую форму, а при совпадении с поверхностью октаэдра можно наблюдать рельеф ступенчатой формы, образованной в результате удаления призматических блоков.

Таким образом, согласно механической теории обтачивания, на современном уровне исследований, на основе исследований микрорельефа поверхностей обточенных алмазов, рентгеновского исследования вещества отходов, образующихся при обточке, их микроскопического исследования, определения плотности, измерения температуры в зоне контакта обрабатываемого алмаза с алмазом-резцом можно утверждать, что процесс обточки алмаза алмазом представляет собой механическое разрушение, т. е. скалывание микро- и макрочастиц алмаза.