Алмазное сверло

Алмазное сверло применяется во время обработки отверстий, которые сделаны в сверхтвердом минерале, высокопрочном сплаве или керамике. В алмазном сверле содержится монокристалл алмаза, который припаян к держателю из металла при помощи многокомпонентного эвтектического припоя, содержащего карбидообразующую составляющую.

Алмазное сверло следует отнести к высокопрочным инструментам специального назначения, а конкретнее – алмазным инструментам малых размеров, а еще точнее алмазным сверлам (с рабочим телом из одного или нескольких монокристаллов), диаметр которых менее 1 мм, предназначенных для сверления сверхтвердых минералов, керамики и высокопрочных сплавов.

Ближе всех к описываемому сверлу с технической точки зрения и итоговым результатам находится монокристаллическое алмазное сверло, имеющее диаметр 0,8 мм и более, где рабочим телом является монокристалл природного алмаза, подвергшийся такой обработке, от которой одна часть имеет заточенность под сверло, а вторая – имеет крепление для держателя.

 

При этом держатель алмаза имеет больший диаметр, чем конец, заточенный под сверло. Недостаток подобного сверла - ограничения глубины сверления, которая определяется длиной того участка кристалла, которое заточено под сверло. Есть еще недостатки: дороговизна сверл, невозможность делать отверстия диаметром меньше 0,8 мм, так как алмаз хрупок. Цель разработки описываемого сверла - изготовление монокристаллического алмазного инструмента, у которого нет ограничений на глубину сверления, а кроме этого - минимальные диаметры сверлимых отверстий, плюс сделать режущие кромки прочнее.

 

 

 

Это стало достижимо благодаря тому, что в новом сверле рабочим телом является монокристалл алмаза (синтетического или природного происхождения), который жестко присоединяется к держателю из металла и имеет необходимые форму и размеры вместе с требуемой конфигурацией режущих кромок. В новом случае монокристалл прикрепляется к держателю при помощи пайки с применением многокомпонентного эвтектического припоя, в котором содержится карбидообразующие компоненты. При этом кристаллографическое направление кристалла устанавливается так, чтобы быть параллельным относительно оси держателя. Также алмаз был подвергнут лазерной обработке для заданного диаметра сверла и необходимой конфигурации режущих кромок.

Новаторское техническое решение имеет отличие от привычного, так как металлический держатель соединен с алмазом благодаря химическим связям на границах материалов. Таким образом, точка соединения может быть локализована на отдельном участке поверхности алмаза, либо на одной отдельной его грани. Благодаря подобному соединению абсолютно исключено контактирование металлических поверхностей и обрабатываемого материала, позволяя сверлить отверстия большей глубины. Теперь эта глубина может зависеть только от механических свойств стержня и конструктивных особенностей сверла, которые обеспечивают извлечение стружки из зоны, где проходит сверление.


Процесс изготовления алмазного сверла

Металлическая основа (обычно цилиндрическая, но бывают и иных вытянутых форм) держателя, на которой имеется плоская торцевая поверхность с той стороны, где припаивается монокристалл алмаза, обрабатывается нанесением припоя. Он представляет собой суспензию на органическом клее, которая легко выгорает при температурах около 400 градусов Цельсия в вакууме. Потом к припою приклеивается (с применением органического клея) монокристалл алмаза, который ориентируют вдоль кристаллографического направления (III).

 

 

 

 

При этом направление устанавливают параллельно оси держателя, чтобы обеспечить максимальную прочность для каждой режущей кромки сверла. Во время пайки монокристалл удерживают в требуемом положении, применяя специальное приспособление. Сам процесс пайки алмаза к держателю производят в вакууме 0,013 Па (или в инертной среде) при температуре 900-950 градусов Цельсия.

 

Когда монокристалл припаян к держателю, то производят обрубку. Данная операция необходима, чтобы подогнать размеры алмаза под требуемые параметры сверла, а кроме того, для получения необходимых конфигураций алмазных режущих кромок. Обрубку производят при помощи импульсного лазерного излучения, у которого длина волны 1,06 мкм, а мощность 8-12 Вт и частота следования импульсов 3-10 кГц. Когда лазерная обработка монокристалла окончена, некоторые поверхности алмаза графитизируют.

Чтобы удалить графит и заострить режущие кромки алмаза, осуществляют механическую заточку сверла с применением алмазного круга, имеющего зерно 5-7 мкм. В описываемой конструкции сверла у держателя диаметр меньше, чем у монокристалла алмаза, поэтому возможна большая глубина сверления. Помимо этого, в подобных сверлах может быть использован монокристалл алмаза, чтобы сверлить отверстия, диаметр которых менее 0,7 мм. Это возможно благодаря соответствующей установке монокристалла относительно держателя. При этой установке режущие кромки обладают максимальной прочностью, а кроме того миниатюрными размерами кристалла, если смотреть вдоль оси сверла.