Алмазные диски

Алмазные отрезные диски, которые, кстати, правильнее называть алмазными кругами, занимают особое положение в ряду прочей пиляще-режущей оснастки. По сравнению с обычными абразивными аналогами у них имеется ряд преимуществ, например, заметно более высокие показатели по ресурсу, производительности, точности реза и чистоте обработки. К списку достоинств можно отнести еще и тот факт, что в процессе эксплуатации диаметр круга (а, следовательно, линейная скорость его вращения) остается практически неизменным. Правда, за все приходится платить — в прямом смысле этого слова: стоимость алмазного круга ощутимо выше, чем у абразивного диска того же размера.

Алмазные диски служат рабочим инструментом (оснасткой) для :

• угловых шлифовальных машин (УШМ),
• штроборезов (или бороздоделов),
• отрезных (шлицефрезерных) машин,
• бензорезов,
• плиткорезов,
• камнерезных станков и некоторого другого оборудования.

Причем, по мнению большинства специалистов, круги для сухой резки в работе удобнее, чем их аналоги, предназначенные для использования с водяным охлаждением, однако первые, безусловно, требуют наличия системы отвода пыли, иначе оператор неоправданно рискует своим здоровьем. К слову, диски для сухой обработки можно применять и для выполнения мокрых резов, но не наоборот. Алмазные круги в основном предназначены для резки неметаллических материалов (хотя существуют модели для работы с металлами, в том числе твердыми), причем исключительно по прямой линии. Выполнять с их помощью обдирочные операции и криволинейные резы запрещено, поскольку эта разновидность оснастки не рассчитана на значительные боковые нагрузки. Многие пользователи почему-то считают, что все алмазные диски являются вроде бы универсальными. Это не вполне соответствует действительности.

Различные круги предназначаются для резки:

• керамики;
• стекла;
• натурального и искусственного камня;
• кирпича, шлакоблоков;
• бетона, включая железобетон;
• асфальта.

Теоретически можно резать бетонные блоки алмазным диском для керамической плитки, и тот вполне справится с поставленной задачей. На практике же такая подмена приведет, во-первых, к заметному снижению эффективности и качества реза, а во-вторых, к деформации круга и/или ускоренному износу его рабочей поверхности, так как неправильно подобранная оснастка попросту не рассчитана на эксплуатацию в данных условиях. Здесь следует уточнить, что у дисков для обработки твердых материалов связка с вкраплением алмазов должна быть более мягкой, а для мягких материалов, наоборот, прочной к истиранию. Такое требование объясняется очень просто: при контакте с твердым веществом алмазы разрушаются быстрее, но жесткая связка не дает следующим кристаллам выйти на поверхность. В результате диск «лысеет» и перестает резать. При обработке же мягкого материала износ алмазов невелик: если используется недостаточно стойкая к истиранию связка, они просто будут вываливаться из своих гнезд, что тоже ухудшает резание.

Кстати

Технология производства алмазных кругов для сухой резки была разработана японской компанией Sankyo Diamond Tools, ныне входящей в состав корпорации Hitachi. Инженерам пришлось решать довольно непростую задачу. Стандартная методика изготовления алмазных кругов на тот момент предусматривала крепление режущей части к металлической основе посредством высокотемпературной пайки с использованием серебряного припоя. Однако алмазная крошка не режет, а фактически растирает обрабатываемый материал в пыль: возникающее трение приводит к интенсивному нагреву диска, припой плавится, и режущая часть попросту отваливается. Следовательно, работать такими кругами без эффективного водяного охлаждения нельзя.

Японские специалисты предложили два способа решения указанной проблемы. Первый из них заключается в спекании режущих сегментов и металлической основы при высокой температуре и под большим давлением. По такой схеме изготавливаются как сегментированные диски, так и алмазные круги со сплошной режущей кромкой. Второй способ — лазерная сварка, которая воздействует на молекулярную структуру двух скрепляемых материалов и сваривает их между собой. Эта методика позволяет получить только сегментированные диски. Обе технологии дают возможность при резке обходиться без водяного охлаждения и обеспечивают одинаковую прочность соединения, хотя считается, что вмешательство лазера дополнительно укрепляет структуру стали.

После изготовления алмазные круги проходят первоначальную шлифовку, обнажающую первые кристаллы на режущей поверхности. При этом за ними образуются так называемые «хвосты кометы», по которым при необходимости можно определить правильное направление вращения диска: алмаз идет впереди, а «хвост» за ним.

