Áreas de procesamiento de herramientas de diamante

Las herramientas de diamante ofrecen las ventajas de una dureza y resistencia al desgaste extremadamente altas, un bajo coeficiente de fricción, un alto módulo elástico, una alta conductividad térmica, un bajo coeficiente de expansión térmica y una baja afinidad con metales no ferrosos. Se pueden utilizar para el procesamiento de precisión de materiales no metálicos duros y frágiles, como el grafito, materiales de alta resistencia al desgaste, materiales compuestos, aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio y otros materiales metálicos no ferrosos tenaces. Existen numerosos tipos de herramientas de diamante, y las diferencias de rendimiento son significativas. La estructura, el método de preparación y el campo de aplicación de los diferentes tipos de herramientas de diamante son muy diferentes.

Actualmente, el diamante monocristalino, el diamante PCD y el diamante CVD se utilizan con éxito como materiales para el corte de piezas como herramientas de torneado, mandrinado, brocas, escariadores, fresas, herramientas de conformado y herramientas de corte de engranajes. La variedad de materiales de diamante debe seleccionarse en función de las propiedades y los requisitos de procesamiento de los materiales procesados. Además de cumplir con los requisitos técnicos, también debe cumplir con los requisitos de rendimiento económico y ambiental.

El PCD es el material de diamante más utilizado en la producción. No solo es adecuado para el procesamiento mecánico general, sino que también se utiliza ampliamente en las industrias automotriz, de motocicletas, de trenes de alta velocidad, petrolera, química, de construcción, de procesamiento de madera y aeroespacial. En este sector, el PCD es adecuado para procesar piezas resistentes al desgaste, como faldones, orificios para pasadores, bloques de cilindros, cajas de cambios y carburadores de pistones de aleación de aluminio para motores. La mayoría de estas piezas son materiales compuestos a base de aluminio con un alto contenido de silicio (Si > 12 %), y las partículas duras de alta dureza (como el SiC, con una dureza de hasta 3000-3500 HV) se distribuyen en la matriz de aleación de aluminio, lo que raspa e impacta el filo de la herramienta, como las partículas abrasivas en una muela abrasiva, provocando un rápido desgaste del filo. Cuanto mayor sea la dureza de las partículas duras, mayor su tamaño y mayor su número, más rápido se desgasta la herramienta. Por lo tanto, es difícil de procesar con herramientas tradicionales de carburo cementado, y su vida útil es muy corta o inutilizable.

El diamante es la sustancia más dura del mundo. Su uso ha demostrado ser el mejor material para herramientas de procesamiento de materiales compuestos a base de aluminio. Al utilizar diamante PCD para procesar materiales compuestos a base de aluminio, la velocidad de corte puede alcanzar los 800-1000 m/min, la vida útil de la herramienta puede ser varias veces o incluso decenas de veces mayor que la del carburo cementado, y la rugosidad superficial puede alcanzar Ra0,025-0,012 μm. Al utilizar herramientas PCD para procesar fibra de carbono y plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV), las virutas se pulverizan, la temperatura de corte es baja y la longitud de corte es diez veces mayor que la de las herramientas de carburo cementado tipo K, pero el desgaste es inferior a un tercio del de las herramientas de carburo cementado. Las herramientas PCD también son adecuadas para procesar carburo cementado precocido y materiales no metálicos resistentes al desgaste, como cerámica, caucho, grafito, vidrio y diversas maderas resistentes al desgaste.

El rendimiento de las herramientas de PCD depende principalmente de su aplicación y del procesamiento involucrado, pero la selección de grados y tamaños de partícula adecuados también lo afectará. Las diferentes variedades de cuchillas de PCD tienen rendimientos de corte muy diferentes debido a sus distintos componentes, por lo que deben seleccionarse cuidadosamente. Actualmente, las cuchillas de PCD no están clasificadas internacionalmente como el carburo cementado. Cada fabricante tiene sus propias variedades y grados. Al utilizarlas, deben seleccionarse según las muestras del fabricante. cuchillas de PCD de 002, 010 y 025, con tamaños de grano promedio de 2 μm (granos finos), 10 μm (granos medios) y 25 μm (granos gruesos).

Cuanto más grueso sea el tamaño de grano, mejor será la fuerza de rectificado y mayor la vida útil de la herramienta, pero el filo es rugoso y la calidad del filo es deficiente, lo que dificulta la fabricación de herramientas de alta precisión. El tamaño de grano medio se utiliza generalmente como grado general para el mecanizado. El filo de las herramientas de grano fino presenta un radio romo pequeño y es fácil de procesar, con una buena calidad superficial. Por lo tanto, los granos de los policristalinos se refinan constantemente, encontrando granos finos de 1 μm o incluso inferiores a 0,5 μm. Se deben seleccionar diferentes tamaños de grano según los requisitos de los distintos procesos, como el desbaste y el acabado. Los materiales para herramientas de diamante monocristalino se complementan bien con los diamantes PCD y CVD, y existen también algunos campos de aplicación que se solapan. La superficie de la pieza de trabajo cortada con diamante monocristalino es continua, mientras que la superficie de la pieza de trabajo cortada con PCD es discontinua a nivel micrométrico. Por lo tanto, el PCD solo es adecuado para el procesamiento mecánico ordinario. Para algunos procesos de pulido con requisitos especiales, como la preparación de espejos de Al₂O₃, solo los diamantes monocristalinos naturales pueden alcanzar la rugosidad superficial y la tolerancia dimensional requeridas. Los diamantes de gran tamaño son poco comunes en los diamantes naturales, pero su síntesis artificial es posible. Al procesar tableros de madera estratificados de alta resistencia al desgaste, su rendimiento es superior al de los diamantes PCD y no causa pasivación prematura del filo. Al procesar materiales compuestos a base de aluminio, se pueden utilizar tanto PCD como TFD (CVD de película gruesa). Gracias a la complementariedad de los diversos tipos de diamantes en la superficie adaptable, la gama de herramientas de diamante se ha ampliado, y la tendencia de los diamantes sintéticos artificiales a sustituir a los diamantes naturales y de los diamantes CVD a los PCD se ha vuelto cada vez más evidente. El corte ha entrado así en una nueva era de procesamiento eficiente y económico. El grado de sustitución está determinado por factores técnicos y económicos, especialmente la dificultad del conformado, rectificado y soldadura de las cuchillas, que incide directamente en el precio y el rendimiento de las herramientas de diamante. Normalmente, las herramientas PCD son adecuadas para el mecanizado de desbaste y la producción que requiere herramientas con alta tenacidad a la fractura, mientras que las herramientas de diamante CVD de película gruesa y monocristal se utilizan principalmente para acabados y semiacabados de alta velocidad.