Instrumentul PCD este confecționat din vârf de cuțit cu diamant policristalin și matrice de carbură printr -o sinterizare la temperaturi ridicate și presiune înaltă. Nu numai că poate juca complet avantajele durității ridicate, conductivității termice ridicate, coeficientului de frecare scăzut, coeficientului de expansiune termică scăzut, afinității mici cu modulul metal și non-metal, modul elastic ridicat, fără suprafață de clisaj, izotropă, dar, de asemenea, ține cont de rezistența ridicată a aliajului dur.
Stabilitatea termică, rezistența la impact și rezistența la uzură sunt principii indicatori de performanță ai PCD. Deoarece este utilizat mai ales în mediul de temperatură ridicată și cu stres ridicat, stabilitatea termică este cel mai important lucru. Studiul arată că stabilitatea termică a PCD are un impact mare asupra rezistenței la uzură și a durității impactului. Datele arată că atunci când temperatura este mai mare de 750 ℃, rezistența la uzură și rezistența la impact a PCD scad, în general, cu 5% -10%.
Starea de cristal a PCD determină proprietățile sale. În microstructură, atomii de carbon formează legături covalente cu patru atomi adiacenți, obțin structura tetraedrică, apoi formează cristalul atomic, care are o orientare puternică și o forță de legare și o duritate ridicată. Principalii indici de performanță ale PCD sunt următorii: ① Duritatea poate atinge 8000 HV, de 8-12 ori de carbură; Conductivitatea termică este de 700W / MK, de 1,5-9 ori, chiar mai mare decât PCBN și cupru; Coeficientul de frecare este, în general, doar 0,1-0,3, mult mai puțin de 0,4-1 din carbură, reducând semnificativ forța de tăiere; Coeficientul de expansiune termică este de doar 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 de carbură, ceea ce poate reduce deformarea termică și poate îmbunătăți precizia procesării; ⑤ și materialele nemetalice sunt mai puțin afinitate pentru a forma noduli.
Nitrura cubică de bor are o rezistență puternică de oxidare și poate prelucra materiale care conțin fier, dar duritatea este mai mică decât un diamant cu un singur cristal, viteza de procesare este lentă și eficiența este scăzută. Diamantul cu un singur cristal are o duritate ridicată, dar duritatea este insuficientă. Anisotropia face ușor disocierea de -a lungul suprafeței (111) sub impactul forței externe, iar eficiența de procesare este limitată. PCD este un polimer sintetizat de particule de diamant de dimensiuni microne prin anumite mijloace. Natura haotică a acumulării dezordonate de particule duce la natura sa izotropă macroscopică și nu există o suprafață direcțională și de clivaj în rezistența la tracțiune. În comparație cu diamantul cu un singur cristal, limita de cereale a PCD reduce efectiv anisotropia și optimizează proprietățile mecanice.
1. Principiile de proiectare a instrumentelor de tăiere PCD
(1) Selectarea rezonabilă a mărimii particulelor PCD
Teoretic, PCD ar trebui să încerce să perfecționeze boabele, iar distribuția aditivilor între produse ar trebui să fie cât mai uniformă pentru a depăși anisotropia. Alegerea dimensiunii particulelor PCD este, de asemenea, legată de condițiile de procesare. În general, PCD cu rezistență ridicată, o duritate bună, rezistență la impact bun și cereale fine pot fi utilizate pentru finisare sau finisare super, iar PCD de cereale grosiere poate fi utilizat pentru prelucrarea generală. Mărimea particulelor PCD poate afecta semnificativ performanța de uzură a instrumentului. Literatura relevantă subliniază că atunci când cerealele de materie primă este mare, rezistența la uzură crește treptat odată cu scăderea mărimii bobului, dar atunci când dimensiunea bobului este foarte mică, această regulă nu se aplică.
Experimentele înrudite au selectat patru pulbere de diamant cu dimensiuni medii de particule de 10um, 5um, 2um și 1um și s -a ajuns la concluzia că: ① Odată cu scăderea mărimii particulelor de materie primă, CO difuzează mai uniform; Odată cu scăderea ②, rezistența la uzură și rezistența la căldură a PCD au scăzut treptat.