Общая информация

Первые синтетические алмазы удалось получить в середине XX века, а современные технологии позволяют придавать этим кристаллам углерода заданные свойства и нужные размеры. Сравнительно дорогостоящие монокристаллические алмазы обладают очень высокой прочностью и относительно небольшой поверхностью трения, характеризуются правильной формой и отсутствием инородных включений. Соответственно, велик и ресурс отрезного диска, что позволяет обрабатывать им твердые материалы. В бюджетных же алмазных кругах используются менее качественные поликристаллы, более склонные к саморазрушению. Их удел — обработка не слишком твердых материалов. Кстати, для лучшего сцепления с матрицей в процессе синтеза алмазов могут использоваться присадки из кобальта или никеля.

Разновидности

Как показывает практика, алмазные диски для сухой резки чаще всего используются с обычными УШМ, соответственно, максимальная частота их вращения такая же, как и у привычных абразивных кругов по металлу: от 5500 до 12 000 об/мин, хотя на некоторых моделях указано «до 13 900 об/мин». Образующееся в процессе работы тепло отводится по воздуху, теплоемкость которого неизмеримо ниже, чем у воды, поэтому температура на поверхности круга может быть довольно высокой: оператору следует соблюдать меры предосторожности. Конструктивно алмазные круги для сухой резки состоят из стального диска (называемого также корпусом) с посадочным отверстием и множеством мелких технических алмазов, закрепленных по всей внешней окружности диска с помощью связующего состава. В корпусе может иметься ряд симметрично расположенных отверстий или прорезей, служащих для снижения массы конструкции, а также призванных компенсировать ее тепловую деформацию.

По типу режущей кромки алмазные диски для сухой резки делятся на:

• сплошные (другие используемые названия — со сплошной режущей кромкой, с замкнутым режущим контуром, с непрерывным алмазным слоем);
• «турбо» (имеют диаметр до 350 мм);
• сегментные (также называются сегментированными);
• турбосегментные.

Сплошные диски обеспечивают наиболее чистый рез и практически не дают сколов, поэтому их чаще используют для резки хрупких материалов, например, керамической плитки, керамогранита и стекла. Недостатком такой конструкции является низкая производительность, а причиной тому — слабый отвод тепла из рабочей зоны. Для увеличения скорости реза на слое алмазного покрытия сплошного диска иногда наносится множество косых прорезей (шлицев), что снижает силу трения между боковыми поверхностями оснастки и обрабатываемым материалом, одновременно улучшая отвод тепла и пыли из рабочей зоны. Такие шлицованные круги называются «турбо» (turbo).

Максимальной скоростью реза (т. е. производительностью) и хорошим ресурсом отличаются сегментные алмазные круги. Как можно догадаться из названия, режущая кромка у них разделена на сегменты, пазы между которыми эффективно отводят тепло и образующийся при работе шлам. Форма сегментов может быть различной, она оптимизируется под определенные материалы и задачи. Аналогичная ситуация наблюдается и с размерами: более мелкие сегменты способствуют лучшему охлаждению и снижают вибрацию. Сегментные круги особенно хороши для работ по бетону, граниту, асфальту и песчанику. Встречается и комбинация двух последних конструкций, когда на сегментах делаются канавки, как на кругах типа «турбо».

Кстати

При покупке оснастки следует учитывать, что японские отрезные диски для сухой резки по бетону, выпускаемые для Европы, отличаются от моделей, официально поставляемых на российский рынок, поскольку отечественный бетон тверже европейского.

Конструкция

Наносимый на несущий стальной диск режущий слой состоит из расположенных в определенном порядке и закрепленных связующим составом синтетических алмазов. Их размеры, качество и количество выбираются производителями в соответствии с предназначением диска: для каждого класса обрабатываемых материалов имеется своя комбинация.

По способу объемного распределения алмазов в связующем слое сегменты подразделяются на обычные (с равномерным расположением алмазов) и сэндвичные (с переменным расположением). Именно второй тип способствует более эффективной работе оснастки вкупе с сохранением одинаковой толщины всех сегментов и неизменного усилия реза на протяжении всего срока эксплуатации круга.

