PCD -verktøyet er laget av polykrystallinsk diamantknivspiss og karbidmatrise gjennom høytemperatur og høytrykks sintring. Det kan ikke bare gi full spill til fordelene med høy hardhet, høy termisk ledningsevne, lav friksjonskoeffisient, lav termisk ekspansjonskoeffisient, liten affinitet med metall og ikke-metall, høy elastisk modul, ingen spaltningsoverflate, isotropisk, men også ta hensyn til den høye styrken på hard legering.
Termisk stabilitet, påvirknings seighet og slitestyrke er de viktigste ytelsesindikatorene på PCD. Fordi det for det meste brukes i høyt temperatur- og høyt stressmiljø, er termisk stabilitet det viktigste. Studien viser at den termiske stabiliteten til PCD har stor innvirkning på slitestyrken og påvirknings seighet. Dataene viser at når temperaturen er høyere enn 750 ℃, reduseres slitasjebestandigheten og påvirkningen av PCD generelt med 5% -10%.
Krystalltilstanden til PCD bestemmer dens egenskaper. I mikrostruktur danner karbonatomer kovalente bindinger med fire tilstøtende atomer, oppnår den tetraedrale strukturen og danner deretter atomkrystallen, som har sterk orientering og bindende kraft, og høy hardhet. De viktigste ytelsesindeksene til PCD er som følger: ① Hardhet kan nå 8000 HV, 8-12 ganger karbid; ② Termisk ledningsevne er 700W / MK, 1,5-9 ganger, enda høyere enn PCBN og kobber; ③ Friksjonskoeffisient er vanligvis bare 0,1-0,3, mye mindre enn 0,4-1 av karbid, noe som reduserer skjærekraften betydelig; ④ Termisk ekspansjonskoeffisient er bare 0,9x10-6-1,18x10-6,1 / 5 av karbid, noe som kan redusere termisk deformasjon og forbedre prosesseringsnøyaktigheten; ⑤ og ikke-metalliske materialer er mindre tilknytning til å danne knuter.
Kubikkbornitrid har sterk oksidasjonsmotstand og kan behandle jernholdige materialer, men hardheten er lavere enn enkeltkrystalldiamant, prosesseringshastigheten er langsom og effektiviteten er lav. Den enkle krystalldiamanten har høy hardhet, men seigheten er utilstrekkelig. Anisotropi gjør det enkelt å dissosiasjon langs (111) overflate under virkningen av ekstern kraft, og prosesseringseffektiviteten er begrenset. PCD er en polymer som er syntetisert av mikronstore diamantpartikler på visse måter. Den kaotiske naturen til den forstyrrede akkumulering av partikler fører til dens makroskopiske isotropiske natur, og det er ingen retnings- og spaltningsoverflate i strekkfastheten. Sammenlignet med enkrystalldiamant, reduserer korngrensen til PCD effektivt anisotropien og optimaliserer de mekaniske egenskapene.
1. Designprinsipper for PCD -skjæreverktøy
(1) rimelig utvalg av PCD -partikkelstørrelse
Teoretisk sett bør PCD prøve å avgrense kornene, og fordelingen av tilsetningsstoffer mellom produkter skal være så ensartet som mulig for å overvinne anisotropien. Valget av PCD -partikkelstørrelse er også relatert til behandlingsbetingelsene. Generelt sett kan PCD med høy styrke, god seighet, god påvirkningsmotstand og finkorn brukes til etterbehandling eller superbehandling, og PCD av grovt korn kan brukes til generell grov maskinering. PCD -partikkelstørrelsen kan påvirke verktøyets slitasjeytelse betydelig. Relevant litteratur påpeker at når råstoffkornet er stort, øker slitemotstanden gradvis med reduksjonen av kornstørrelsen, men når kornstørrelsen er veldig liten, er denne regelen ikke aktuelt.