(2) Alegerea rezonabilă a formei gurii lamei și a grosimii lamei
Forma gurii lamei include în principal patru structuri: marginea inversată, cercul contondent, compozitul cercului neclintit cu margine inversată și unghiul ascuțit. Structura unghiulară ascuțită face ca marginea să fie ascuțită, viteza de tăiere este rapidă, poate reduce semnificativ forța de tăiere și burr, îmbunătățește calitatea suprafeței produsului, este mai potrivită pentru aliaj scăzut de aluminiu de siliciu și alte duritate scăzută, finisare uniformă non-feroasă din metal. Structura rotundă obturată poate pasiva gura lamei, formând unghiul R, împiedică efectiv ruperea lamei, potrivită pentru procesarea aliajului de aluminiu de siliciu mediu / mare. În unele cazuri speciale, cum ar fi adâncimea de tăiere superficială și alimentarea cu cuțit mic, este preferată structura rotundă contondentă. Structura de margine inversată poate crește marginile și colțurile, stabiliza lama, dar în același timp va crește rezistența la presiune și tăiere, mai potrivită pentru tăierea sarcinii grele, aliaj de aluminiu de siliciu ridicat.
Pentru a facilita EDM, alegeți de obicei un strat subțire de foi PDC (0,3-1,0 mm), plus stratul de carbură, grosimea totală a instrumentului este de aproximativ 28mm. Stratul de carbură nu trebuie să fie prea gros pentru a evita stratificarea cauzată de diferența de stres între suprafețele de legare
2, Proces de fabricație a instrumentelor PCD
Procesul de fabricație al instrumentului PCD determină în mod direct performanța de tăiere și durata de viață a instrumentului, care este cheia aplicației și dezvoltării acestuia. Procesul de fabricație al instrumentului PCD este prezentat în figura 5.
(1) Fabricarea tabletelor compuse PCD (PDC)
① Procesul de fabricație al PDC
PDC este compus în general din pulbere de diamant natural sau sintetic și agent de legare la temperaturi ridicate (1000-2000 ℃) și presiune ridicată (5-10 atm). Agentul de legare formează puntea de legare cu TIC, SIC, Fe, CO, Ni, etc. ca componente principale, iar cristalul de diamant este încorporat în scheletul podului de legare sub formă de legătură covalentă. PDC este, în general, transformat în discuri cu diametru fix și grosime, și șlefuire și lustruire și alte tratamente fizice și chimice corespunzătoare. În esență, forma ideală de PDC ar trebui să păstreze caracteristicile fizice excelente ale diamantului cu un singur cristal, pe cât posibil, prin urmare, aditivii din corpul de sinterizare ar trebui să fie cât mai puțin posibil, în același timp, combinația de legături DD de particule, pe cât posibil,
② Clasificarea și selecția lianților
Liantul este cel mai important factor care afectează stabilitatea termică a instrumentului PCD, care afectează în mod direct duritatea, rezistența la uzură și stabilitatea termică. Metodele obișnuite de legare a PCD sunt: fier, cobalt, nichel și alte metale de tranziție. Pulberea mixtă CO și W a fost utilizată ca agent de legătură, iar performanța cuprinzătoare a PCD -ului de sinterizare a fost cea mai bună atunci când presiunea de sinteză a fost de 5,5 GPa, temperatura de sinterizare a fost de 1450 ℃ și izolația pentru 4 min. SIC, TIC, WC, TIB2 și alte materiale ceramice. SIC Stabilitatea termică a SIC este mai bună decât cea a CO, dar duritatea și duritatea fracturii sunt relativ scăzute. Reducerea adecvată a dimensiunii materiei prime poate îmbunătăți duritatea și duritatea PCD. Fără adeziv, cu grafit sau alte surse de carbon la temperatura ultra-ridicată și presiunea înaltă arsă într-un diamant de polimer la nano-scală (NPD). Utilizarea grafitului ca precursor pentru prepararea NPD este condițiile cele mai solicitante, dar NPD -ul sintetic are cea mai mare duritate și cele mai bune proprietăți mecanice.
Selecția și controlul ③ cereale
Pulberea de diamante de materie primă este un factor cheie care afectează performanța PCD. Pretratarea micropowderului cu diamante, adăugând o cantitate mică de substanțe care împiedică creșterea anormală a particulelor de diamant și selecția rezonabilă a aditivilor de sinterizare pot inhiba creșterea particulelor anormale de diamant.
NPD pur ridicat cu o structură uniformă poate elimina eficient anisotropia și poate îmbunătăți în continuare proprietățile mecanice. Pulberea precursoare a nanografiei preparată prin metoda de măcinare a bilei de mare energie a fost utilizată pentru a regla conținutul de oxigen la pre-sincronizare la temperaturi ridicate, transformând grafitul în diamant sub 18 GPa și 2100-2300 ℃, generând lamelă și NPD granular, iar duritatea a crescut odată cu scăderea grosimii lamelei.