Ни один клей не сможет надежно удерживать алмазы на диске, трущемся о разрезаемый материал на скорости до 80 м/с (т. е. до 288 км/ч) и оттого активно нагревающемся до весьма нешуточной температуры. Поэтому связующим составом здесь служит сплав нескольких металлов, среди которых железо, никель, медь, олово, цинк, алюминий и кобальт. Степень жесткости связки выбирается в зависимости от назначения алмазного круга и регулируется за счет соотношения компонентов и технологии их добавления в сплав. Существует несколько методик соединения режущей части со стальной основой круга-пайка, лазерная сварка, непосредственное спекание и гальванический способ. Пайка тугоплавким серебряным припоем используется преимущественно для дисков большого диаметра, применяемых в стационарной технике с водяным охлаждением. Соединение получается нетермостойким, зато такая конструкция позволяет при необходимости восстановить алмазный круг, заменив режущую часть на отдельных сегментах. Лазерная сварка при температуре порядка 1200-1500 °С позволяет получить высокопрочное термостойкое соединение между полотном диска и режущей частью. Это наиболее распространенная технология изготовления сегментированных дисков малого и среднего диаметра, предназначенных для сухой и мокрой обработки. Непосредственное спекание предварительно спрессованного и содержащего алмазы полиметаллического порошка, из которого сделана режущая часть, с полотном диска выполняется при температурах от 700 до 1000 °С, иногда под давлением с использованием специальной пресс-формы. Таким способом изготавливаются сегменты сложной формы на дисках малого и среднего диаметра. Спекание значительно увеличивает ресурс оснастки, однако это дорогой процесс, заметно повышающий стоимость конечного изделия.

Гальванический метод позволяет нанести лишь один слой алмазов, делая невозможным самозатачивание круга в процессе его эксплуатации. С другой стороны, зафиксированных тонким слоем осаждаемого металла алмазов может быть очень много, что дает исключительно чистый и точный рез. Такая технология используется при производстве алмазных кругов малого и среднего диаметра, предназначенных для сухой и мокрой обработки природного камня невысокой твердости.

Принцип действия

Резка обрабатываемого материала осуществляется непосредственно выступающими над поверхностью режущего слоя алмазами. В процессе работы они стачиваются и в один прекрасный момент выпадают из своих гнезд, уносясь вместе с пылью. Параллельно истирается и поверхность связующего материала, обнажая следующий слой алмазов. Процесс обновления режущей кромки должен быть организован очень точно, иначе эффективность резания будет нестабильной, поэтому размеры алмазов и жесткость связки подбираются производителями для оптимизации работы со строго определенными материалами. Например, для мягкого мрамора требуются крупные алмазы и мягкая связка, иначе режущая часть быстро засалится. С другой стороны, твердый бетон, обладающий высокоабразивными свойствами, предполагает использование жесткой связки с мелкими алмазами.

В целом, чем крупнее фракции алмазов, тем выше скорость реза и нагрузка на каждый кристалл, а потому меньше срок службы круга по сравнению с аналогичной оснасткой, имеющей мелкофракционную режущую часть. Крупные алмазы отлично подходят для обработки твердых материалов. Мелкие же фракции более приспособлены для аккуратного, без сколов, реза более мягких материалов, они же используются при работе с тонкими и склонными к раскалыванию материалами. Подобные круги характеризуются более высоким ресурсом, относительно низкой скоростью и высокой чистотой реза. К слову, некоторые алмазные диски, предназначенные для решения особых задач, обладают смешанной зернистостью, когда в одном режущем слое комбинируются крупные и мелкие фракции алмазов.

Кстати

Факторы, увеличивающие срок службы алмазных кругов для сухой резки:

• большой диаметр диска (меньше нагрузка на каждый алмаз);
• высокая мощность используемого инструмента (не падают обороты под нагрузкой);
• оптимальный выбор диска под обрабатываемый материал;
• четкое соблюдение правил использования диска (допустимая скорость подачи, достаточное охлаждение, малые боковые нагрузки).

Кстати

Факторы, снижающие срок службы алмазных кругов для сухой резки:

• малый диаметр диска (больше нагрузка на каждый алмаз);
• недостаточная мощность используемого инструмента (обороты падают под нагрузкой, возрастает нагрев оснастки);
• неправильный выбор диска под материал;
• нарушение правил использования диска (слишком быстрая подача, недостаточное охлаждение, значительные боковые нагрузки).

