Diamantpolering är en process av plastisk deformation av ytan, som utförs när en indenter med en arbetsdel gjord av naturlig diamant glider över ytan på den del som är lokalt i kontakt med den, samtidigt som den ger råhetsparametern Ra = 0,05-0,2 μm med samtidig härdning av ytskiktet, vilket därigenom ökar slitstyrkan hos delar som arbetar under friktionsförhållanden.
Om naturlig diamant används som den arbetande delen av indentern, används konceptet "Diamond burnishing" (vid användning av syntetiska polykristallina diamanter ASPK - "ASPK burnishing", i fallet med hårda legeringar - "Carbide burnishing", etc. ).
Normalt görs polering efter finsvarvning i en uppsättning. Diamantpolering av en metallyta är ett bra alternativ till slipning och polering, eftersom plastisk deformation av metallen under polering leder till utjämning av den initiala grovheten, medan ytan kan bringas till en spegelfinish (det är känt att precisionssvarvning ger Ra = 0,1 μm, så vi pratar inte bara om att tillhandahålla grovhet, utan om komplexa kvalitetsparametrar, med härdning av detaljens ytskikt).
De vanligaste poleringsmetoderna är: polering med elastisk och styv fixering av indentern. Styv-elastisk polering, vibrationspolering, nanostrukturerande polering, polering med ett brett självjusterande verktyg, mikropolering används också.
Polering med styv fastspänning av intryckaren (polering med styv fastspänning av verktyget) implementerar en styv kinematisk förbindelse mellan intryckaren och arbetsstycket. På grund av införandet av den arbetande delen av indentern i arbetsstycket (förspänning), realiseras en krafteffekt på arbetsstyckets yta, vilket leder till ett plastiskt flöde av arbetsstyckets material. Med denna metod ökas dimensionsnoggrannheten, men det är önskvärt att använda den på CNC-maskiner med ökad noggrannhet, med minimal radiell utskjutning av delen. Rekommenderad initial grovhet Ra=0,8 µm. I praktiken, istället för en diamantintryckare, används ibland ett hårdlegerat fyrkantskär av typ S, som är profilerat med en radie R> 3,5 mm (verktygskonstruktionen består av en hållare, en hylsa för montering av insatsen, fästelement för fästa insatsen i hylsan och en hylsa i hållaren). Så här implementeras utjämnande polering, med maximal interferens upp till 20 mikron (det finns dock ökade krav på utrustning och den tidigare övergången - finsvarvning; därför är omfattningen delar med exakt makro- och mikrogeometri).
Vid polering med elastisk infästning av intryckaren (polering med elastisk infästning av verktyget; polermaskinen har vanligtvis en fjäder i sin utformning) är det inte förspänningen som ställs in, utan den radiella kraft med vilken intryckaren verkar på ytan som är maskinbearbetad. Denna metod används inte bara på CNC-maskiner, utan är mest lämplig för universella maskiner.
Vid styv-elastisk polering kommer polermaskinen med styv indenterfixering att fokusera på preliminär härdning av ytan och bildandet av primär grovhet, medan poleraren med elastisk fixering av indentern kommer att fokuseras på bildandet av en flerskiktsmikrostruktur av ytskiktet och den slutliga ytråheten.
Vibrationsutjämning består i det faktum att delens yta vanligtvis exponeras för en hårdlegerad indenter (som har en styv förbindelse med ultraljudsgivarens koncentrator) med en viss frekvens och amplitud.
Nanostrukturerande polering är en teknik för att forma ytskiktet på en del med en nanokristallin struktur och submikrorelief genom att kontrollera kontakttrycket och friktionsbelastningen för den jämnare indentern . Det utförs vanligtvis i två omgångar av verktyget med elastisk fastsättning av indentern och är orienterad mot CNC-maskiner.
Polering med ett brett självjusterande verktyg är användningen av ett speciellt självjusterande verktyg för att öka produktiviteten i processen, som utförs utan användning av kylvätska. Smoothers med indragare gjorda av superhårda material baserade på kristaller av kubisk bornitrid används. Används som ett alternativ till slipning i massproduktion.
Microburnishing används för att härda delar med en diameter på upp till 5 mm.
