Un primer plano de un segmento de una hoja de sierra de diamante.
Una herramienta de diamante es una herramienta de corte con granos de diamante fijados en las partes funcionales de la herramienta mediante un material adhesivo u otro método. Como el diamante es un material superduro , las herramientas de diamante tienen muchas ventajas en comparación con las herramientas fabricadas con abrasivos comunes como el corindón y el carburo de silicio .
Historia
En Historia Natural , Plinio escribió: "Cuando un adamas se rompe con éxito, se desintegra en astillas tan pequeñas que apenas son visibles. Estas son muy buscadas por los grabadores de gemas y las insertan en herramientas de hierro porque hacen huecos en los materiales más duros. sin dificultad." [1]
Ventajas
El diamante es uno de los materiales naturales más duros del planeta; mucho más duro que el corindón y el carburo de silicio. El diamante también tiene alta resistencia, buena resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Entonces, cuando se usa como abrasivo , tiene muchas ventajas obvias sobre muchos otros abrasivos comunes.
Ventajas de las herramientas abrasivas de diamante.
El diamante se puede utilizar para fabricar herramientas abrasivas, que tienen las siguientes ventajas:
Alta eficiencia de molienda, baja fuerza de molienda : el orificio generará menos calor en el proceso de molienda. Esto puede disminuir o evitar quemaduras y grietas en la superficie de la pieza de trabajo, y disminuir el desgaste y el consumo de energía del equipo.
Alta resistencia al desgaste : el cambio de dimensión de las herramientas abrasivas de diamante es pequeño. Esto puede conducir a una buena calidad de rectificado y una alta precisión de rectificado.
Larga vida útil, largo período de preparación : esto puede aumentar en gran medida la eficiencia del trabajo, mejorar el entorno laboral de los trabajadores y disminuir la intensidad de mano de obra del producto.
Bajo costo integral : el costo de procesamiento de cada pieza de trabajo es menor.
Categorías
Hay miles de tipos de herramientas de diamante. Se pueden clasificar por sus métodos de fabricación y sus usos.
Categorías por método de fabricación
Según sus métodos de fabricación o tipos de unión, las herramientas diamantadas se pueden clasificar de la siguiente manera:
Herramientas de diamante con aglomerante metálico : El material de unión de la herramienta es metal sinterizado que contiene arena de diamante. Las partes funcionales de la herramienta suelen ser segmentos de diamante . Estas herramientas incluyen hojas de sierra de diamante con aglomerante de metal , muelas de diamante para esmerilado , brocas de diamante , etc. Para las herramientas de diamante con aglomerante de metal, la unión es uno de los factores principales al seleccionar qué herramienta usar para cortar o pulir un material específico. , dependiendo de qué tan duro o abrasivo sea el material. La unión utilizada dicta la velocidad a la que los polvos metálicos se desgastan y exponen nuevos cristales de diamante en la superficie, manteniendo así una superficie de corte abrasiva. Se logran diferentes fuerzas de unión según la mezcla de aleación de polvos metálicos elegida y la cantidad de calor y presión que se aplique al segmento sinterizado. Históricamente, el material de referencia ha sido el cobalto, gracias a la alta retención del diamante, la facilidad de procesamiento mediante prensado en caliente y la tasa de desgaste ajustable mediante la mezcla de bronce [2] o polvos de carburo de tungsteno. Debido a su elevado e inestable precio y a preocupaciones medioambientales, se han desarrollado sistemas alternativos basados en aleaciones o mezclas de hierro y cobre, con adicionales adiciones metálicas y no metálicas. [3]
Herramientas de diamante aglomeradas con resina : el material de unión de las herramientas es principalmente polvo de resina. Un ejemplo de este tipo de herramientas son las almohadillas de pulido de diamante aglomeradas con resina que se utilizan en la industria de la construcción.
Herramientas de diamante recubiertas : estas herramientas se fabrican fijando los diamantes en la base de la herramienta mediante el método de galvanoplastia o mediante el método CVD (deposición química de vapor). Por lo general, se pueden fabricar con buena precisión de procesamiento.
Herramientas diamantadas con aglomerante cerámico : El material aglutinante de las herramientas suele ser vidrio y polvo cerámico. Esta herramienta generalmente tiene las características de buena estabilidad química, pequeña deformación elástica, pero alta fragilidad, etc.
Diamante policristalino (PCD) : normalmente se obtienen sinterizando muchos cristales de diamante individuales de tamaño micro a alta temperatura y alta presión. El PCD tiene buena tenacidad a la fractura y buena estabilidad térmica, y se utiliza en la fabricación de brocas geológicas.