④ Tratament chimic târziu
La aceeași temperatură (200 ° ℃) și timp (20H), efectul de îndepărtare a cobaltului a acidului Lewis-FECL3 a fost semnificativ mai bun decât cel al apei, iar raportul optim de HCl a fost de 10-15g / 100 ml. Stabilitatea termică a PCD se îmbunătățește pe măsură ce adâncimea de îndepărtare a cobaltului crește. Pentru PCD de creștere cu granulație grosieră, un tratament puternic cu acid poate elimina complet CO, dar are o influență mare asupra performanței polimerului; Adăugarea TIC și WC pentru a schimba structura policristală sintetică și combinarea cu un tratament cu acid puternic pentru a îmbunătăți stabilitatea PCD. În prezent, procesul de pregătire a materialelor PCD se îmbunătățește, duritatea produsului este bună, anisotropia a fost mult îmbunătățită, a realizat producția comercială, industriile conexe se dezvoltă rapid.
(2) Prelucrarea lamei PCD
① Procesul de tăiere
PCD are o duritate ridicată, o rezistență bună la uzură și un proces de tăiere dificil.
② Procedura de sudare
PDC și corpul de cuțit prin clemă mecanică, legare și brațare. Brătarea este de a apăsa PDC pe matricea carbidelor, inclusiv brațarea în vid, sudare cu difuzie în vid, brațarea de încălzire cu inducție de înaltă frecvență, sudare cu laser, etc. Bră la încălzire cu inducție de înaltă frecvență are un cost redus și un randament ridicat și a fost utilizat pe scară largă. Calitatea de sudare este legată de fluxul, aliajul de sudare și temperatura de sudare. Temperatura de sudură (în general mai mică de 700 ° ℃) are cel mai mare impact, temperatura este prea mare, ușor de provocat grafitizarea PCD sau chiar „ardere excesivă”, ceea ce afectează direct efectul de sudare și temperatura prea scăzută va duce la o rezistență insuficientă de sudare. Temperatura de sudare poate fi controlată de timpul de izolare și de adâncimea roșeaței PCD.
③ Procesul de măcinare a lamei
Procesul de măcinare a instrumentelor PCD este cheia procesului de fabricație. În general, valoarea maximă a lamei și a lamei este în 5um, iar raza arcului se află în 4um; Suprafața de tăiere din față și spate asigură o anumită finisare a suprafeței și chiar reduce suprafața de tăiere din față RA la 0,01 μm pentru a satisface cerințele oglinzilor, face ca chipsurile să curgă de -a lungul suprafeței cuțitului din față și să împiedice lipirea cuțitului.
Procesul de măcinare a lamei include șlefuirea roților de măcinare a diamantelor, măcinarea lamei mecanice, măcinarea lamei electrice de scânteie (EDG), liant metalic super dur abraziv roată de măcinare online de finisare electrolitică de măcinare a lamei (ELID), prelucrare de măcinare a lamei compuse. Printre ele, șlefuirea mecanică a lamei cu roți cu diamante este cea mai matură, cea mai utilizată.
Experimente conexe: ① Roata de măcinare a particulelor grosiere va duce la prăbușirea gravă a lamei, iar dimensiunea particulelor roții de măcinare scade, iar calitatea lamei devine mai bună; Mărimea particulelor ② roata de măcinare este strâns legată de calitatea lamei a instrumentelor PCD particule fine sau a particulelor ultrafine, dar are un efect limitat asupra instrumentelor PCD cu particule grosiere.
Cercetări conexe la domiciliu și în străinătate se concentrează în principal pe mecanismul și procesul de măcinare a lamei. În mecanismul de măcinare a lamei, îndepărtarea termochimică și îndepărtarea mecanică sunt dominante, iar îndepărtarea fragilă și îndepărtarea oboselii sunt relativ mici. Atunci când măcinați, în funcție de rezistența și rezistența la căldură a diferitelor roți de măcinare a diamantului agentului de legare, îmbunătățiți pe cât posibil viteza și frecvența de balansare a roții de măcinare, evitați fragmentul și îndepărtarea oboselii, îmbunătățiți proporția de îndepărtare termochimică și reduceți rugozitatea suprafeței. Rugozitatea suprafeței de măcinare uscată este scăzută, dar cu ușurință datorită temperaturii ridicate de procesare, a suprafeței sculei de ardere,
Procesul de măcinare a lamei trebuie să acorde atenție: ① Alegeți parametrii rezonabili ai procesului de măcinare a lamei, poate face calitatea gurii de margine mai excelentă, finisajul suprafeței lamei din față și din spate. Cu toate acestea, luați în considerare și forța de măcinare ridicată, pierderi mari, eficiență scăzută de măcinare, costuri ridicate; ② Selectați calitatea rezonabilă a roților de măcinare, inclusiv tipul de liant, dimensiunea particulelor, concentrația, liantul, pansamentul cu roți de măcinare, cu condiții rezonabile de măcinare a lamei uscate și umede, poate optimiza colțul de la nivelul și partea din spate, valoarea pasivării vârfului cuțitului și alți parametri, îmbunătățind în același timp calitatea suprafeței instrumentului.
