Puntos de conocimiento de las herramientas de diamantes de soldadura (Parte 1)

 

Palabras clave: diamantes, herramientas de diamantes, materiales de soldadura, tecnología de soldadura, aplicación de tecnología de soldadura en herramientas de diamantes

 

 

 

Diamond es un material funcional que combina muchas propiedades excelentes. Es el material natural más duro descubierto hasta la fecha, y sus propiedades ópticas, térmicas y mecánicas únicas mejoran aún más su estado como material funcional. El diamante se divide en dos categorías principales: diamante natural y diamante sintético. El diamante sintético se divide además en un solo cristal y diamante policristalino. Los tres tipos de diamantes se pueden usar para hacer herramientas de diamantes.

 

En los últimos años, la producción global de diamantes sintéticos ha alcanzado los 15 mil millones de quilates, y China se clasifica constantemente primero en la producción de diamantes sintéticos. China, un recién llegado al mercado, ha experimentado un rápido desarrollo en la industria de las herramientas de diamantes en las últimas dos décadas, no solo logrando la producción más alta del mundo, sino también desarrollando una gama integral de nuevas herramientas.

Las herramientas de diamantes tienen una amplia gama de aplicaciones, principalmente en procesamiento de piedra, modificación de cerámica, perforación geológica, perforación de aceite y minería. También juegan un papel importante en la construcción, los materiales de construcción, el mecanizado, el procesamiento óptico de vidrio y joyas, y las industrias electrónicas e eléctricas. La fabricación moderna es cada vez más exigente herramientas de diamantes, y la fabricación de equipos de alta gama depende cada vez más del desarrollo de herramientas de corte de diamantes. El corte y la molienda de alta velocidad, ultra alta, de alta precisión y de ultra precisión, especialmente para el procesamiento de materiales duros, frágiles y extremadamente duros, ahora son inseparables de las herramientas de diamantes. Las herramientas de diamantes se pueden clasificar mediante aplicación, incluidas herramientas de aserración, herramientas de molienda y pulido, herramientas de corte, herramientas de perforación y troqueles de dibujo de cables.

 

 

Las herramientas de aserración de diamantes se clasifican por forma, que incluyen cuchillas de sierra circulares de diamantes, sierras de pandillas de diamantes, sierras de alambre de diamantes, sierras de alambre de diamantes y sierras de agujeros de diamante. Las palas de sierra circulares de diamantes son actualmente la herramienta de aserración más común en las industrias de piedra y construcción, ampliamente utilizadas para cortar productos como granito, mármol, cerámica y concreto. En el contexto de la fabricación verde, las palas de sierra circulares de diamantes se están desarrollando hacia sierras combinadas de múltiples luces, con sierras combinadas y sierra de pandillas que son ejemplos típicos. Las sierras de pandillas cuentan con docenas de cuchillas de sierra de diamante montadas una al lado de la otra en un marco de sierra, logrando varias veces mayor eficiencia de corte que las sierras abrasivas convencionales. Los cortes resultantes crean secciones transversales suaves, incluso, reduciendo significativamente la carga de trabajo de molienda y pulido. Las sierras de alambre de diamante generalmente se usan para cantar granito y mármol, cortar concreto reforzado o cortar estructuras de metales, y se están haciendo una transición gradualmente para procesar piedras y losas de forma especial. Las sierras de alambre de diamantes son capaces de cortar precisos, porquero estrecho de materiales duros y frágiles, lo que las hace ampliamente utilizadas en el corte de células semiconductores y fotovoltaicas. También demuestran ventajas únicas en el procesamiento de cerámicas, cuarzo, madera y otros materiales.

 

Las herramientas de molienda y pulido de diamantes son un término general para los abrasivos de forma geométrica unidas con diamantes usando una carpeta. Los abrasivos de diamantes ofrecen altos acabados de rectificado, alta eficiencia, bajos costos de procesamiento y una larga vida útil del producto. Las herramientas de molienda de diamantes comunes incluyen discos de molienda, bloques de molienda, cabezas de molienda, tazas de molienda, tambores, rodillos, ruedas cuadradas, ruedas de molienda, ruedas tangenciales, ruedas de perfeccionamiento, palos de perfil y bloques de perfeccionamiento.

