Tìm hiểu về đá mài kim cương và ứng dụng của nó trong công nghiệp

Định nghĩa đá mài kim cương

Đá mài kim cương là một loại đá mài hợp kim phổ biến. Hiểu một cách đơn giản đá mài kim cương là một loại đá mài sử dụng hạt mài là phân tử kim cương để mài mòn sắt thép hay các loại vật liệu khác nhau. Đá mài kim cương có một tên gọi khác là đá mài PCD (Polycrystalline Diamond).

Đặc điểm của kim cương

Kim cương là vật liệu cứng nhất trên trái đất khiến chúng có khả năng chống trầy xước và nứt vỡ cực kỳ tốt. Thang đo Mohs đặt kim cương ở đầu thang đo ở mức 10 là mức cao nhất.

Kim cương cứng gấp bốn lần so với corundum (Al2O3) là thành phần chính trong các loại đá mài gốm thông thường, tức là 9 trên thang Mohs. Chất lượng này làm cho kim cương trở thành một vật liệu chính lý tưởng để cắt, mài, tạo hình và đánh bóng các vật liệu cứng khác.

Kim cương tự nhiên

Các loại kim cương

Kim cương chủ yếu được chia làm 2 loại chính kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo. Trước kia con người chỉ biết đến kim cương qua việc khai thác tự nhiên đến năm 1950 nhà hóa học H. Tracey Hall đã lần đầu tiên tổng hợp được kim cương trong phòng thí nghiệm. Từ đó đã mở ra một ngành công nghiệp mới và cực kỳ phát triển ở thời điểm hiện tại.

Kim cương nhân tạo

Có một quan niệm rằng kim cương nhân tạo không tốt bằng kim cương tự nhiên. Tuy nhiên quan niệm này hoàn toàn sai lầm hiện nay kim cương nhân tạo có các tính chất và đặc điểm hoàn toàn giống với kim cương tự nhiên. Thậm trí nó còn có một số đặc điểm ứng dụng tốt hơn kim cương tự nhiên như có khả năng tích hợp chế tác vào các loại dụng cụ cắt và đá mài công nghiệp.

Ứng dụng của kim cương trong công nghiệp

Hiện nay kim cương có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như: điện tử; cơ khí; hóa học; y sinh;… Trong ngành cơ khí một ứng dụng phổ biến của kim cương là chế tạo dụng cụ cắt gọt. Các loại dao phay mũi khoan mảnh tiện dao doa lưỡi cưa PCD hay bằng kim cương đã không còn hiếm gặp trong ngành gia công. Nó mang lại khả năng cắt gọt cực tốt đồng thời có một tuổi thọ rất bền.

Dụng cụ cắt kim cương

Nhưng nguyên công cần dụng cụ cắt bằng kim cương nhất có lẽ là mài. Do nguyên công mài thường phải gia công các loại thép có độ cứng cao khó cắt gọt và cần đảm bảo về dung sai rất gắt gao nên các loại đá mài kim cương dần trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi.

Cấu tạo của đá mài kim cương

Các loại đá mài kim cương thường có 2 phần chính phần kim cương và phần lõi thép. Phần lõi thép có tác dụng định hình cho đá mài hợp kim. Có nhiều loại hình dạng của đá mài kim cương như dạng đĩa tròn; dạng bát úp; dạng bát ngửa; dạng nón;…Điều này được tùy chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu gia công và đặc điểm của từng loại sản phẩm.

Một số loại hình dạng của đá mài kim cương

Phần lõi thép của đá mài kim cương PCD

Phần lõi thép sẽ quyết định hình dạng của đá mài PCD. Để chọn được hình dạng đá phù hợp cần dựa trên yêu cầu gia công và sản phẩm cần mài.

Các tiêu chuẩn khác nhau sẽ có một bảng tiêu chuẩn hình dạng các loại đá mài khác nhau như chuẩn ISO (quốc tế); JIS (Nhật Bản); ANSI (Mỹ);…Dựa trên bảng hình dạng này bạn có thể lựa chọn được một loại đá mài phù hợp với yêu cầu. Sau đây là bảng tiêu chuẩn hình dạng đá mài hợp kim đá mài kim cương PCD và đá mài CBN theo tiêu chuẩn ANSI:

Hình dạng đá mài kim cương theo chuẩn ANSI

Phần kim cương của đá mài hợp kim PCD

Phần kim cương của đá mài PCD gồm 2 phần các phân tử kim cương đóng vai trò là hạt mài và keo kết dính các phân tử kim cương. Về các phân tử kim cương trong đá mài hợp kim PCD sẽ được đo bằng chỉ số độ hạt. Độ hạt của đá lớn đồng nghĩa với đá có hàm lượng phân tử kim cương lớn sẽ mài bén hơn đạt độ bóng cao hơn.

Độ hạt PCD của đá mài kim cương dao động từ 100-400. Độ hạt  100-120 thích hợp cho nguyên công mài thô; độ hạt 150-180 thích hợp mài thô và bán tinh. Độ hạt 180 trở lên thích hợp mài tinh và siêu tinh.

