Tükörsima felületek, nanométeres tartományú felületi érdesség? Ezek azok a tulajdonságok, amik kizárólag tükörsimítási vagy polírozó megmunkálással érhetők el. A tökéletes eredményt a megfelelő kialakítású és anyagú szerszám alkalmazása garantálja.
A megmunkált felületnek olyan simának kell lennie, hogy a szerszám vágóélének tükörképét mutassa. Belső szerkezetének és keménységének köszönhetően, kizárólag a monokristályos gyémántból (MCD) készült vágóél polírozható olyan precízen, hogy a vágás során teljesen hibátlan felület jöjjön létre. Nincsenek számítógép vezérelte gépek a gyémánt forgácsolószerszámok tökéletes polírozására, csakis a magasan képzett, nagy tudású munkatársak szakértelme és tudása garantálhatja a kifogástalan minőségű végeredményt.
Az MCD szerszámmal végzett tükörsimítás az egyik legfontosabb megmunkálási diszciplína a geometriailag meghatározott vágóélekkel történő megmunkálás területén. Hihetetlen, de csupán két századmilliméter választja el a nagyon jó minőségűt a tökéletes, tükörsima felülettől. A széles körben elterjedt eljárást számos iparágban alkalmazzák. Az ékszeriparban káprázatosan fényes felületek érhetők el ezekkel a szerszámokkal, például magas minőségű órák látható elemeinél, vagy jegygyűrűknél. Űrteleszkóp-tükrök gyártása során gyakorlatilag a mesterien megmunkált, tökéletes formájú tükrök gondoskodnak arról, hogy torzításmentes képet kapjunk a világűrről. Gyémántvégű szerszámokat szinte minden látást segítő eszköz előállítása során is alkalmaznak, legyen szó szemüvegekről vagy kontaktlencsékről. Az MCD-k további felhasználási módja a szerszámok, modellek, öntőformák megmunkálása. Ezzel a megoldással az említett területeken kiválthatók a hagyományos, drága és időigényes polírozási eljárások. Ezek a szerszámrendszerek számos egyéb alkalmazásban, többek között az orvosi szektorban is megjelennek.
Tükörsimító megmunkálás a Horn MCD végű ISO váltólapkájával. (Forrás: HORN/Sauermann)
Egy prémium szerelvénygyártó falba süllyesztett csaptelepek prototípusának elkészítéséhez egy ipari megmunkálót kért fel, hogy térképezze fel a forgácsoló tükörsimítás lehetőségeit. A prototípus tervezése annak tiszta geometriája és sík felületei miatt MCD-vel történő megmunkálást igényelt. A csap felületén és geometriájában keletkező hibák szabad szemmel láthatóak lettek volna azáltal, hogy a felületen lévő enyhe egyenetlenségek is nagy mértékben befolyásolják a fényvisszaverődést a mindössze néhány mikron vastag krómrétegről. Ebből kifolyólag a hagyományos a megmunkálás utáni polírozás nem jöhetett szóba. A megmunkáló vállalat nem kapott sok időt arra, hogy megtalálja a legjobb megoldást a kivitelezéshez. A sárgarézöntvény megmunkálásának nehézségét a hosszú, 200 milliméter körüli vetítési hossz jelentette. A kihívás ellenére a Horn egy MCD végű ISO váltólapka formájában találta meg a megoldást. A csap gyártója által támasztott szigorú minőségi követelmények így már teljesíthetőek lettek.