 

Las herramientas de diamantes se caracterizan por una resistencia extremadamente alta y resistencia al desgaste, al alto módulo elástico, un bajo coeficiente de fricción, un coeficiente de expansión térmica baja, una excelente transferencia de calor y baja adhesión a metales no ferrosos. Las herramientas de diamantes se pueden usar para mecanizar materiales no metálicos duros y frágiles (como cerámica, grafito y materiales compuestos), así como para mecanizado de precisión de materiales no ferrosos resistentes (como aleaciones de cobre y aleaciones de aluminio). Las herramientas de diamantes vienen en una amplia variedad de tipos, cada una con un rendimiento, estructura, métodos de preparación y áreas de aplicación significativamente variables. Las herramientas comunes de diamantes incluyen herramientas de giro de diamantes, cortadores de molienda de diamantes, herramientas de perforación de diamantes, broches de diamantes, brocas de taladro de diamantes y herramientas de formación de diamantes.

 

Los brocas de perforación de diamantes son herramientas avanzadas de perforación, que ofrecen alta eficiencia de perforación, alta calidad de agujeros, intensidad de mano de obra mínima y bajos costos de perforación. Los bits de taladro de diamantes se clasifican principalmente por aplicación, que incluyen brocas de perforación de petróleo, brocas de taladro de carbón, brocas de taladro de exploración geológica, brocas de perforación de exploración de ingeniería, brocas de perforación de ingeniería de pared delgada, brocas de taladro de vidrio y brocas de taladro de material compuesto.

 

 

 

Debido a las limitaciones en la tecnología de fabricación de diamantes, las partículas de diamantes individuales son relativamente pequeñas, a menudo suministradas como partículas finas o incluso en polvo. Esto presenta desafíos en la aplicación de diamantes. Dado que Diamond solo puede darse cuenta plenamente de sus excelentes propiedades cuando se unen a un material de matriz, la unión con la matriz es crucial para su aplicación.

 

El diamante es inherentemente incompatible con la mayoría de los metales. Físicamente, las propiedades de diamantes no son compatibles con otros materiales, y químicamente, metalúrgicamente, son incompatibles, limitando la unión de diamantes.

 

En los primeros días de la aplicación industrial de diamantes, el entorno mecánico era el método principal, como se ve en herramientas como bolígrafos de diamantes y cortadores de vidrio. Estas herramientas requieren grandes partículas de diamantes.

 

Para partículas de diamantes más pequeñas, el ajuste mecánico es casi imposible, lo que lleva al desarrollo de métodos de configuración fijos electrochados. El proceso general para las herramientas de diamantes de la electroplatación es el siguiente: mecanizado del cuerpo de la herramienta, inspección dimensional, tratamiento mecánico, desengrasamiento, encinebido, tratamiento de aislamiento, remoción de óxido, lavado de agua caliente y fría, grabado anódico, lavado de agua fría y fría, electroplatación, aplicación de diamantes, espesamiento de la capa de placas, limpieza del tanque, eliminación de hidrógeno, inspección y herramienta terminada.

 

Los diamantes electroplacados tienen baja resistencia a sujeción y una baja exposición al diamante, que afectan la fuerza de corte y la nitidez. Las herramientas de diamantes soldados abordan estas deficiencias. Las herramientas de diamantes soldados se clasifican como un conjunto de superficie e impregnados. Las herramientas en el conjunto de superficie implican la soldadura del diamante directamente sobre la superficie del sustrato, mientras que las herramientas impregnadas implican el diamante de sinterización con otros materiales para formar un compuesto. El proceso de sinterización del compuesto de diamantes es esencialmente un proceso de soldadura por difusión entre el diamante y el sustrato. Al presionar en caliente el diamante y el carburo en un compacto (PDC), el enlace de diamante se transforma en un enlace de carburo.

 

 

El proceso de sinterización de la matriz de diamantes (comúnmente conocido como la cuchilla) también es un proceso de soldadura por difusión. La soldadura de herramientas de diamantes se puede clasificar en tres tipos principales: soldadura de herramientas de diamantes de una sola capa, soldadura de cuchillas de diamantes y soldadura de lámina compuesta PDC.

