Herramienta de diamante

El diamante se puede utilizar para fabricar herramientas de molienda, las cuales presentan las siguientes ventajas:

• Alta eficiencia de rectificado, baja fuerza de rectificado : El orificio genera menos calor durante el proceso de rectificado. Esto reduce o evita quemaduras y grietas en la superficie de la pieza, disminuyendo el desgaste del equipo y el consumo de energía.
• Alta resistencia al desgaste : La variación dimensional de las herramientas de rectificado de diamante es mínima. Esto permite obtener una buena calidad y una alta precisión en el rectificado.
• Larga vida útil, largo período de uso : esto puede aumentar considerablemente la eficiencia laboral, mejorar el entorno de trabajo de los empleados y disminuir la intensidad del trabajo necesario para la producción.
• Coste total bajo : El coste de procesamiento de cada pieza es menor.

Según sus métodos de fabricación o tipos de unión, las herramientas de diamante se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Herramientas de diamante con aglutinante metálico : El material de unión de la herramienta es metal sinterizado que contiene partículas de diamante. Las partes funcionales de la herramienta suelen ser segmentos de diamante . Estas herramientas incluyen hojas de sierra de diamante con aglutinante metálico , muelas abrasivas de diamante , brocas de diamante para perforación de núcleos , etc. Para las herramientas de diamante con aglutinante metálico, el aglutinante es uno de los factores principales al seleccionar la herramienta adecuada para cortar o rectificar un material específico, dependiendo de su dureza o abrasividad. El aglutinante utilizado determina la velocidad a la que los polvos metálicos se desgastan y exponen nuevos cristales de diamante en la superficie, manteniendo así una superficie de corte abrasiva. Se logran diferentes resistencias de unión mediante la mezcla de aleación de polvos metálicos elegida y la cantidad de calor y presión aplicada al segmento sinterizado. El material de referencia ha sido históricamente el cobalto, gracias a su alta retención de diamante, facilidad de procesamiento por prensado en caliente y tasa de desgaste ajustable mediante la adición de bronce ^{[ 2 ]} o polvos de carburo de tungsteno. Debido a su precio elevado e inestable y a las preocupaciones medioambientales, se han desarrollado sistemas alternativos basados ​​en aleaciones o mezclas de hierro y cobre, con adiciones metálicas y no metálicas adicionales. ^{[ 3 ]}
• Herramientas de diamante con aglutinante de resina : El material aglutinante de estas herramientas es principalmente polvo de resina. Un ejemplo de este tipo de herramienta son las almohadillas de pulido de diamante con aglutinante de resina que se utilizan en la industria de la construcción.
• Herramientas de diamante chapadas : Estas herramientas se fabrican fijando los diamantes a la base mediante galvanoplastia o deposición química de vapor (CVD). Generalmente, se pueden fabricar con una buena precisión de procesamiento.
• Herramientas de diamante con aglutinante cerámico : El material de unión de estas herramientas suele ser vidrio y polvo cerámico. Estas herramientas generalmente presentan buena estabilidad química y poca deformación elástica, pero también son muy frágiles.
• Diamante policristalino (PCD) : Normalmente se fabrica mediante la sinterización de numerosos cristales de diamante monocristalinos de tamaño micrométrico a alta temperatura y alta presión. El PCD posee buena tenacidad a la fractura y buena estabilidad térmica, y se utiliza en la fabricación de brocas geológicas.
• Compuestos o compactos de diamante policristalino (PDC) : Se fabrican combinando capas de diamantes policristalinos (PCD) con una capa de revestimiento de carburo cementado a alta temperatura y alta presión. Los PDC ofrecen las ventajas de la alta resistencia al desgaste del diamante y la buena tenacidad del carburo.
• Herramientas de diamante soldadas a alta temperatura : Esta herramienta se fabrica soldando una sola capa de diamantes a la herramienta mediante soldadura a una temperatura superior a 900  °C, utilizando soldadura al vacío o soldadura en atmósfera protegida. Esta herramienta presenta varias ventajas: la soldadura sujeta los diamantes con gran firmeza, la altura expuesta de la capa de diamantes puede ser del 70 % al 80 % de su tamaño, y los diamantes se pueden disponer de forma regular en la herramienta.