För utjämning är det lämpligt att använda verktygen från Sensor-företaget (Kurgan), den enda tillverkaren av utjämnare i Ryssland. Smoothers är inte sämre i egenskaper än välkända världsmärken, de är mer överkomliga och tekniskt stöd från tillverkaren är möjligt .
Användningen av naturliga diamanter för PPD-bearbetning gör det möjligt att erhålla en exceptionellt hög klass av ytrenhet på nästan alla sega metaller och legeringar oavsett hårdhet. Ansträngningen med vilken processen för utjämning med diamant utförs gör det möjligt att bearbeta tunnväggiga och lågstyva produkter, samtidigt som ytskiktet förstärks och gynnsamma kvarvarande tryckspänningar bildas i det. Allt detta blir möjligt tack vare de exceptionella fysiska, mekaniska och operativa egenskaperna hos diamant som verktygsmaterial.
Utjämning tillämpas framgångsrikt på företagen i Arzamas , St. Petersburg och andra städer.
De första studierna av processen utfördes av I. Hall. Hall använde diamantverktyg med cylindriska och sfäriska arbetsytor för att studera poleringsprocessen. Halls forskning visade att i processen att polera direkt framför verktyget på sidorna och under det, uppstår kompression och plastisk deformation av metallen, som, efter att verktyget har passerat, avlastas från påkänningar som inte överstiger den elastiska gränsen . Fördjupningarna som är belägna mellan åsarna av mikrogrovheter, om de inte är särskilt djupa, fylls med metallen från åsarna som ett resultat av verktygets stöt.
V. M. Smelyansky var en av de första som underbyggde poleringens höga effektivitet ur synpunkten att jämna ut grovheten och förstärka ytskiktet. Samtidigt övervägde han hårdpolering, för vars genomförande ett lätttillverkat verktyg (intryckare, hållare, anordning för att fixera intryckaren i hållaren) används. Begränsningen för tillämpningen av denna metod var emellertid bristen på stela och exakta CNC-maskiner vid den tiden (1969). I Ryssland gjordes under 2000-talet även studier på hårdpolering, där en fräs användes som verktyg och utjämning utfördes med SMP, vilket visade goda resultat. Det hårda poleringsverktyget kräver dock, på grund av sin låga kostnad, inga alternativ.
V.P. Kuznetsov (generaldirektör för LLC "Enterprise "Sensor") var den första som fastställde att det under polering är möjligt att bilda ett nanostrukturerat ytskikt av en del med en ytjämnhet i nanometerområdet. Detta öppnade upp ett ytterligare användningsområde för polering vid bearbetning av mycket exakta kritiska delar.
Diamant har en hög värmeledningsförmåga . Dess värmeledningskoefficient är mer än dubbelt så hög värmeledningskoefficient för VK8 hårdlegeringen , fem gånger högre än den för R18 stål och T15K6 legering, och tio gånger högre än värmeledningskoefficienten för mineralkeramik. Den höga värmeledningsförmågan hos diamant, när den används som verktygsmaterial, säkerställer god värmeavledning från bearbetningszonen, vilket resulterar i att relativt lägre temperaturer uppstår på kontaktytorna än vid utjämning med andra verktygsmaterial. En gynnsam termisk regim i kontaktområdet skapas också på grund av diamantens höga värmekapacitet .
Diamantkristallen har en låg friktionskoefficient på metallytan (ca 0,05). Den exceptionellt höga renheten med vilken dess arbetsyta kan poleras , dess extrema hårdhet och slitstyrka gör diamant till det huvudsakliga verktygsmaterialet för utjämning. Syntetiska diamanter, kubisk bornitrid och i vissa fall hårda legeringar och mineralkeramik används också.