Roata de măcinare a diamantelor de legare diferite au caracteristici diferite și mecanism și efect de măcinare diferit. Roata de nisip cu diamante de liant din rășină este moale, particulele de măcinare sunt ușor de căzut prematur, nefiind o rezistență la căldură, suprafața este ușor deformată de căldură, suprafața de măcinare a lamei este predispusă la purtarea mărcilor, rugozitate mare; Roata de măcinare a diamantelor de liant metalic este menținută ascuțită prin șlefuirea zdrobirii, formabilitate bună, suprafețe, rugozitate scăzută a suprafeței de măcinare a lamei, eficiență mai mare, cu toate acestea, capacitatea de legare a particulelor de măcinare face ca auto-ascuțit să fie slabă, iar tăierea este ușor să lase un decalaj de impact, provocând daune marginale grave; Roata de măcinare a diamantelor de liant din ceramică are o rezistență moderată, o performanță bună de autoexcitare, mai mulți pori interni, îndepărtarea prafului și disiparea căldurii, se poate adapta la o varietate de lichid de răcire, temperatura scăzută de măcinare, roata de măcinare este mai puțin uzată, o retenție de formă bună, precizia celei mai mari eficiențe, cu toate acestea, corpul de măcinare a diamantelor și de bender duce la formarea de pits pe suprafața instrumentului. Utilizați în funcție de materialele de procesare, eficiența cuprinzătoare de măcinare, durabilitatea abrazivă și calitatea suprafeței piesei de prelucrat.
Cercetările privind eficiența măcinată se concentrează în principal pe îmbunătățirea productivității și a costurilor de control. În general, rata de măcinare Q (îndepărtarea PCD pe unitatea de timp) și raportul de uzură G (raportul dintre îndepărtarea PCD la pierderea roții de măcinare) sunt utilizate ca criterii de evaluare.
Savantul german Kenter Grinding PCD Instrument cu presiune constantă, test: ① Crește viteza roții de măcinare, mărimea particulelor PDC și concentrația de răcire, rata de măcinare și raportul de uzură sunt reduse; ② Crește dimensiunea particulelor de măcinare, crește presiunea constantă, crește concentrația de diamant în roata de măcinare, rata de măcinare și creșterea raportului de uzură; ③ Tipul de liant este diferit, rata de șlefuire și raportul de uzură este diferit. Kenter Procesul de măcinare a lamei a instrumentului PCD a fost studiat în mod sistematic, dar influența procesului de măcinare a lamei nu a fost analizată sistematic.
3. Utilizarea și eșecul instrumentelor de tăiere PCD
(1) Selectarea parametrilor de tăiere a sculei
În perioada inițială a instrumentului PCD, gura de margine ascuțită a trecut treptat, iar calitatea suprafeței de prelucrare a devenit mai bună. Pasivarea poate îndepărta eficient micro -decalajul și micile burrs aduse de măcinarea lamei, îmbunătățește calitatea suprafeței de tăiere și, în același timp, formează o rază de margine circulară pentru a stoarce și repara suprafața procesată, îmbunătățind astfel calitatea suprafeței piesei de prelucrare.
Aliaj de aluminiu de frezare a suprafeței PCD, viteza de tăiere este, în general, în 4000m / min, procesarea găurilor este, în general, în 800 m / min, prelucrarea metalului elastic-plastic ridicat ar trebui să dureze o viteză de cotitură mai mare (300-1000m / min). Volumul de alimentare este, în general, recomandat între 0,08-0,15 mm/r. Volumul de alimentare prea mare, creșterea forței de tăiere, creșterea suprafeței geometrice reziduale a suprafeței piesei; Volumul de alimentare prea mic, creșterea căldurii de tăiere și uzura crescută. Adâncimea de tăiere crește, forța de tăiere crește, căldura de tăiere crește, viața scade, adâncimea excesivă de tăiere poate provoca cu ușurință prăbușirea lamei; O mică adâncime de tăiere va duce la întărirea prelucrării, la uzură și chiar la prăbușirea lamei.