Si se clasifican por su uso, existen herramientas de rectificado de diamante, herramientas de corte de diamante (por ejemplo, brocas helicoidales recubiertas de diamante), herramientas de perforación de diamante, herramientas de aserrado de diamante (por ejemplo, hojas de sierra de diamante ), matrices de trefilado de diamante, etc.

Las herramientas de diamante son adecuadas para procesar los siguientes materiales:

• Aleación de carburo
• Materiales no metálicos duros o abrasivos, como por ejemplo la piedra, el hormigón, el asfalto, el vidrio, la cerámica, las piedras preciosas y los materiales semiconductores.
• Metales no ferrosos como el aluminio, el cobre y sus aleaciones, y algunos materiales blandos pero resistentes como el caucho y la resina.

Dado que los diamantes pueden reaccionar con Fe, Co, Ni, Cr y V a las altas temperaturas generadas en los procesos de rectificado, las herramientas de diamante normalmente no son adecuadas para procesar aceros, incluidos los aceros comunes y diversas aleaciones de acero de alta resistencia. En cambio, la herramienta de nitruro de boro cúbico (CBN), también superdura, es apta para este fin. Las herramientas fabricadas con abrasivos comunes (por ejemplo, corindón y carburo de silicio) también pueden realizar esta tarea.

Las herramientas de diamante se utilizan en los siguientes ámbitos:

• Exploración geológica o de proyectos : Se suelen utilizar brocas de diamante para perforación geológica, brocas de diamante para perforación petrolífera y brocas de diamante de pared delgada. La principal aplicación de las brocas de PCD se encuentra en las industrias del petróleo y el gas natural, así como en la minería.
• Procesamiento de piedra : Las sierras circulares de diamante, las sierras múltiples de diamante y las sierras de cinta de diamante se utilizan para cortar mármol, granito y otros bloques de piedra. Las sierras de hilo de diamante se utilizan en las canteras para extraer los bloques de piedra en bruto. Las herramientas de diamante con forma específica se utilizan para dar forma a la piedra. Las almohadillas de pulido de diamante con aglutinante de resina se utilizan para pulir la piedra.
• Construcción : Las hojas de sierra de diamante de tamaño mediano o pequeño, las brocas de diamante para perforación de núcleos y algunas herramientas de pulido o rectificado de diamante se utilizan con frecuencia en la reparación de carreteras, la remodelación de edificios y el procesamiento de materiales de construcción.
• Carpintería : Los suelos laminados compuestos son muy utilizados. Son tan resistentes al desgaste como la piedra. Para su procesamiento se utilizan hojas de sierra circular PCD, fresas perfiladoras, brocas helicoidales y otras herramientas de diamante.
• Procesamiento de repuestos para automóviles : En este sector se utilizan herramientas de corte de PCD y PCBN para cumplir con los requisitos de procesamiento de alta eficiencia y baja desviación.
• Procesamiento de productos informáticos y electrodomésticos : Se utilizan discos de corte de diamante ultrafinos de alta precisión para cortar láminas de silicio. En la industria de la fibra óptica, se utilizan muelas abrasivas de diamante con aglutinante de resina para procesar cerámica.
• Procesamiento de cerámicas de ingeniería : Las cerámicas de ingeniería se utilizan ampliamente en numerosas industrias. Poseen propiedades como alta tenacidad, alta dureza y resistencia a altas temperaturas. Para su procesamiento, se han desarrollado muelas abrasivas de diamante de alta tenacidad y durabilidad.
• Procesamiento con herramientas de carburo y otras herramientas mecánicas : Las herramientas de diamante se utilizan para lograr una alta precisión y eficiencia en el procesamiento.