 

La sinterización de diamantes en caliente o en frío de las cuchillas de diamantes es un proceso de soldadura de difusión típico. En los primeros días de la fabricación de cuchillas de diamantes, el polvo de metal de baja temperatura se soldó a la difusión de la difusión con polvo de metal de alta temperatura para asegurar aún más el diamante. Con los avances tecnológicos, han surgido polvos activos pre-aleyed que contienen elementos formadores de carburo (como el cromo, el titanio, el vanadio y el molibdeno). La soldadura de difusión o la soldadura se logra reaccionando el polvo activo pre-alterado con diamante para formar carburos. La formación de carburo es lenta, resultante de la difusión mutua y la migración de los elementos activos en el polvo pre-aleado y el carbono en el diamante. Este proceso requiere un largo período de tiempo a una temperatura determinada para que ocurra la difusión y reacción atómica, lo que hace que la sinterización de presión caliente logre más fácilmente este proceso de difusión.

 

Las herramientas de diamantes de soldadura de una sola capa generalmente usan un metal de relleno de soldadura activo o basado en níquel. Este proceso, a través de la presencia de fuertes elementos o aleaciones formadores de carburo, crea un enlace metalúrgico químico entre el material de la matriz y el diamante, mejorando el agarre de la capa de soldadura en el diamante. Las herramientas soldadas de una sola capa cuentan con un alto porcentaje de diamantes expuestos que resisten el desprendimiento, lo que resulta en un corte agudo y una excelente eliminación de chips. La disposición ordenada de diamantes no solo garantiza una distribución racional de la capa de diamante en la superficie de la herramienta, maximizando la potencia de corte del diamante, sino que también reduce significativamente el uso de diamantes, reduce los costos de las herramientas y mejora la eficiencia de corte.

 

Los consejos de herramientas de diamantes de soldadura presentan desafíos únicos. Primero, las puntas de herramientas son productos de metalurgia en polvo con numerosos capilares. En segundo lugar, las puntas de las herramientas se sinterizan, lo que resulta en la presencia de óxidos tanto en la superficie como dentro. Tercero, las composiciones de punta de herramientas varían, lo que colocó demandas significativas en materiales y procesos de soldadura.

 

Debido a que la temperatura de calentamiento permisible de PCD es limitada (generalmente temperaturas resistentes al calor que no exceden los 720-780 grados), los materiales de soldadura a base de plata se utilizan principalmente. Sin embargo, los materiales de soldadura comunes a base de plata tienen baja resistencia al calor y mala humectabilidad para el diamante y el carburo. Actualmente, hay disponibles materiales de soldadura de herramientas PDC especializados que pueden cumplir con los requisitos de la soldadura por PDC mejorando la resistencia a la alta temperatura y las propiedades de fatiga del material de soldadura y optimizando el proceso de soldadura.

 

 

 

Después de la década de 1930, los principios de metalurgia en polvo comenzaron a usarse para fabricar cuchillas de sierra circulares de diamantes. Las herramientas tempranas se sinterizaron principalmente de diamantes, polvo de metal esqueleto de alto punto de fusión, polvo de metal elemental de bajo punto de fusión y materiales de relleno, con el polvo de metal de bajo punto de fusión que sirve como relleno de soldadura. Después de la década de 1960, las herramientas de diamantes se desarrollaron rápidamente, y un número creciente de instituciones comenzó a investigar sistemáticamente a los polvos de la matriz. Los rellenos de soldadura en polvo pre-alterado, en particular, obtuvieron una atención creciente para sus propiedades de soldadura de difusión dentro de las herramientas de diamantes.

 

Durante el uso de herramientas de diamantes, se pierde una cantidad significativa de diamante debido al desgaste de la matriz, en lugar del desgaste y la falla de los diamantes. Esto da como resultado una tasa de utilización de diamantes relativamente baja. Esto se debe a que la fabricación tradicional del segmento de diamantes se basa en la encapsulación mecánica de los diamantes dentro de la matriz. Dado que los diamantes no mojan el material de la matriz de metal, una vez que la matriz se lleva a una cierta altura, los diamantes se separan fácilmente de la matriz de metal, reduciendo significativamente el rendimiento y la vida de la herramienta de diamantes. Mejorar la capacidad de encapsulación de diamantes de la matriz es la medida técnica más efectiva para evitar la pérdida prematura de diamantes. Inicialmente, este enfoque se centró principalmente en mejorar el agarre a través de la extrusión mecánica y la encapsulación, como resultado de las transformaciones de fase en el polvo de la matriz. En las últimas dos décadas, la investigación sobre la unión metalúrgica química de los polvos activos pre-aleyed con diamante se ha intensificado.