Cấu tạo đá mài kim cương

Về keo kết dính của đá mài kim cương vẫn giống như đá mài gốm thông thường. Có 2 loại keo phổ biến là keo Vitrified (V) và keo Resinoid (B). Keo Vitrified thích hợp cho nhiều mác thép và nhiều ứng dụng khác nhau còn keo Resinoid thich hợp cho mài thô mài cắt đứt và mài tốc độ cao.

Ứng dụng của đá mài kim cương là gì ?

Như đã nói ở trên đá mài kim cương sử dụng hạt mài kim cương là loại đá mài cứng nhất nó có thể mài cắt tất cả các loại vật liệu trên thế giới. Tuy nhiên với thép đá mài hợp kim gặp một số vấn đề nhất định.

Khi phân tử kim cương va chạm với phân tử sắt ở điều kiện nhiệt độ cao xảy ra các phản ứng không kiểm soát được. Phân tử kim cương sẽ hút sắt điều này khiến cho dụng cụ cắt bằng kim cương không được ứng dụng gia công thép. Do đó với đá mài kim cương thường chỉ thích hợp mài cho thép carbide; thép hợp kim hoặc các mác thép sử dụng cho ngành hàng không vũ trụ hoặc các mác thép đặc biệt. Với các mác thép thông thường không thể sử dụng đá mài kim cương để gia công mài.

Đá mài kim cương mài hợp kim

Đá mài kim cương ứng dụng thường thấy nhất là mài các loại dụng cụ cắt bằng hợp kim. Nó có thể tạo hình phôi carbide thành mũi khoan; dao phay; dao doa;….Đây là loại đá mài được sử dụng trong các nhà máy chế tạo dụng cụ cắt gọt cơ khí. Với nguyên công này cần sử dụng các loại đá mài kim cương cao cấp với độ hạt cao để đảm bảo độ chính xác của sản phẩm sau mài.

Đá mài dao kim cương

Một ứng dụng nữa cũng khá phổ biến của đá mài kim cương là mài sửa chữa dao cụ. Dao sau khi sử dụng một thời gian thường bị mòn dẫn tới cần mài lại để tái sử dụng. Các loại đá mài hợp kim khác cũng có thể sử dụng để mài trong trường hợp này tuy nhiên tốt hơn hết nên sử dụng đá mài kim cương cho hiệu năng mài vượt trội hơn.

Đá mài hợp kim mài thép sau nhiệt luyện

Với các loại thép sau nhiệt luyện thường có độ cứng cao lên đến 70HRC tốt hơn hết nên sử dụng đá mài hợp kim CBN. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta vẫn sử dụng đá mài kim cương PCD. Đá mài kim cương PCD có độ cứng cao hơn gần gấp đôi đá mài hợp kim CBN nên việc mài thép sau nhiệt gần như không thành vấn đề. Tuy nhiên bạn cũng cần lưu ý phản ứng của kim cương và thép để chọn được loại đá mài PCD phù hợp.

Đá mài kim cương PCD còn rất nhiều ứng dụng trong gia công cơ khí nó còn hay được sử dụng trong gia công các loại thép đặc biệt trong ngành hàng không vũ trụ. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến 3 ứng dụng phồ thông thường gặp của loại đá mài này.

Ưu điểm của đá mài kim cương PCD là gì?

Đá mài PCD là loại đá có tuổi thọ đá lớn nhất trong tất cả các loại đá mài đặc biệt hiệu quả trong môi trường nhiệt độ cao. Ngoài ra nó còn một số ưu điểm như:

An toàn: do cấu trúc vững vàng hơn đá PCD an toàn hơn đá gốm

Tưới nguội: Mài khô hoặc ướt đều khả dụng với đá PCD

Tia lửa khi mài: tối thiểu

Bụi: không có bụi hạt mài gây xước khi mài

Nhiệt cắt: tối thiểu

Nhược điểm của đá mài kim cương là gì?

Bên cạnh những ưu điểm có thể thấy rõ đá mài PCD cũng tồn tại những nhược điểm như:

Giá thành cao so với đá mài gốm: hiện nay trên thế giới có nhiều nước sản xuất đá mài PCD. Nhưng mạnh nhất vẫn là Nhật Bản tuy nhiên giá thành của đá Nhật tương đối cao. Do đó chúng tôi nhập khẩu và phân phối thêm các sản phẩm đá mài của Hàn Quốc và Ấn Độ nhằm tối ưu tính kinh tế cho khách hàng. (Quý khách quan tâm xin liên hệ chúng tôi để có báo giá phải chăng cho các sản phẩm này.)

Kỹ thuật phức tạp: với mỗi loại sản phẩm khác nhau cần sử dụng một loại đá PCD khác nhau. Do đó hầu như cần chế tạo đặc biệt cho mỗi loại đá kim cương từ đó cần kiến thức kỹ thuật chuyên sâu và kinh nghiệm để chế tạo loại đá phù hợp. Không phải khách hàng nào cũng hiểu về đá PCD do đó cần tư vấn kỹ thuật chuyên sâu xin hãy liên hệ với chúng tôi để được nhân viên kỹ thuật tư vấn giải đáp