Compuestos de Diamante Policristalino o Compactos (PDC) : Se fabrican combinando unas capas de diamantes policristalinos (PCD) con una capa de revestimiento de carburo cementado a alta temperatura y alta presión. El PDC tiene las ventajas de la alta resistencia al desgaste del diamante con la buena tenacidad del carburo.
Herramientas de diamante soldadas a alta temperatura : esta herramienta se fabrica soldando una sola capa de diamantes sobre la herramienta mediante soldadura a una temperatura superior a 900 °C. mediante soldadura fuerte al vacío o soldadura fuerte en atmósfera protegida. Esta herramienta tiene varias ventajas: la soldadura puede sujetar los diamantes con mucha firmeza, la altura expuesta de la única capa de diamantes puede ser del 70 % al 80 % de su tamaño y los diamantes se pueden disponer regularmente en la herramienta.
Categorías por uso
Si se clasifican por uso, hay herramientas de esmerilado de diamante, herramientas de corte de diamante (p. ej., brocas helicoidales recubiertas de diamante), herramientas de perforación de diamante, herramientas de aserrado de diamante (p. ej., hojas de sierra de diamante ), matrices de trefilado de diamante, etc.
Aplicaciones
Materiales aplicables
Las herramientas diamantadas son adecuadas para procesar los siguientes materiales:
aleación de carburo
Materiales no metálicos duros o abrasivos, por ejemplo piedra, hormigón, asfalto, vidrio, cerámica, piedras preciosas y materiales semiconductores.
Metales no ferrosos como el aluminio, el cobre y sus aleaciones, y algunos materiales blandos pero resistentes como el caucho y la resina.
Como los diamantes pueden reaccionar con Fe, Co, Ni, Cr, V bajo las altas temperaturas generadas en los procesos de rectificado, normalmente las herramientas de diamante no son adecuadas para procesar aceros, incluidos los aceros comunes y varios aceros de aleación resistentes, mientras que la otra herramienta superdura, la cúbica. Herramienta de nitruro de boro (CBN), adecuada para procesar aceros. Las herramientas fabricadas con abrasivos comunes (p. ej. corindón y carburo de silicio) también pueden realizar esta tarea.
Dominios aplicados
Las herramientas diamantadas se utilizan en los siguientes ámbitos:
Exploración geológica o de proyectos : A menudo se utilizan brocas de diamante para geología, brocas de diamante para aceite y brocas de diamante para paredes delgadas. La principal aplicación de las brocas de perforación PCD es en las industrias del petróleo y el gas natural y en la industria minera.
Procesamiento de piedra : Las hojas de sierra circular de diamante, las sierras de banda de diamante y las sierras de cinta de diamante se utilizan para serrar mármol, granito y otros bloques de piedra. Las sierras de hilo diamantado se utilizan en las canteras de piedra para explotar bloques de piedra en bruto. Las herramientas de diamante con forma se utilizan para procesar la piedra hasta darle una forma particular. Las almohadillas de pulido de diamante aglutinadas con resina se utilizan para pulir la piedra.
Construcción : Las hojas de sierra de diamante de tamaño mediano o pequeño, las brocas de diamante y algunas herramientas de pulido o esmerilado de diamante se utilizan a menudo para reparar carreteras, remodelar edificios y procesar materiales de construcción.
Carpintería : Los suelos laminados compuestos se utilizan mucho. Es usable como piedra. En su procesamiento se utilizan hojas de sierra circular PCD, fresas perfiladoras, brocas helicoidales y otras herramientas de diamante.
Procesamiento de repuestos de automóviles : se utilizan herramientas de corte PCD y PCBN para cumplir con los requisitos de procesamiento de alta eficiencia y baja desviación en este dominio.
Procesamiento de productos de TI y electrodomésticos : se utilizan ruedas de corte de diamante súper delgadas de alta precisión para cortar rodajas de silicio. Las muelas abrasivas de diamante aglomeradas con resina se utilizan para procesar cerámica en la industria de fibra óptica.
Procesamiento de cerámicas de ingeniería : las cerámicas de ingeniería se utilizan ampliamente en muchas industrias. Tienen las propiedades de alta tenacidad, alta dureza y resistencia a altas temperaturas. Para procesarlos se desarrollan muelas abrasivas de diamante duraderas y de alta tenacidad.
Procesamiento de herramientas de carburo y otras herramientas mecánicas : las herramientas de diamante se utilizan para obtener una alta precisión y eficiencia de procesamiento.
Además de los enumerados anteriormente, también existen otros ámbitos en los que se aplican herramientas de diamante, por ejemplo, en medicina, el científico venezolano Humberto Fernández Morán inventó el bisturí de diamante para su uso en cirugías delicadas en 1955.
