Як виробляють алмазний інструмент
Ось про що розповідається у цій статті:
Монолітні бетонні будівлі та споруди розраховані на багато десятиліть експлуатації. Але що якщо протягом цього часу необхідно змінити призначення будівлі?
На щастя, зносити старе та будувати нове не потрібно. Можна обійтися мінімальною хірургією, але для неї потрібні правильні інструменти, здатні битися з бетоном на рівних.
«Можна сказати, що успіхом ми частково завдячуємо помилкам будівельників та проектувальників, — сміється Дмитро Климашев, комерційний директор заводу «Дельта», що випускає основу інструменту, — алмазні сегменти. — Пам'ятаю, був випадок, коли будівельники залили стіни кімнати, а потім виявили, що потрапити всередину неможливо: у проекті просто забули передбачити хоча б одні двері. А бувають і помилки самих будівельників: скажімо, двері в документації є, але зробити її забудуть. І ось тоді в справу вступають наші алмазні інструменти, здатні без побічних руйнувань і точно розмір різати бетон».
Втім, алмазні інструменти застосовуються у будівництві досить широко навіть там, де жодних помилок не допущено. При перепрофілюванні будівель часто потрібно вирізати частини перекриттів або просвердлити отвори під арматуру для посилення фундаменту.
«Ось зараз ми якраз переробляємо одну таку будівлю, — каже Дмитро Клімашев. — Воно планувалося як автостоянка, але нові власники вирішили зробити із нього торговий центр. А якщо будівлю потрібно просто демонтувати, а вона стоїть у тісній міській забудові? У цьому випадку ні вибухом, ні сталевою бабою (гирею на тросі) це зробити неможливо — ось тут і приходять на допомогу ріжучі алмазні диски, якими ми виконуємо хірургічне видалення».
Діамантовий інструмент незамінний при виконанніспецзавдань
Але, звісно, найцікавіші завдання – спеціальні. За словами начальника відділу розвитку Андрія Пугачова, саме цей напрямок і підштовхнуло компанію «Адель» до розвитку власного виробництва алмазного інструменту (спочатку вона лише надавала послуги).
Серед спеціальних завдань Андрій згадує розтин випадково заблокованої сейфової кімнати, дуже трудомістке через високе наповнення бетону арматурою, або ремонт злітно-посадкової смуги Краснодарського аеродрому, де за вісім годин потрібно було вирізати пошкоджену бетонну плиту, поставити новий каркас, залити швидко каркас. покинути смугу до того, як її торця торкнувся колесами літака.
Іноді для таких робіт доводиться виготовляти унікальний інструмент.
«Коли відкривали філію сцени Великого театру, потрібно було вивести повітропроводи під кожне крісло, але справа ускладнювалася тим, що поверх бетону було вже покладено дорогий дерев'яний паркет, — згадує Дмитро Климашев. — Нам довелося вигадувати, як просвердлити паркет, вставити туди обсадні труби, щоб захистити дерево від води, що охолоджує, і всередині всього цього свердлити отвір під повітропровід. Потім виявилося, що у перекритті над уже готовою сценою забули висвердлити отвори під мікрофони. Там взагалі не можна було використовувати воду для охолодження, тож ми розробляли та виготовляли спеціальні свердла для роботи всуху. А вже перед відкриттям виявили, що барабан не проходить в оркестрову яму, тож нам довелося оперативно вирізати для нього додатковий отвір».
Діамантовий інструмент. Технології виготовлення
Зв'язуюча ланка
Шлях до ріжучого бетону алмазного диска або коронки починається з алмазного порошку. Він складається з монокристалів синтетичногоалмазу розмірами зазвичай 400-600 мкм.
«Можна використовувати і натуральні алмази, але синтетичні мають більш стабільні та прогнозовані характеристики, і вони набагато дешевші, — пояснює головний технолог компанії «Адель» Сергій Церман. — Алмазний порошок змішують із порошкоподібною сполучною речовиною, наприклад, кобальтом. Ріжучим елементом є алмази, а сполучна речовина утримує їх в інструменті. Поступово алмази затуплюються і вилітають із сполучного, що сточується і оголює наступний шар нових алмазів, готових до роботи».