Además de lo mencionado anteriormente, existen otros ámbitos donde se aplican las herramientas de diamante; por ejemplo, en medicina, el científico venezolano Humberto Fernández Morán inventó el bisturí de diamante para su uso en cirugías delicadas en 1955.

Además de su uso como abrasivo debido a su alta dureza, el diamante también se utiliza para fabricar otros productos gracias a sus numerosas propiedades, como alta conductividad térmica, bajo coeficiente de fricción, alta estabilidad química, alta resistividad y excelentes propiedades ópticas. Entre estas aplicaciones se incluyen recubrimientos para cojinetes y discos duros, su uso como lentes y termistores, la fabricación de interruptores y sensores de alta tensión, etc.

Los rectificadores de diamante constan de herramientas de uno o varios puntos soldadas a un vástago de acero y se utilizan para el rectificado y el perfilado de las muelas abrasivas. Existen varios tipos de herramientas, entre ellos: impregnadas con grano, de tipo cuchilla, de tipo corona y de tipo disco. Las ventajas de las herramientas de varios puntos sobre las de un solo punto son:

1. Se puede utilizar todo el diamante; en una herramienta de un solo punto, cuando la punta se desafila, hay que reajustar el diamante y, después de varios reajustados, se reemplaza.
2. Las herramientas multipunto ofrecen mayor precisión, especialmente en el rectificado de formas , donde se utilizan cuchillas. Estas cuchillas están compuestas de diamantes alargados. El grosor está controlado y las cuchillas están disponibles en grosores de 0,75 a 1,40 milímetros (0,030 a 0,055 pulgadas) . 
3. Las herramientas de tipo abrasivo son de gran resistencia y pueden utilizarse con amoladoras de banco.
4. Dado que se utilizan puntas pequeñas, los diamantes tienen un filo cortante con puntas naturales, a diferencia de las herramientas de una sola punta, que tienen puntas toscas.
5. El coste de las herramientas multipunta es menor, ya que se utilizan diamantes más pequeños y menos costosos.

El diamante policristalino (PCD) se forma en una gran prensa de alta temperatura y alta presión (HT-HP), ya sea como una oblea de diamante sobre un soporte de carburo, o formando una "veta" de diamante dentro de una oblea o varilla de carburo.

La mayoría de las obleas se pulen hasta obtener un acabado de espejo y luego se cortan con una herramienta de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) en segmentos más pequeños y manejables que posteriormente se sueldan a la hoja de sierra, escariador, broca u otra herramienta. A menudo, se mecanizan o rectifican mediante EDM una vez más para exponer la veta de diamante a lo largo del filo de corte. Estas herramientas se utilizan principalmente para el mecanizado de materiales no metálicos y no ferrosos.

La operación de rectificado se combina con el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) por varias razones. Por ejemplo, según Modern Machine Shop, esta combinación permite una mayor tasa de remoción de material y, por lo tanto, resulta más rentable. Además, el proceso EDM afecta ligeramente el acabado superficial. El rectificado se utiliza en la zona afectada para obtener una superficie final más fina. El Instituto de Electromecanizado de Pekín atribuye una forma y geometría superficial más refinadas a la combinación de ambos procesos.

El proceso se lleva a cabo combinando los dos elementos de cada proceso individual en una sola muela abrasiva. La muela de diamante-grafito realiza el rectificado, mientras que el anillo de grafito que la rodea se encarga de la electroerosión. Sin embargo, dado que el diamante no es un material conductor, la unión en la pieza de trabajo de PCD debe ser lo suficientemente fuerte como para proporcionar la conductividad necesaria para que el proceso de electroerosión funcione.

Las herramientas de diamante policristalino se utilizan ampliamente en las industrias automotriz y aeroespacial. Son ideales para el mecanizado de alta velocidad (9000 pies superficiales por minuto o más) en aleaciones de aluminio resistentes y abrasivas, así como en procesos de alta abrasión como el taladrado de fibra de carbono y cerámica. Sus filos de corte de diamante garantizan una larga vida útil antes de que sea necesario reemplazarlas. Los procesos de alto volumen, las tolerancias estrictas y los procesos altamente abrasivos son ideales para el uso de herramientas de diamante.