Además de su uso como abrasivo debido a su alta dureza, el diamante también se utiliza para fabricar otros productos por sus muchas otras buenas propiedades, como alta conductividad térmica, bajo coeficiente de fricción, alta estabilidad química, alta resistividad y alto rendimiento óptico. Estas aplicaciones incluyen revestimientos de cojinetes y CD, que actúan como lentes y termistores, fabricación de interruptores y sensores de alto voltaje, etc.
Algunos ejemplos de herramientas diamantadas.
Herramientas de diamantado
Los rectificadores de diamante consisten en herramientas de una o varias puntas soldadas a un vástago de acero y se utilizan para rectificar y rectificar muelas abrasivas. Las herramientas vienen en varios tipos, que incluyen: impregnadas con arena, tipo hoja, tipo corona y tipo disco. Las ventajas de las herramientas multipunto sobre las de un solo punto son:
Se puede utilizar todo el diamante; En una herramienta de punta única, cuando la punta está desafilada, se debe reajustar el diamante y, después de algunos ajustes, se reemplaza el diamante.
Las herramientas multipunto tienen mayor precisión, especialmente en el rectificado de formas , donde se utilizan tipos de cuchillas. Las hojas están formadas por diamantes alargados. El espesor está controlado y las hojas están disponibles en espesores de 0,75 a 1,40 milímetros (0,030 a 0,055 pulgadas).
Las herramientas de grano son resistentes y pueden usarse para amoladoras de banco.
Dado que se utilizan puntas pequeñas, los diamantes tienen un filo con puntas naturales, a diferencia de las herramientas de punta única, que tienen puntas brutas.
El coste de las herramientas multipunto es menor, ya que se utilizan diamantes más pequeños y menos costosos.
herramientas de corte de PCD
El diamante policristalino (PCD) se forma en una gran prensa de alta temperatura y alta presión (HT-HP), ya sea como una oblea de diamante sobre un soporte de carburo o formando una "vena" de diamante dentro de una oblea o varilla de carburo.
La mayoría de las obleas se pulen hasta obtener un acabado de espejo y luego se cortan con una herramienta de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) en segmentos más pequeños y viables que luego se sueldan a la hoja de sierra, escariador, taladro u otra herramienta. A menudo se mecanizan por electroerosión y/o se rectifican un tiempo adicional para exponer la veta del diamante a lo largo del filo. Estas herramientas se utilizan principalmente para el mecanizado de materiales no metálicos y no ferrosos.
La operación de rectificado se combina con la electroerosión por varias razones. Por ejemplo, según Modern Machine Shop, [ cita necesaria ] la combinación permite una mayor tasa de eliminación de material y, por lo tanto, es más rentable. Además, el proceso de electroerosión afecta ligeramente el acabado de la superficie. Se utiliza pulido en el área afectada para proporcionar una superficie final más fina. El Instituto de Electromecanizado de Beijing [ cita necesaria ] atribuye una forma y una geometría de superficie más finas a la combinación de los dos procesos en uno.
El proceso en sí se logra combinando los dos elementos de cada proceso individual en una muela abrasiva. La muela de diamante de grafito realiza la tarea de rectificado, mientras que el anillo de grafito alrededor de la muela existente sirve como parte de electroerosión. Sin embargo, dado que el diamante no es un material conductor, la unión en la pieza de trabajo de PCD debe ser lo suficientemente amplia como para proporcionar la conductividad necesaria para que funcione el proceso EDG.
Las herramientas de diamante policristalino se utilizan ampliamente en las industrias automotriz y aeroespacial. Son ideales para mecanizado de velocidad (9000 pies superficiales por minuto o más) en aleaciones de aluminio resistentes y abrasivas, y procesos de alta abrasión como perforación de fibra de carbono y cerámica. Los filos de corte de diamante hacen que duren períodos prolongados antes de que sea necesario reemplazarlos. Los procesos de gran volumen, tolerancias estrictas y procesos altamente abrasivos son ideales para las herramientas de diamante.
Compactos de diamante policristalino
A finales de la década de 1970, General Electric fue pionera en la tecnología de los compactos de diamante policristalino (PDC) como sustituto de los diamantes naturales en las brocas . [4] Los PDC se han utilizado para cortar superficies de rocas cristalinas durante largos períodos de tiempo en entornos de laboratorio, y estas capacidades ahora se han implementado en entornos hostiles en todo el mundo.