Размеры и маркировка

Наружный диаметр алмазного круга определяет максимально возможную глубину реза. Можно с уверенностью констатировать, что наибольшее распространение получили модели диаметрами 115, 125, 180 и 230 мм, которые имеются в ассортименте всех без исключения производителей подобной оснастки. По не совсем понятной причине диски диаметром 150 мм пользуются меньшей популярностью, однако найти их в продаже не составит никакого труда. Также выпускаются алмазные круги диаметром 300 мм и более: они позволяют выполнять резы на значительную глубину и предполагают использование мощного инструмента типа бензорезов и стационарных отрезных станков. Что же касается посадочного отверстия, то оно имеет круглую форму при диаметре 22,23 мм (диски до 230 мм) или 25,4 мм (диски диаметром 300 мм и более). Каждый алмазный круг несет на себе маркировку, говорящую о максимальных значениях скорости вращения и линейной скорости (выражается в м/с), а также типе обрабатываемого материала, для которого предназначена данная оснастка, и направлении вращения. Превышение допустимой скорости может привести к перегреву режущей части, деформации всего диска и даже отрыву фрагментов связующего состава. Универсальные (по определенной группе материалов) круги в ряде случаев более удобны, но они не столь эффективны и экономичны, как специализированные.

Особенности эксплуатации и меры безопасности

Алмазные круги предназначены для выполнения прямых резов и весьма чувствительны к отклонениям от прямолинейной траектории, способным привести к деформации оснастки, неравномерному нагреву и износу режущего слоя. Все это резко сокращает ресурс дисков и даже чревато разрушением связки с опасным разлетом фрагментов. Скорость реза сухими алмазными кругами определяется типом обрабатываемого материала и условиями охлаждения. Слишком энергичная подача, равно как и продолжительная непрерывная работа, приводят к перегреву режущей части, что негативно сказывается на ее ресурсе: при температуре около 700°C начинается графитизация алмазов. Опытные мастера рекомендуют не слишком сильно нажимать на инструмент и периодически охлаждать его, давая поработать с полминуты на холостых оборотах. Этого можно не делать только при резке тонкого (до нескольких сантиметров) материала.

И еще один маленький секрет: гораздо проще и эффективнее выполнять глубокий рез не одним махом, а за несколько последовательных проходов. Кстати, оптимальная глубина резания равна высоте сегмента плюс-минус 5 мм.

При работе с алмазными кругами для сухой резки настоятельно рекомендуется надевать защитные очки, респиратор и перчатки. Желательно (а в некоторых случаях обязательно) также использовать промышленный пылесос, присоединяемый к инструменту, что не только помогает отвести пыль из зоны резания, но и дополнительно охлаждает диск, увеличивая его ресурс.

Проблемы и решения

В процессе работы с алмазным кругом для сухой резки может случиться всякое. Ниже приводится краткий перечень наиболее частых проблем и причин их возникновения.

Сегменты сильно изнашиваются на полезную высоту, ресурс диска резко сокращается:

• неправильный выбор диска для работы с данным материалом;
• неоправданно высокая скорость подачи;
• изношенность подшипников шпинделя, приводящая к его биению.

Сильный износ сегментов по бокам, подтачивание стальной основы, при этом возникает опасность заклинивания диска и откалывания сегментов:

• при резе диск сильно отклонялся от вертикали или от прямолинейной траектории;
• боковое биение диска или крепления;
• диск использовался для обдирки.

Сегменты быстро тупятся и оплывают, необходима заточка диска абразивным материалом, что заметно снижает ресурс работы оснастки:

• неоптимальный выбор диска для данного материала;
• нарушение режима охлаждения.

Изменение цвета основы диска и сегментов режущей части:

• неоптимальный выбор диска для данного материала;
• перегрев из-за высокой нагрузки. Появление конусности полотна диска, затылованные сегменты (дальнейшее использование в этом случае не допускается):
• неправильный выбор диска для данного материала;
• полотно диска сошлифовывается абразивным материалом;
• выбрана слишком большая глубина реза.

Трещины на полотне диска или откалывание сегментов (дальнейшее использование в этом случае не допускается):

• нарушение режима охлаждения;
• недопустимые нагрузки на диск;
• значительный перекос диска при работе;
• диск заклинивал или его роняли.

Неравномерный износ диска, радиальное биение (дальнейшее использование в этом случае не допускается):

• повреждение подшипников привода;
• неисправность зажима диска;
• деформация отверстия диска;
• несоответствие диаметров крепления и посадочного отверстия диска.

Торцевое биение диска, изгиб полотна (дальнейшее использование в этом случае не допускается):

• неправильный выбор диска для данного материала;
• диск заклинивал или его роняли;
• значительная перегрузка диска.

Подводя итог всему сказанному, следует еще раз напомнить, что при правильном подборе алмазного диска и соблюдении рекомендованного режима эксплуатации оснастка легко и эффективно отработает весь свой ресурс без снижения производительности и качества реза.

Алмазные отрезные диски для бетона, железобетона и асфальта