Це, звісно, в ідеальному випадку. Якщо алмази затупляться раніше, ніж вилетять, інструмент "встане". Таке іноді виникає, якщо навантаження, додане до диска, занадто мало, і грані алмазів заполіровуються. Якщо ж, навпаки, алмази вилітатимуть раніше, ніж затупляться, диск дуже швидко витратить свій ресурс. Баланс між ресурсом інструменту та швидкістю різання (ріжучими властивостями) – це якраз одна з основних проблем розробки ріжучих елементів.
За словами Сергія Цермана, залежно від завдань до сполучного додають й інші речовини. Скажімо, карбід вольфраму для підвищення зносостійкості та збільшення ресурсу, або м'якіша мідь або бронзу для роботи з високоармованого бетону, або олово для роботи з мармуру.
Алмазні кільця
В отриману суміш (шихту) додають клей, а потім із цього складу роблять гранули міліметрового розміру - за допомогою екструзії (продавлювання крізь ґрати) або накочення при змочуванні.
«Мета гранулювання – зробити так, щоб кожен алмазик був оточений металом. Це надає суміші сипкості та запобігає поділу на фракції при автоматизованій віброподачі, — каже Дмитро Климашев. — У деяких компаніях сумішдозується вручну, у разі гранулювання необов'язково».
Гранули порціями подаються до цеху холодного пресування, де їх на пресі із зусиллям 15 т виготовляють брикети. Це попереднє пресування, воно потрібне, щоб майбутні ріжучі елементи зберігали форму до моменту завантаження в піч.
Оскільки до складу порошку входять надзвичайно тверді кристали алмазу, прес-форма зазвичай служить лише близько 10000 разів. Брикети поміщаються у графітові форми, а потім відправляються в піч, де через форму пропускають електричний струм, що розігріває їх до високої температури. Брикети спікаються під тиском у вакуумі або азотній атмосфері (на повітрі при високих температурах алмаз починає горіти) за спеціальною програмою.
Отримані сегменти маркують лазером і приварюють до корпусу диска або коронки за допомогою лазерного зварювання (часто для цього сегменти забезпечують невеликим шаром сполучного, що не містить алмазів).
Формування у графітових формах
Попередньо сформовані холодним пресуванням брикети із суміші алмазів і сполучного (порошки металів) затискають у графітовій формі і ставлять у піч, де розігрівають електричним струмом у вакуумі або азотній атмосфері та спікають під тиском.
Вільне спікання
Попередньо сформований холодним пресуванням брикет кладуть на лист і «запікають» у печі у водневому середовищі при нормальному тиску, внаслідок чого він трохи зменшується в обсязі. Проста технологія дає можливість масового випуску, але погано піддається автоматизації.
Гаряча допресовка
Нанесений на інструмент алмазний шар зі сполучним розігрівають, а потім поміщають під прес. В основному використовується для дрібного різального інструменту (відрізні диски дляручних машин).
Гальванічне зарощування
На інструмент наносяться шари, що чергуються, алмазного абразиву і нікелю (гальванічним методом). Такі інструменти є недешевими, але мають великий ресурс. Зазвичай цей метод використовується для виробництва ріжучих канатів, а також інструментів для ювелірної справи та медицини.
Вакуумна пайка
На інструмент наносяться шари, що чергуються алмазного абразиву і металу - методом осадження з газової фази у вакуумній камері.
Поверх брикету, сформованого холодним пресуванням, поміщають шматочок металу (зазвичай міді). Після нагрівання в печі мідь плавиться і просочує брикет. Цей процес використовується для виготовлення бурового інструменту, але дорогий і погано автоматизується.
Народження ріжучих елементів
Діамантовий пил
Основа різального інструменту - це порошки, що складаються з кристалів синтетичного алмазу.
Від зернистості порошку (розміру кристалів) залежить чистота обробки поверхні. Для будівельних інструментів використовуються переважно порошки з зернистістю 400-600 мкм.
Робота на знос
Випробування різальних інструментів - обов'язкова складова розробки та виробництва сегментів.
Зношування та ріжучі властивості вимірюються на спеціальних тестових бетонних блоках із заданим складом, щільністю та армуванням.