 

Agregar fuertes elementos formadores de carburo como el níquel, el titanio, el circonio, el vanadio, el cromo, el molibdeno y el tungsteno al polvos pre-aleado mejora la humetabilidad de la aleación al diamante y, a través de la soldad de difusión durante el proceso de sinterización, fortalece el enlace químico entre la matriz y el diamante. Esto aumenta la altura del borde del diamante durante la molienda, mejorando la eficiencia de corte y la utilización de diamantes. Además, el polvo previamente aleado, que actúa como un metal de relleno de soldadura, mejora la estabilidad y la consistencia de los brocas de corte de diamantes. El laboratorio clave de los nuevos materiales y tecnologías de soldadura ha estudiado sistemáticamente los metales de llenado de soldadura en polvo basado en el mecanismo de soldadura por difusión de polvo, desarrollando una serie de metales de llenado de soldadura en polvo a base de plata y cobre, incluidos FBAG625, FBAB737, FBCU14, FBCU17, FBCU18, FBCU70 y FBCU423.

Debido a que el rango de temperatura de fusión de los polvos pre-aleyed es compatible con la temperatura de sinterización de los bits de herramientas de diamantes, la presión en caliente y la sinterización son procesos de soldadura por difusión, mientras que la presión en frío y la sinterización son procesos transitorios de soldadura por difusión de fase líquida. Los procesos de prensado en caliente y frío permiten reacciones de humectación entre elementos de alta fusión y diamante a temperaturas moderadas.

 

Los polvos reactivos pre-alquilados, que reemplazan a los polvos metálicos elementales, se utilizan en la sinterización de la soldadura de los compuestos de diamantes impregnados, abordando cuellos de botella técnicos como la mezcla de la matriz de diamantes de la matriz de diamantes de la matriz de metal, la creciente recaprodicción de los elementos de interacción, los elementos de interacción de la estructura de alto nivel, los elementos de la estructura de la altura de los elementos. componentes y fuerza de unión inestable. El efecto de retención mecánico de la matriz en la incrustación de diamantes está optimizado para una conexión compuesta de incrustación/soldadura, lo que mejora la altura y la nitidez de la cuchilla del diamante. Al cortar granito con una cuchilla preparada con polvo pre-aleado desarrollado por el Laboratorio Estatal Key de nuevos materiales y tecnologías de soldadura, la velocidad de corte se puede aumentar de 1,5 a 2 veces y la vida de la cuchilla de sierra se puede extender en 1.2 a 1.6 veces.

 

 

La soldadura directa de las herramientas de diamantes de una sola capa se utiliza principalmente en la fabricación de bolígrafos para ruedas de molienda, herramientas de medición, herramientas de piedra, herramientas de grabado de piedras preciosas o vidrio y ruedas de molienda de diamantes, ruedas de molienda de diamantes y archivos de diamantes. El proceso de soldadura logra un enlace metalúrgico entre el diamante, el metal de relleno de soldadura y el sustrato de metal, lo que resulta en una alta resistencia a la unión. La altura del borde del diamante es significativamente mayor que la lograda con la electroplatación. Como resultado, las herramientas de diamantes de una sola capa soldada son nítidas, tienen un espacio libre de chips grande, son menos susceptibles de obstruir durante el uso y logran una alta utilización de grano de diamante.

 

La mayoría de las aleaciones de metal de relleno de soldadura tienen dificultades para mojar el diamante, y el diamante es susceptible a la grafitización y la oxidación a altas temperaturas. Debido a la temperatura de transición de grafitización del diamante, la temperatura de soldadura no debe exceder los 1050 grados, incluso en un entorno de vacío. La soldadura de diamantes tiene una selección limitada de metales de relleno de soldadura. El metal de relleno seleccionado debe garantizar una buena humectación con diamante y formar un enlace químico y metalúrgico con él. También debe mantener la nitidez y evitar la corrosión excesiva. Además, las propiedades de desgaste del metal de relleno deben ser compatibles con el material que se trabaja para garantizar una exposición óptima al diamante y una larga vida útil.