PPD med diamantverktyg ger bra resultat vid bearbetning av nästan alla metaller. Undantaget är titandelar. Den största inverkan på den härdade ytans grovhet, som vid valsning, har en radiell kraft (i detta fall finns det ett utjämningsläge - där ytskiktet nästan inte härdat och ett utjämnings-härdningsläge - en minskning av Ra och härdning; i det första fallet är kraften mindre). Det optimala värdet av denna kraft beror på metallens mekaniska egenskaper, på formen och dimensionerna på intryckaren (för hårda material väljs intryckningsradien att vara mindre än för mjukare) för verktyget och andra processparametrar. För PPD med diamantverktyg är relativt små kraftvärden karakteristiska (ju högre hårdhet på materialet som bearbetas, desto större kraft), vilket i allmänhet är för den elastiska poleringsmetoden i intervallet från 50 till 300 N (på universella maskiner bestäms kontaktögonblicket av det så kallade "briljanta spåret", som visas på delen, men denna metod är inte särskilt exakt), eller i interferensvärdena för en hård poleringsmetod (ju högre hårdhet materialet som bearbetas, desto mindre störningar) - från 10 till 150 mikron (i detta fall är det nödvändigt att skapa ett system på CNC-maskiner automatiskt tillhandahållande av en förutbestämd täthet, för exakt införande av indentern).
En viktig parameter i poleringsprocessen är matningen, som vanligtvis tas i intervallet från 0,005 till 0,10 mm/varv.
Utjämningshastigheten, enligt ett antal forskare, har praktiskt taget ingen effekt på den härdade ytans mikrorelief, men vid hastigheter på 20–60 m/min blir grovheten jämnare och härdningen enhetlig. Vid höga hastigheter kan vibrationer uppstå som försämrar kvaliteten på bearbetningen och minskar verktygets livslängd. För närvarande finns det vetenskapliga tillvägagångssätt för att eliminera vibrationer och utjämnare skapade på grundval av dem (diamantutjämnare "SENSOR-TOOL").
Det korrekta valet av kylvätska och intensiteten av dess tillförsel till utjämningszonen kommer också till stor del att bestämma grovheten hos den utjämnade ytan. Samtidigt är det önskvärt att den initiala grovheten inte ska vara "spetsig", eftersom, särskilt för icke-plastiska material, när den initiala grovheten krossas av intryckaren, kan mikropartiklar av materialet bryta ut, som, en gång i deformationszonen, kommer att försämra kvaliteten på den utjämnade ytan och påskynda slitaget av intryckaren, vars arbetsyta ofta måste bringas till nominell geometri och grovhet. Kylvätska under polering är viktigare ur smörjningssynpunkt, eftersom poleraren implementerar glidfriktion. Dessutom bör poleringszonen inte kylas för mycket, eftersom temperaturen i deformationszonen i vissa intervall underlättar själva deformationsprocessen. I princip bestäms temperaturregimen initialt av poleringslägena, i synnerhet av hastighet. Temperaturen kommer att ha en direkt inverkan på strukturen av ytskiktet på delen, men det är känt från bruket av polering att om den första intryckaren omedelbart följs av "polering" av det förhärdade och uppvärmda materialet i del med den andra indragaren, då bildas ett tätt enhetligt härdat skikt.
Efter polering kommer delens storlek att förändras på grund av plastisk deformation av materialet, vilket bör beaktas vid bestämning av toleransen för polering, det vill säga den slutliga toleransen för storleken för polering bör vara "stramade" av storleken på denna förändring.
Med hänsyn till utvecklingen av moderna verktygsmaskiner kan polering som en finbearbetningsövergång (som, för att undvika delformfel, måste utföras med en tidigare övergång i en uppsättning) användas i olika kombinerade teknologier - till exempel för svarvbearbetning centra med laserhuvuden: finsvarvning, laserhärdning av ytan till ett djup av 1000 mikron, diamantpolering med en styv fixering av indentern för att säkerställa makro- och mikrogeometri, det vill säga geometrisk dimensionsnoggrannhet och Ra<0,2 mikron. Exempelvis har hårdelastisk polering utvecklats i metoden kombinerad finish-härdande behandling, som kombinerar polering med styv fixering av intryckaren och elastisk valsning. Eftersom glidfriktion under polering leder till glidning av intryckaren och delens yta, vilket bildar en grövre strävhet, för ultraprecisa delar med Ra<0,05 µm (eller för trögflytande material), är det önskvärt att utföra kulrullning ( ytråhetsparameter för kulan Ra<10 nm). I detta fall är det också möjligt att använda huvuden med en indenter och en kula (för en kula måste det finnas en antifriktionsseparator och ett lager med en antifriktionsbeläggning; eller en hydrostatisk design). Vid successiv användning av slätare och rulle är det möjligt att använda en rullrulle.