Kõvad ja rabedad materjalid, nagu optiline klaas, ränikarbiid, alumiiniumoksiidkeraamika ja tsementkarbiidid, toetuvad üldiselt teemant-abrasiivtööriistadele, et pinna{0}}täpseks vormimiseks, tasapinnaliseks lihvimiseks ja kontuuride töötlemiseks töödelda. Kuid valdav enamus teemanttööriistu kasutab praegu endiselt segamis--ja-vormimisprotsesse, kus teemanditerad jaotuvad sidemaatriksis juhuslikult. Selline juhuslik paigutus põhjustab sageli tera ebaühtlast tihedust, suuri erinevusi terade väljaulatuvate kõrguste osas ja ebaühtlaseid laasturuume, mille tagajärjeks on abrasiivsete materjalide vähene kasutamine, tööriistade ebaühtlane kulumine ja tooriku halb konsistents,-mis raskendab kõrgete-täpsete ja kõrgete{7}}stabiilsusnõuete täitmise kõvade ja rabedate materjalide töötlemisel.
Seetõttu on tellitud terade paigutus muutunud järgmise põlvkonna teemant-abrasiivtööriistade oluliseks arengusuunaks. Selles artiklis vaatame süstemaatiliselt üle kolm peamist vormimisprotsessi -paagutamine, galvaniseerimine ja kõvajoodisega jootmine- ning liigitame erinevate järjestatud terade paigutamise tehnoloogiate põhimõtted ja kasutusomadused.
Kuidas tuleks teemanditerad paigutamiseks kujundada?
Järjestatud paigutuse tuum seisneb abrasiivsete terade ruumilise jaotuse täpses disainis, mille peamised parameetrid hõlmavad tera väljaulatuvuse kõrgust, kinnitussügavust, külgvahet ja pikisuunalist vahekaugust. Ühtne eendi kõrgus tagab, et kõik terad osalevad lõikamisel üheaegselt, vältides mõne terade enneaegset purunemist kõrguse erinevuste tõttu ja vältides tooriku pinna enneaegset hõõrdumist sideme poolt. Kinnitussügavus mõjutab otseselt sideme hoidmisjõudu teradel. Külgmised ja pikisuunalised vahekaugused määravad tera tiheduse, laastude ruumi ja koormuse igale üksikule terale, mõjutades seega jahvatamise efektiivsust. Praegu on peamised tellitud paigutusmustrid:
Massiivi paigutus– terad on paigutatud võrdsete vahedega ridadesse ja veergudesse. See on lihtsaim madala vormimisraskusega struktuur, mis tagab suhteliselt stabiilsed lihvimisjõud ja kõrge efektiivsuse, kuid võib esineda tera häireid ja tooriku pinna karedus on suhteliselt madalam.
Astmeline paigutus– külgnevad read on nihutatud poole reavahega, murdes sirged lõikerajad, pakkudes mõistlikku laasturuumi, tõrjudes tõhusalt perioodilisi lihvimisjälgi ja tasakaalustades sujuvust laastude eemaldamisega.
Fülotaktiline paigutus– taimede lehtede kasvumustrist inspireeritud terad on ühtlaselt jaotunud mööda Fibonacci spiraali, ilma perioodilise jaotumiseta. Lõikerajad ei kattu, mille tulemuseks on väiksemad lihvimisjõud, kuid eemaldatakse tõhusalt pinna lainelisus, mistõttu on see eriti sobiv peegellihvimiseks.
Spiraalne paigutus– terad on jaotatud mööda kontsentrilisi ringe või Archimedese spiraali, kusjuures nende vahekaugus on raadiusega erinev. Laastu eemaldamine on sujuv, sobib keerukaks kumera pinna töötlemiseks. Pöörlemise ajal haarduvad lõikeservad pidevalt, mille tulemuseks on väike löögikoormus ja vibratsioon.
Kuidas tellitud abrasiivseid tööriistu valmistatakse?
Peamiste teemantide konsolideerimisprotsesside põhjal võib tellitud tera paigutamise tehnoloogiad jagada kolme kategooriasse: metalli paagutamine, galvaniseerimine ja kõvajoodisega jootmine.
01 Paagutamismeetod
Paagutamine on teemanttööriistade kõige levinum tootmisprotsess, kus teemanditerad segatakse sideainega, pressitakse vormi ja paagutatakse. Tänu tehnoloogilisele arengule saavutab see meetod nüüd korrapärase teravilja paigutuse peamiselt kahe lähenemisviisi kaudu:
(1) Malli meetod:
Sidepulber segatakse ühtlaselt orgaanilise sideaine ja lahustiga ning hüdraulilise pressimise teel valmistatakse õhukese{0}}kihiga sideleht. Seejärel kasutatakse terade täpseks õhukesse sidemelehesse surumiseks spetsiaalset malli, millel on eelnevalt kavandatud mikroaukude hulk (veidi suurem kui teemandi tera suurus). Pärast vormist lahtivõtmist virnastatakse mitu järjestatud tera sisaldavat kihti ja konsolideeritakse kuumpressimise paagutamise teel. See protsess on odav ja sobib masstootmiseks, kuid mikroaugud võivad pressimisel deformeeruda, piirates selle kasutamist suure läbimõõduga superabrasiivsete teradega.