A finales de la década de 1970, General Electric fue pionera en la tecnología de compactos de diamante policristalino (PDC) como sustituto de los diamantes naturales en las brocas de perforación . ^{[ 4 ]} Los PDC se han utilizado para cortar superficies de roca cristalina durante largos períodos de tiempo en entornos de laboratorio, y estas capacidades se han implementado ahora en entornos hostiles en todo el mundo.

En agosto de 2000, el Departamento de Energía de EE. UU. afirmó que casi un tercio del total de la longitud perforada en todo el mundo se estaba perforando con brocas PDC, con un ahorro estimado de casi 100 000 dólares por broca PDC en comparación con las brocas de núcleo de rodillos. ^{[ 5 ]}

Las pastas de diamante se utilizan para pulir materiales que requieren un acabado de espejo. Se emplean frecuentemente en muestras metalúrgicas, matrices de carburo, sellos de carburo, la industria de las gafas y para pulir diamantes. La pasta de diamante se utiliza principalmente en la industria para pulir y afilar cuchillas metálicas y otras superficies metálicas. Esta pasta no solo pule la cuchilla, sino que también afila el filo.

El polvo de diamante depositado mediante galvanoplastia se utiliza para fabricar limas (incluidas las limas de uñas) y en pequeñas aplicaciones de pulido.

El torneado con diamante de un solo punto (SPDT) utiliza un diamante sólido e impecable como filo de corte. El diamante monocristalino puede ser natural o sintético, y se afila a las dimensiones deseadas mediante rectificado y pulido mecánico . El filo de corte de la mayoría de las herramientas de diamante tiene una precisión de decenas de nanómetros, lo que lo hace muy eficaz para cortar materiales no ferrosos con alta resolución. El SPDT es un proceso de mecanizado muy preciso, utilizado para crear ópticas asféricas e irregulares terminadas sin necesidad de pulido posterior. La máquina herramienta más precisa del mundo, la LODTM, anteriormente en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , tenía una precisión de perfil estimada en 28  nm, mientras que la mayoría de las máquinas buscan una rugosidad dentro de esa desviación. ^{[ 6 ]}

La técnica SPDT se utiliza en óptica, para superficies planas donde se requiere tanto un acabado superficial como una precisión dimensional excepcionalmente alta, y cuando el lapeado resultaría antieconómico o poco práctico.

Para sierras de corte a gasolina de alta velocidad, sierras de empuje, amoladoras manuales, sierras de puente, sierras de mesa, sierras para azulejos y otros tipos de sierras.

Hoja cóncava

Para cortar curvas en encimeras para instalar fregaderos o esculpir estatuas.

Indicadores de retazos

Discos de diamante gruesos para trabajos de restauración, que incluyen el lijado y la sustitución del mortero.

Cazadores de crack

Discos de diamante gruesos en forma de V para reparar grietas en el hormigón.

Se utiliza habitualmente en amoladoras manuales para moler hormigón o piedra.

Tubo hueco de acero con segmentos con punta de diamante para perforar agujeros en paredes de hormigón en la industria de la construcción, baldosas de porcelana o encimeras de granito en la industria doméstica, o también utilizado para la extracción de muestras en la industria minera.

Se utiliza en máquinas herramienta para el mecanizado de cerámica y aluminio a alta velocidad.

Se utiliza en centros de torneado para óptica y superficies de precisión.

Almohadillas con cristales de diamante para pulir mármol y otras piedras preciosas.

Alambre con cristales de diamante para cortar.

Algunas de las características del corte con hilo diamantado son: No percusivo, sin humos y silencioso Superficie de corte lisa Profundidad de corte ilimitada Corte horizontal, vertical y angular de aberturas circulares de hasta 2500 mm de diámetro Función de corte por inmersión que permite la formación de aberturas ciegas y con rebaje Funcionamiento por control remoto para mayor seguridad

Para cortar piedra, hormigón y ladrillo con una motosierra especial .