(2) Forma de uzură
Piesa de prelucrare a sculelor, din cauza frecării, temperaturii ridicate și a altor motive, uzura este inevitabilă. Uzura instrumentului cu diamante este format din trei etape: faza inițială de uzură rapidă (cunoscută și sub denumirea de faza de tranziție), faza de uzură stabilă cu o rată de uzură constantă și faza de uzură rapidă ulterioară. Faza de uzură rapidă indică faptul că instrumentul nu funcționează și necesită regretare. Formele de uzură ale uneltelor de tăiere includ uzura adezivă (uzură de sudare la rece), uzura difuziei, uzura abrazivă, uzura oxidării etc.
Diferentă de instrumentele tradiționale, forma de uzură a instrumentelor PCD este uzura adezivă, uzura difuziei și deteriorarea stratului policristalin. Printre ele, deteriorarea stratului policristal este motivul principal, care se manifestă ca prăbușirea subtilă a lamei cauzată de impactul extern sau de pierderea adezivului în PDC, formând un decalaj, care aparține daunelor mecanice fizice, care poate duce la reducerea preciziei de procesare și a resturilor de lucru. Dimensiunea particulelor PCD, forma lamei, unghiul lamei, materialul piesei de lucru și parametrii de procesare vor afecta rezistența lamei lamei și forța de tăiere, apoi vor provoca deteriorarea stratului policristal. În practica de inginerie, trebuie selectate dimensiunea particulelor de materie primă, parametrii sculei și parametrii de procesare în funcție de condițiile de procesare.
4. Tendința de dezvoltare a instrumentelor de tăiere PCD
În prezent, gama de aplicații a instrumentului PCD a fost extinsă de la transformarea tradițională la foraj, frezare, tăiere de mare viteză și a fost utilizată pe scară largă acasă și în străinătate. Dezvoltarea rapidă a vehiculelor electrice nu a adus doar impact asupra industriei tradiționale de automobile, dar a adus și provocări fără precedent industriei de scule, cerând industriei de scule să accelereze optimizarea și inovația.
Aplicarea largă a instrumentelor de tăiere a PCD a aprofundat și a promovat cercetarea și dezvoltarea instrumentelor de tăiere. Odată cu aprofundarea cercetării, specificațiile PDC sunt din ce în ce mai mici și mai mici, optimizarea calității rafinării cerealelor, uniformitatea performanței, rata de măcinare și raportul de uzură este mai mare și mai mare, diversificarea formei și structurii. Direcțiile de cercetare ale instrumentelor PCD includ: ① Cercetare și dezvoltare strat subțire de PCD; ② Cercetează și dezvoltă noi materiale pentru instrumente PCD; ③ Cercetări pentru a suda mai bine instrumentele PCD și reducerea în continuare a costurilor; ④ Cercetarea îmbunătățește procesul de măcinare a lamei de scule PCD pentru a îmbunătăți eficiența; ⑤ Cercetarea optimizează parametrii instrumentului PCD și folosește instrumente în funcție de condiții locale; ⑥ Cercetarea selectează rațional parametrii de tăiere în funcție de materialele procesate.
scurt rezumat
(1) Performanța de tăiere a instrumentelor PCD, compensează deficitul de multe instrumente de carbură; În același timp, prețul este mult mai mic decât instrumentul cu un singur cristal cu diamant, în tăierea modernă, este un instrument promițător;
(2) în funcție de tipul și performanța materialelor procesate, o selecție rezonabilă a mărimii particulelor și a parametrilor instrumentelor PCD, care este premisa fabricării și utilizării instrumentelor,
(3) Materialul PCD are o duritate ridicată, care este materialul ideal pentru tăierea județului cuțitului, dar aduce, de asemenea, dificultatea pentru tăierea producției de scule. Atunci când fabricați, pentru a lua în considerare în mod cuprinzător dificultatea procesului și nevoile de procesare, pentru a obține cele mai bune performanțe de costuri;
(4) Materiale de procesare a PCD în județul cuțitului, ar trebui să selectăm în mod rezonabil parametrii de tăiere, pe baza îndeplinirii performanței produsului, pe cât posibil pentru a prelungi durata de viață a instrumentului pentru a obține echilibrul de viață a instrumentelor, eficiența producției și calitatea produsului;
(5) cercetează și dezvolta noi materiale de instrumente PCD pentru a -și depăși dezavantajele inerente
Acest articol este provenit de la "Rețea de materiale Superhard"
Timpul post: 25-2025 martie