(2) AI-ga juhitav vaakum-imemismeetod:
See tehnoloogia kasutab intelligentset alarõhuga imemisseadet teemanditerade täpseks kogumiseks vaakumjõu abil orientatsioonivõrele eelseadistatud paigutuspunktides, millele järgneb robotkäsi, mis kannab need täpselt üle ja kinnitab tööriista aluspinna pinnale, saavutades järjestatud paigutuse ja suuna orientatsiooni. Protsess on kõrgelt automatiseeritud, suure terade kogumiskiiruse ja suurepärase positsioneerimistäpsusega, mis sobib ülitäpse ja standardiseeritud abrasiivtööriistade tootmiseks.
02 Galvaniseerimismeetod
Galvaniseerimise põhiprintsiip on elektriväljasadestamine: elektrivoolu mõjul lagunevad ja ladestuvad plaadistuslahuses olevad nikliioonid, kapseldades järk-järgult aluspinna pinnale eelnevalt asetatud teemanditerad, moodustades tugeva nikkel-teemantkatte. Galvaniseeritud tööriistad tagavad tugeva tera kinnipidamise ning sobivad erinevate kõvade ja rabedate raskesti töödeldavate materjalide lihvimiseks. Lisaks käsitsi käsitsi paigutamisele hõlmavad tavalised tellitud tootmisviisid:
(1) Elektrostaatiline paigutus:
Elektrostaatilist külgetõmmet kasutades adsorbeerib elektrostaatiline dispergeerimisseade teemanditerad substraadi pinnale eelnevalt kavandatud liimipiiskade massiividele (liimiga kaetud aladele), saavutades seeläbi korrapärase terade jaotumise. Tavaliselt rakendatakse liimipiiskade massiivi täpselt arvutiga juhitava mikrojaotuspeaga. Kogu protsessil on kõrge automatiseeritus, kiire terade sadestamine ja hea positsioneerimistäpsus ning seda saab kohandada keeruka kujuga toorikute jaoks. Väiksemaid defekte, nagu puuduvad terad või tera aglomeratsioon, on aga liimimise käigus raske täielikult kõrvaldada.
(2) Maski avamise meetod:
Substraadi pinnale kantakse või kaetakse õhuke maskileht, mille avad on ainult eelseadistatud paigutuskohtades. Pärast mitteväärismetalli kihi eelplaatimist võivad teemanditerad ladestuda ainult avadesse; maski eemaldamine annab ühekihilise järjestatud tera massiivi. Praegu on edukate maskide hulka kuuluvad kogumismaskid, kattemaskid, kleepuvad maskid, siiditrükipõhised maskid ja fotolitograafilised maskid. Nende hulgas kasutatakse laialdaselt siiditrükimaske teraviljade järjestamiseks keerukatele pindadele. Fotolitograafilised maskid hõlmavad keerulisi protseduure ja kõrgemaid tootmiskulusid ning neid kasutatakse enamasti ülitäpsete üliõhukeste galvaniseeritud lihvketaste jaoks.
03 Jootmismeetod
Kõvajoodisjootmine tugineb aktiivsetele kõvajoodisega täitemetallidele, et moodustada metallurgilisi sidemeid teemandiga, mis tagab palju parema terapeetuse kui galvaniseerimine või tavaline paagutamine. Ühekihilistel kõvajoodisega tööriistadel on suurem tera väljaulatuv osa ja piisavalt laasturuumi, mistõttu on need eelistatud valik kiireks ja tõhusaks lihvimiseks. Praegu küpsed tellitud teravilja paigutamise protsessid hõlmavad järgmist:
(1) Keraamilise augu malli meetod:
Esmalt kantakse kõvajoodisega täiteaine ühtlaselt tööriista aluspinnale. Seejärel paigaldatakse substraadi pinnale mikroavade massiividega keraamiline mall ja positsioneerimiseks täidetakse teemanditerad läbivatesse avadesse. Seejärel joodetakse kogu koost ühe vaakumahju tsükliga. Kuna keraamiline šabloon on kuumakindel ega kleepu kõvajoodisjootmise täiteaine külge, saab seda stabiilse paigutuse täpsusega mitu korda uuesti kasutada, mis sobib lamedate lihvketaste partiide tootmiseks.
(2) Laser-punktjoodisjootmine:
Selle meetodi puhul jaotatakse kõvajoodisega täiteaine ja teemanditerad ühtlaselt metallaluse pinnale. Laserskannerit juhitakse konkreetsete täppide valikuliseks kiiritamiseks; kiiritatud kohtades olevad terad kõvajoodisega joodetakse ja kinnitatakse aluspinnale. Pärast lahtiste terade eemaldamist kiiritamata aladelt moodustub ühekihiline korrastatud terade struktuur. See protsess pakub äärmiselt suurt positsioneerimistäpsust ja sobib ülitäpsetele ühekihilistele tellitud abrasiivtööriistadele, kuid seadmetesse investeerimine on suhteliselt suur ja seda kasutatakse enamasti tipptasemel eritellimusel valmistatud tööriistade tootmiseks.