En agosto de 2000, el Departamento de Energía de Estados Unidos afirmó que casi un tercio del material total perforado en todo el mundo se perfora con barrenas PDC, con un ahorro declarado de casi 100.000 dólares por barrena PDC en comparación con las barrenas de rodillo. [5]
Pasta y lechada de diamante
Las pastas de diamante se utilizan para pulir materiales que requieren un acabado de espejo. A menudo se utilizan en muestras metalúrgicas, matrices de carburo, sellos de carburo, industria del vidrio para gafas y para pulir diamantes. La pasta de diamante se utiliza principalmente en requisitos industriales para pulir y afilar hojas de metal y otras superficies metálicas. La pasta no sirve sólo para pulir la hoja de metal, sino también para afilar el filo.
Herramientas galvanizadas con diamante
El polvo de diamante depositado mediante galvanoplastia se utiliza para fabricar limas (incluidas las de uñas) y en pequeñas aplicaciones de pulido.
Herramientas de torneado de diamante de un solo punto
El torneado con diamante de un solo punto (SPDT) utiliza un diamante sólido e impecable como filo. El diamante monocristalino puede ser natural o sintético, y se afila hasta las dimensiones deseadas mediante esmerilado y pulido mecánico . El filo de la mayoría de las herramientas de diamante tiene un filo de decenas de nanómetros, lo que lo hace muy eficaz para cortar materiales no ferrosos con alta resolución. SPDT es un proceso de mecanizado muy preciso que se utiliza para crear ópticas asféricas e irregulares acabadas sin necesidad de pulir más una vez finalizada. La máquina herramienta más precisa del mundo, la LODTM, anteriormente en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , tenía una precisión de perfil estimada en 28 nm, mientras que la mayoría de las máquinas buscan una rugosidad dentro de esa desviación. [6]
SPDT se utiliza para óptica, para superficies planas donde se requiere tanto un acabado superficial como una precisión dimensional inusualmente alta, y cuando el lapeado sería antieconómico o poco práctico.
Hojas de sierra de diamante
Para cortadoras de gasolina de alta velocidad, sierras de operador a pie, amoladoras portátiles, sierras de puente, sierras de mesa, sierras para azulejos y otros tipos de sierras.
Hoja cóncava
Para cortar curvas en encimeras para instalar fregaderos o esculpir estatuas.
punteros de pliegue
Discos diamantados de gran espesor para restauración, que implica desbaste y sustitución de mortero.
Cazadores de grietas
Discos de diamante gruesos en forma de V para reparar grietas en hormigón.
Copas de molienda con punta de diamante
Normalmente se utiliza en amoladoras manuales para moler hormigón o piedra.
Broca perforadora o corona con punta de diamante
Tubo hueco de acero con segmentos con punta de diamante para perforar agujeros a través de paredes de hormigón en la industria de la construcción, gres porcelánico o encimeras de granito en la industria nacional, o también utilizado para extracciones de núcleos de muestra en la industria minera.
Inserto de herramienta PCD
Utilizado en máquinas herramienta para el mecanizado de cerámica y aluminio de alta velocidad.
Inserto de herramienta PD
Utilizado en centros de torneado para óptica y superficies de precisión.
Almohadillas de pulido
Almohadillas con cristales de diamante para pulir mármol y otras piedras finas.
Corte con hilo de diamante
Alambre con cristales de diamante para cortar.
Algunas de las características del corte con hilo diamantado son:
Sin percusión, sin humo y silencioso Cara de corte suave Profundidad de corte ilimitada Corte horizontal, vertical y en ángulo de aberturas circulares de hasta 2500 mm de diámetro Instalación de corte por inmersión que permite formar aberturas ciegas y rebajadas Control remoto funcionamiento para mayor seguridad
Cadena de sierra de diamante
Para cortar piedra, hormigón y ladrillo con una motosierra especial .
^ Plinio el Viejo. "Historia Natural". Traducido por DE Eichholz. Archivado desde el original el 1 de enero de 2017 . Consultado el 28 de mayo de 2014 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )
^ "Comportamiento de libre sinterización de polvos de bronce para herramientas de diamante".
^ Konstanty, Janusz (2013). "Herramientas de diamante sinterizado: Tendencias, desafíos y perspectivas". Metalurgia de polvos . 56 (3): 184–188. Código Bib : 2013PowM...56..184K. doi :10.1179/1743290113Y.0000000058. S2CID 137707986.
^ Revista de tecnología del petróleo. "Leyendas de la perforación" (PDF) . págs. 50–55. Archivado desde el original (PDF) el 26 de julio de 2011 . Consultado el 2 de agosto de 2010 .
^ Laboratorio Nacional de Energías Renovables (agosto de 2000). Brocas con cortador de diamante (PDF) (PDF). Departamento de Energía de Estados Unidos. pag. 2.(DOE/GO 100098-482)
^ El torno más preciso del mundo, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, abril de 2001
