Возможности применения метода пластических деформаций в мезообъемах для групповой огранки алмазов в бриллианты Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 622.023.002.28

© О.Б. Сильчснко, А.П. Дубинина, 2004

О.Б. Сильченко, А.П. Дубинина

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ В МЕЗООБЪЕМАХ ДЛЯ ГРУППОВОЙ ОГРАНКИ АЛМАЗОВ В БРИЛЛИАНТЫ

Семинар №20

Алмаз - это природное вещество, драгоценный камень, техническое сырье. Он был известен в далеком прошлом, широко применяется в настоящем, велики перспективы его использования в будущем.

Алмазы ценились в качестве талисманов еще в древние времена, но только с 17 века, со времен, ассоциирующихся с кардиналом Мазарини и Перуцци, их популярность резко возросла в связи с развитием методов огранки, которые значительно улучшали внешний вид камней. Окончательная ценность бриллианта зависит от четырех параметров - огранки, цвета, чистоты (отсутствия, как внутренних неоднородностей, так и изъянов обработки) и массы. Алмазы, а также бриллианты являются хорошим вложением капитала. Обработка алмазов включает в себя следующие операции: распиливание, обточка (обдирка), огранка, которая в свою очередь делится на шлифование и полирование.

Последние достижения в повышении точности механической обработки открыли новые возможности обработки хрупких материалов, таких как алмаз.

Экспериментально подтверждено, что регулированием шлифования со скоростью поперечной подачи порядка нескольких нм/оборот шлифовального круга стало возможным обрабатывать хрупкие материалы так, что преобладающим механизмом удаления материала становится не разрушение, а квазипластичное течение. Этот процесс известен как микрошлифование в режиме квазипластичности. При микрошлифовании хрупких материалов в режиме квазипла-

стичности получается поверхность примерно с такими же характеристиками как после полирования или притирки. Но в отличии от полирования или притирки шлифование - это регулируемый процесс , пригодный для обработки высокоточных изделий сложной формы. Обработка алмазов на многокоординатном станочном модуле с ЧПУ на основе использования компьютерного управления технологией бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования позволяет получить высокотехнологичные изделия для нано- и микроэлектроники, ювелирной промышленности и других отраслей.

Квазипластическая деформация материалов не зависит от его природы (хрупкий он или пластичный, твердый или мягкий, кристаллический или аморфный), а зависит только от глубины резания (глубина резания менее 1 мкм). При этом условии формирование подобных квазипластически деформированных областей наблюдали при обработке разнообразных керамических материалов, стекол и кристаллов.

Предположение о возможности шлифования хрупких материалов в режиме квазипластичности было сделано в 1954 г. Тогда было установлено, что при абразивном износе каменной соли доминирующим механизмом удаления материала является квазипластичное течение, а не хрупкое разрушение. Воспроизводимое экспериментальное подтверждение аналогий протекания квазипластической деформации при шлифовании заготовок из хрупкого стекла впервые удалось получить в 1975 г. Метод пластических деформаций в мезообъемах твердоструктурных монокристаллов (алмазов) обеспечивает постепенное образование и периодическое послойное удаление с обрабатываемой поверхности монокристалла припуска в виде дискретных порций из множества единичных пластически деформированных "стружек» в каждой такой порции.

Согласно этой модели бездефектное размерно-регулируемое микрорезание с сохранением сплошности основного монокристалла, формированием диссипативной структуры приповерхностного слоя (при отсутствии нижележащих нарушенных технологическим процессом микрорезания слоев), а также обеспечением заданных оптических характеристик чистоты (высоты микронеровностей Ии) на окончательно обработанной поверхности осуществляют в результате технологической диагностики процесса преобразования исходной монокристаллической в конечную «квази-поликристаллическую» однослойную субструктуру в виде движущихся в релаксационном режиме друг относительно друга (по схеме «сдвиг + материальный поворот») множества мезообъемов (с линейными размерами, численно равными Ии). При этом указанный процесс образования «квазиполикристаллической» субструктуры является следствием только накопления усталости к знакопеременным поворотным модам пластической деформации, возникающей в динамически нагруженной упругой обрабатывающей системе на границах между указанными мезообъемами однослойной «квазиполикристаллической» субструктуры под влиянием ритмичного поля внешних импульсных воздействий на обрабатываемую поверхность микроконцентраторов напряжений со стороны связанных друг с другом вершин алмазных режущих зерен регулярного микрорельефа вращающейся производящей инструментальной поверхности.

Для групповой обработки алмазов в бриллианты применим данный метод пластических деформаций в мезообъемах. При групповом методе огранке алмазов в бриллианты исполь-

1. Коньшин A.C., Сильченко О.Б., Теплова Т.Б. Обработка твердоструктурных минералов резанием на шлифовальных станочных модулях с ЧПУ с применением новой технологии. «Горные машины и автоматика № 11 с.

2. Сильченко О.Б.. Теплова Т.Б., Морозов В.И. Тестовые методы диагностирования параметров пластичного микрошлифования кристаллов. Материалы конференции «V Юбилейная Школа Геомеханики», Польша, Устрань, 16-19 ноября 2001 г.

зуется тот же метод пластических деформаций, что и для единичной огранки алмаза.

Мелкие алмазы эффективнее обрабатывать групповым методом. Данный метод может осуществляться на станке АН12Ф4, который разработан специально для бездефектной обработки хрупких твердоструктурных материалов. Данный станок позволяет получать поверхность обрабатываемого материала отличного качества, а также нет необходимости в квалифицированных огранщиках, так как обработка идет в автоматическом режиме. Такой метод огранки позволяет к тому же экономить время, затрачиваемое на обработку, так как исключается операция полирования, потому что при шлифовании достигается достаточная чистота поверхности. До сих пор мелкие алмазы гранились в России в незначительных количествах, несмотря на их высокую популярность во всем мире. Обработка мелкого сырья очень трудоемка, поэтому на обработке таких алмазов традиционно специализируются страны Юго-Восточной Азии с дешевой рабочей силой, среди которых уверенно лидирует Индия. Ежегодно индийцы гранят бриллиантов на $4,5 млрд., из них $4 млрд. - это мелкое алмазное сырье.

Вице-президент Ассоциации российских производителей бриллиантов Арарат Эвоян считает, что спрос на мелкие бриллианты в России превышает предложение. Сейчас в России ежегодно реализуется бриллиантов примерно на $30 млн., из них примерно 80% приходится на мелкие камни - соответствующие тощему кошельку основной массы российских покупателей ювелирных изделий. Поэтому бездефектная групповая обработка алмазов может эффективно использоваться для огранки мелких алмазов.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Сильченко О.Б., Коншин A.C. Моделирование процессов бездефектного резания алмазов на принципах физической мезомеханики. Труды Научно-практической конференции МГГУ «Неделя горняка - 99», с.6.

4. Сильченко О.Б. Разработка метода и требований к оборудованию для бездефектного (пластичного) размерного резания хрупких материалов, -Автореферат дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, - М., ЭНИМС, 1995.

Коротко об авторах

Сильченко О.Б. - доктор, технических наук, Дубинина А.П. - аспирантка,

Московский государственный горный университет.