 

Los elementos formadores de carburo, como el titanio, el circonio, el cromo y el diamante húmedo de vanadio, pero sus temperaturas de fusión son demasiado altas, lo que hace que el diamante se grafite severamente a altas temperaturas. Cobalt, hierro y aluminio efectivamente diamantes húmedos en su estado líquido, pero son severamente corrosivos dentro de su rango de temperatura humana. Actualmente, se utilizan dos procesos comunes para mejorar la humectabilidad del diamante y reducir el daño térmico. Uno implica agregar elementos activos a las aleaciones de soldadura convencionales para mejorar su humectabilidad y afinidad por el diamante. El otro implica recubrir la superficie del diamante con metal. Cuando se suele con aleaciones de soldadura de alto punto de fusión, el metal de la superficie protege efectivamente el diamante, minimizando el daño térmico y mejorando su humectabilidad.

 

Se crean dos tipos principales de nuevas aleaciones de soldadura al agregar elementos activos a las aleaciones de soldadura convencionales: aleaciones de soldadura a base de cobre y plata como AG-Cu, Cu-Sn y Ni-Cr. Las aleaciones de soldadura de bajo punto de fusión AG-C y Cu-SN están diseñadas principalmente para minimizar el daño térmico al diamante, pero la herramienta soldada resultante es débil, lo que dificulta el logro de lograr una molienda agresiva. Las herramientas de diamantes soldan con aleaciones NI-CR exhiben una excelente resistencia al desgaste y resistencia a la alta temperatura.

Los procesos para la soldadura de las herramientas de diamantes de un solo cristal o una sola capa incluyen soldadura de horno de vacío, soldadura por láser y soldadura de inducción de alta frecuencia de gas blindado. La soldadura en un horno de vacío tiene alta eficiencia de producción y calentamiento uniforme, y puede soldar piezas de trabajo con estructuras complejas y tamaños grandes. La soldadura con láser utiliza un haz láser como fuente de calor de soldadura. Durante la soldadura, la pieza de trabajo se calienta localmente rápidamente, y el diamante permanece en un estado de alta temperatura por un corto tiempo, lo que puede evitar que el diamante se someta a la grafitización. La soldadura de inducción de alta frecuencia protegida con gas utiliza la inducción de alta frecuencia para calentar la aleación de sustrato y soldadura al mismo tiempo. Tiene una alta temperatura de calentamiento, una velocidad de calentamiento rápida y es fácil de controlar la temperatura. También puede calentar localmente y es fácil lograr un control automático.

 

Este artículo analiza los principios de la tecnología de soldadura utilizada en las herramientas de diamantes soldados, el desarrollo de la tecnología de soldadura e información sobre materiales de soldadura, procesos y equipos. También propone la dirección futura de la tecnología de soldadura en la industria de las herramientas de diamantes.

 

(Esta almohadilla de pulido de terciopelo respaldada con diamantes soldados combina efectivamente el proceso de soldadura con la tecnología de la almohadilla de pulido de diamantes flexible. Hace que la molienda sea aguda y más rentable).

 

 

Contenido de este artículo:

• 1. Herramientas de diamantes y sus clasificaciones
• 2. Formas de conexiones de diamantes
• 3. Aplicaciones de la tecnología de soldadura en herramientas de diamantes
• 4. Diferencia de soldadura durante la sinterización de la matriz de diamantes
• 5. Soldadura de herramientas de diamantes de una sola capa
• 6. Soldadura de segmentos de diamantes a la matriz
• 7. Soldadura de compuestos de diamantes
• 8. Equipos y procesos de soldadura de herramientas de diamantes
• 9. Tendencias de desarrollo en la soldadura de herramientas de diamantes
• 10. Conclusión

Debido al espacio limitado, este sitio web se divide en dos secciones para su referencia.

 

Puntos de conocimiento de las herramientas de diamantes de soldadura (Parte 2)