Utensili diamantati
Tecnologia, materiali, leganti e applicazioni
Una guida tecnica di Diamante A&T al mondo del diamante industriale e dei superabrasivi
Gli utensili diamantati comprendono una vasta famiglia di utensili nei quali il diamante viene impiegato come materiale abrasivo o tagliente. La loro progettazione nasce dalla combinazione fra caratteristiche del diamante, granulometria, concentrazione, tipo di legante, geometria dell'utensile e condizioni di lavoro.
Non esiste quindi un unico “utensile diamantato”: la scelta del diamante e del sistema che lo trattiene deve essere adattata al materiale da lavorare, alla macchina, al tipo di operazione e alle prestazioni richieste. Taglienza e durata sono esigenze strettamente collegate e il comportamento del legante è determinante per mantenere attiva la superficie di lavoro.
Il diamante industriale
Il diamante è utilizzato industrialmente per la sua elevata durezza e resistenza all'usura. Negli utensili abrasivi il suo comportamento dipende però anche da forma e caratteristiche del cristallo, dimensione dei grani, resistenza alla frattura e capacità del sistema utensile-legante di lavorare in modo controllato.
Diamante naturale e diamante sintetico
Storicamente l'industria ha utilizzato sia diamante naturale sia diamante sintetico. Lo sviluppo del diamante sintetico ha consentito di disporre di prodotti con caratteristiche selezionabili in funzione dell'applicazione, con differenti forme cristalline e diversi livelli di tenacità o friabilità.
La morfologia del cristallo influenza il comportamento durante la lavorazione. Cristalli più robusti e regolari possono essere scelti quando è richiesta una maggiore resistenza alle sollecitazioni; grani più friabili possono invece favorire il rinnovamento dei bordi taglienti attraverso la frattura del cristallo.
Granulometria, friabilità e concentrazione
La granulometria definisce la dimensione delle particelle abrasive ed è uno dei parametri fondamentali nella formulazione di un utensile. Grane differenti vengono scelte in relazione al tipo di lavorazione, alla capacità di asportazione richiesta e alla qualità superficiale che si vuole ottenere.
La friabilità descrive la tendenza del cristallo a fratturarsi sotto sollecitazione. Non rappresenta semplicemente un indice di qualità maggiore o minore: caratteristiche differenti rispondono a esigenze applicative differenti e la frattura del grano può contribuire al fenomeno di autoaffilatura, generando nuovi spigoli attivi.
La concentrazione indica la quantità di superabrasivo presente nello strato di lavoro. Insieme a granulometria, caratteristiche del diamante e legante, contribuisce a determinare il comportamento dell'utensile e deve quindi essere valutata all'interno dell'intera formulazione.
Diamante e CBN
Nel campo dei superabrasivi, al diamante si affianca il nitruro di boro cubico (CBN). I due materiali trovano impiego in famiglie applicative differenti e costituiscono la base di numerosi utensili per taglio, rettifica, affilatura e lavorazioni di precisione.
Come è costruito un utensile diamantato
In termini generali, un utensile diamantato può essere considerato come un sistema nel quale i grani di diamante o di altro superabrasivo vengono trattenuti da un legante o da una matrice e integrati nella parte attiva dell'utensile. Supporto e geometria cambiano notevolmente secondo l'applicazione: una mola, un disco, una corona o una perlina per filo diamantato rispondono a esigenze costruttive molto diverse.
Il legante non ha soltanto il compito di trattenere il diamante: deve lavorare insieme al grano abrasivo e consumarsi secondo modalità compatibili con il processo. La formulazione ricerca quindi un equilibrio fra capacità di taglio e durata dell'utensile.
I principali sistemi di legante
Leganti resinoidi. Il superabrasivo è incorporato in una matrice a base di resine e altri componenti della formulazione. Questi sistemi sono utilizzati soprattutto nel campo delle mole e delle lavorazioni abrasive, dove resina, riempitivi, ciclo termico e composizione influenzano le caratteristiche finali.
Leganti metallici sinterizzati. I cristalli sono distribuiti in una matrice ottenuta da polveri metalliche. Pressatura e sinterizzazione consentono di realizzare la parte attiva dell'utensile, con formulazioni studiate in funzione del materiale da lavorare e del comportamento richiesto.
Utensili elettrodeposti. Il diamante viene fissato al supporto mediante un deposito metallico ottenuto con processi galvanici. La tecnologia permette di realizzare utensili con grani esposti sulla superficie di lavoro e geometrie anche complesse.
Leganti vetrificati. I leganti vetrificati, o ceramici, sono impiegati soprattutto nelle mole superabrasive. La produzione comprende preparazione della miscela, formatura e ciclo di cottura. Struttura, densità, rapporto fra grano abrasivo e legante e ciclo termico sono elementi centrali nella progettazione.
Principali tipologie di utensili diamantati
La tecnologia del diamante industriale assume forme diverse a seconda dell'operazione. Fra le principali famiglie rientrano dischi e lame diamantate, fili diamantati, mole diamantate e superabrasive, corone e utensili di foratura, utensili profilatori e sagomati e utensili elettrodeposti.
Applicazioni degli utensili diamantati
Pietra naturale. Marmo, granito e altre pietre naturali rappresentano uno dei campi storici di applicazione, dal taglio alla sagomatura e alla finitura.
Edilizia e demolizione controllata. Nel calcestruzzo e nei materiali da costruzione gli utensili diamantati sono impiegati per taglio e perforazione; dischi, corone e sistemi a filo trovano impiego anche nelle operazioni di demolizione controllata e selettiva.
Vetro e ceramica. Questi materiali richiedono lavorazioni nelle quali precisione, controllo dell'asportazione e qualità della superficie assumono particolare importanza.
Meccanica di precisione. Mole diamantate e superabrasive trovano applicazione nella rettifica e nell'affilatura di materiali di elevata durezza.
Compositi e materiali speciali. L'evoluzione dei materiali industriali ha ampliato ulteriormente il campo applicativo e può richiedere soluzioni dedicate allo specifico processo.
Una tecnologia fatta di equilibrio
Le prestazioni di un utensile diamantato non dipendono da un singolo elemento. Il risultato nasce dall'interazione fra tipo di diamante, forma del cristallo, granulometria, concentrazione, legante, struttura dell'utensile e condizioni di utilizzo. Modificare uno di questi parametri può cambiare il comportamento dell'intero sistema.
Per questo la tecnologia degli utensili diamantati comprende competenze che vanno dalla conoscenza dei superabrasivi alla metallurgia delle polveri, dai materiali polimerici ai leganti ceramici, fino alla progettazione delle macchine e all'analisi delle condizioni reali di lavorazione.