Relaterte eksperimenter valgt fire diamantpulver med gjennomsnittlige partikkelstørrelser på 10um, 5um, 2um og 1um, og det ble konkludert med at: ① Med reduksjonen av partikkelstørrelse av råstoff diffunderer CO jevnere; Med reduksjonen av ② reduserte bruksmotstanden og varmemotstanden til PCD gradvis.
(2) rimelig valg av bladmunnform og bladtykkelse
Formen av bladmunnen inkluderer hovedsakelig fire strukturer: omvendt kant, stump sirkel, omvendt kant stump sirkel kompositt og skarp vinkel. Den skarpe vinkelstrukturen gjør kanten skarp, skjærehastigheten er rask, kan redusere kuttekraften betydelig og burr, forbedre overflatekvaliteten på produktet, er mer egnet for lav silisium aluminiumslegering og annen lav hardhet, ensartet ikke-jernholdig metallbehandling. Den stump runde strukturen kan passivere bladmunnen, danne R -vinkel, og effektivt forhindre at bladet brytes, egnet for prosessering av middels / høy silisium aluminiumslegering. I noen spesielle tilfeller, for eksempel grunt skjæredybde og liten knivfôring, er den stumpe runde strukturen foretrukket. Den omvendte kantstrukturen kan øke kantene og hjørnene, stabilisere bladet, men samtidig vil øke trykket og skjærebestandigheten, mer egnet for tung belastning som skjærer høyt silisium aluminiumslegering.
For å lette EDM, velger du vanligvis et tynt PDC-arklag (0,3-1,0 mm), pluss karbidlaget, er den totale tykkelsen på verktøyet omtrent 28mm. Karbidlaget skal ikke være for tykt til å unngå stratifisering forårsaket av stressforskjellen mellom bindingsflatene
2, PCD -verktøyproduksjonsprosess
Produksjonsprosessen til PCD -verktøyet bestemmer direkte skjæreytelsen og levetiden til verktøyet, som er nøkkelen til dets anvendelse og utvikling. Produksjonsprosessen til PCD -verktøyet er vist i figur 5.
(1) Produksjon av PCD Composite tabletter (PDC)
① Produksjonsprosess for PDC
PDC er vanligvis sammensatt av naturlig eller syntetisk diamantpulver og bindingsmiddel ved høy temperatur (1000-2000 ℃) og høyt trykk (5-10 atm). Bindemidlet danner den bindende broen med TIC, SIC, Fe, CO, Ni, etc. som hovedkomponenter, og diamantkrystallen er innebygd i skjelettet til den bindende broen i form av kovalent binding. PDC er vanligvis gjort til disker med fast diameter og tykkelse, og sliping og polert og andre tilsvarende fysiske og kjemiske behandlinger. I hovedsak bør den ideelle formen for PDC beholde de utmerkede fysiske egenskapene til enkeltkrystalldiamant så mye som mulig, derfor bør tilsetningsstoffene i sintringsorganet være så lite som mulig, samtidig
② Klassifisering og valg av permer
Bindemidlet er den viktigste faktoren som påvirker den termiske stabiliteten til PCD -verktøyet, som direkte påvirker dets hardhet, slitasje motstand og termisk stabilitet. Vanlige PCD -bindingsmetoder er: jern, kobolt, nikkel og andre overgangsmetaller. CO og W blandet pulver ble brukt som bindingsmiddel, og den omfattende ytelsen til sintringen PCD var best da syntesetrykket var 5,5 GPa, sintringstemperaturen var 1450 ℃ og isolasjonen i 4min. SIC, TIC, WC, TIB2 og andre keramiske materialer. SIC Den termiske stabiliteten til SIC er bedre enn CO, men hardheten og bruddet seighet er relativt lav. Passende reduksjon av råstørrelse kan forbedre hardheten og seigheten til PCD. Ingen lim, med grafitt eller andre karbonkilder i ultrahøy temperatur og høyt trykk brent inn i en nanoskala-polymerdiamant (NPD). Å bruke grafitt som forløper for å fremstille NPD er de mest krevende forholdene, men den syntetiske NPD har den høyeste hardheten og de beste mekaniske egenskapene.