Kutatási felhasználások
Tudományos területeken a kutatók abban reménykednek, hogy új felfedezéseket tehetnek a precíziós tükörpolíros felületekkel. Egy példa erre a Kasseli Egyetem esete. Az egyetem asztrofizikusai egy vákuumkamrában olyan anyagokat hoznak létre, amelyek egyébként csak a világűrben találhatók meg, hogy ezáltal új dolgokat tudjanak meg a csillagok növekedéséről és kihunyásáról. A kutatókat kifinomult lézerek és nagy precizitású tükörrendszerek segítik munkájukban. A kísérletek során a lézernyalábokat a tükrök segítségével egy gázfelhőn irányítják keresztül. Minél gyakrabban verődik vissza a lézer és halad át a sugár a gázon, annál pontosabb adatok gyűjthetők, ezért forgácsolással létrehozott, tükörsima felülettel rendelkező tükröket választottak a kutatók. Korábbi munkájuk során a tudósok a hagyományos polírozásra támaszkodtak, de a számtalan polírozási fázis miatt túl sok geometriai hiba keletkezett a tükrök felületén. A problémát végül az MCD forgácsolás oldotta meg.
A technológia segítségével tükörsima felületek hozhatók létre univerzális megmunkálóközpontokon is, amiket a főorsó és az annak meghajtásában található csapágyak kialakítása befolyásol. A megmunkálás csak vasat nem tartalmazó fémötvözetekre, nemesfémekre és szálmentes műanyagokra korlátozódik. Ennek magyarázata, hogy a végbemenő kémiai reakció miatt, a folyamat nem kivitelezhető gazdaságosan acélokkal: használat közben a gyémántban lévő szén az acélban lévő vasba diffundál, így feloldva a gyémánt vágószerszámot.
Kulcsfontosságú a szakértelem
Tükörsima felületek forgácsolásakor kritikus szereppel bír a vágóél minősége, ami tükröződik a megmunkálandó felületen. Az MCD vágóél végső köszörülése és felpolírozása komoly szaktudást igényel. A köszörülés tökéletesen sík, légpárnás, gránitborítású, légcsapágyas csiszolóasztalon zajlik, hogy optimális feltételeket biztosítanak a vágóélek csiszolásához. A vizuális ellenőrzés mikroszkóppal, kétszázszoros nagyítással történik. A kész szerszámnak teljes mértékig hibamentesnek kell lennie. A vágóél maximális rádiusza 0,0002 milliméter. A Horn kifejlesztett egy speciális köszörűgépet az alakos felületek tükörsimítására használt MCD gömbmarókhoz, amellyel a legkisebb rádiuszok is megbízhatóan megmunkálhatók.
Az MCD vágóélek polírozása komoly szakértelmet igényel. (Forrás: HORN/Sauermann)
A forgácsoló tükörsimításhoz főképp szintetikus gyémántokat használnak, melyek előállítása kétféleképp történhet. A magas nyomás nagy hőmérséklet módszerével (HPHT) szinte ugyanúgy keletkeznek gyémántok, mint a természetben, csak éppen nem kell millió éveket várni az eredményre – mérettől függően mindössze órák vagy napok kérdése, és létrejönnek. Ezzel a módszerrel tiszta grafitport 60 ezer bar nyomáson, 1500 Celsius-fokos hőmérsékleten alakítanak gyémánttá. Az ezzel a módszerrel létrehozott gyémántok enyhén sárgás színűek a bennük megkötött nitrogénatomok miatt. Az így készített szintetikus kövek maximális élhossza 10 milliméter lehet, ennél nagyobb méretben már nem gazdaságos az előállításuk.
A Horn még ezeknél is tisztább MCC gyémántokat használ az MCD szerszámaihoz. Az monokristályos kövek termokémiai rétegleválasztással (CVD) jönnek létre. Többféle gáz (főleg metán) funkcionál szénforrásként, amiket alkotóelemeikre bontanak, így kinyerik a szenet, amiből létrehozzák a gyémántot. A végeredmény vastagságtól függően kristálytiszta vagy enyhén barnás színű. A módszer egyik fő előnye, hogy segítségével hosszabb, akár 30 milliméteres élhossz is gazdaságosan kivitelezhető. Ezen módszerek létrejöttét megelőzően a vágóélek készítéséhez természetes gyémántokat használtak, ami kedvezőtlen megoldás volt azok magas ára, korlátozott elérhetősége és természetes zárványai miatt.
ForrásHorn