Valg og kontroll av ③ korn
Råstoffets diamantpulver er en nøkkelfaktor som påvirker ytelsen til PCD. Forbehandling av diamantmikropowder, tilsetning av en liten mengde stoffer som hindrer unormal diamantpartikler vekst og rimelig utvalg av sintringstilsetningsstoffer kan hemme veksten av unormale diamantpartikler.
Høy ren NPD med en enhetlig struktur kan effektivt eliminere anisotropien og forbedre de mekaniske egenskapene ytterligere. Det nanografitiske forløperpulveret fremstilt ved høyenergi kulesslipemetode ble brukt for å regulere oksygeninnholdet ved høy temperatur pre-sintering, og transformere grafitt til diamant under 18 GPa og 2100-2300 ℃, genererte lamella og granulær NPD, og hardheten økte med nedgangen i lamella-tykkelsen.
④ Sen kjemisk behandling
Ved samme temperatur (200 ° ℃) og tid (20 timer) var koboltfjerningseffekten av Lewis acid-Fecl3 betydelig bedre enn vannet, og det optimale forholdet til HCl var 10-15g / 100 ml. Den termiske stabiliteten til PCD forbedres etter hvert som koboltfjerningsdybden øker. For grovkornet vekst PCD, kan sterk syrebehandling fullstendig fjerne CO, men har stor innflytelse på polymerytelsen; Legge til TIC og WC for å endre den syntetiske polykrystallstrukturen og kombinere med sterk syrebehandling for å forbedre stabiliteten til PCD. For tiden forbedres forberedelsesprosessen med PCD -materialer, produktet seighet er god, anisotropien har blitt kraftig forbedret, har realisert kommersiell produksjon, relaterte næringer utvikler seg raskt.
(2) Behandling av PCD -bladet
① skjæreprosess
PCD har høy hardhet, god slitestyrke og høy vanskelig skjæreprosess.
② Sveiseprosedyre
PDC og knivlegemet ved mekanisk klemme, liming og lodding. Lodding er å trykke PDC på karbidmatrisen, inkludert vakuum lodding, vakuumdiffusjonssveising, høyfrekvente induksjonsoppvarming, lasersveising, etc. Høyfrekvente induksjonsoppvarming av lodding har lave kostnader og høy avkastning, og har blitt mye brukt. Sveisekvaliteten er relatert til fluks-, sveiselegering og sveisetemperatur. Sveisetemperatur (generelt lavere enn 700 ° ℃) har størst innvirkning, temperaturen er for høy, lett å forårsake PCD-grafitisering, eller til og med "overforbrenning", noe som direkte påvirker sveiseeffekten, og for lav temperatur vil føre til utilstrekkelig sveisestyrke. Sveisetemperaturen kan kontrolleres av isolasjonstiden og dybden på PCD rødhet.
③ Bladslipeprosess
PCD -slipingsprosess er nøkkelen til produksjonsprosessen. Generelt er toppverdien på bladet og bladet innenfor 5um, og lysbueradiusen er innenfor 4um; Front og bak skjæreoverflaten sikrer en viss overflatebehandling, og reduserer til og med den fremre skjæreoverflaten RA til 0,01 μ m for å oppfylle speilkravene, få flisene til å strømme langs den fremre knivoverflaten og forhindre stikkende kniv.
Bladslipingsprosess inkluderer diamantslipehjulmekanisk bladsliping, elektrisk gnistbladsliping (EDG), metallbindemiddel super hard slipende slipehjul på nettet elektrolytisk finishsbladsliping (ELID), sammensatt bladmaskinering. Blant dem er diamantslipehjulmekanisk knivsliping den mest modne, den mest brukte.
Beslektede eksperimenter: ① Det grove partikkelslipingshjulet vil føre til alvorlig bladkollaps, og partikkelstørrelsen på slipehjulet avtar, og kvaliteten på bladet blir bedre; Partikkelstørrelsen til ② slipehjulet er nært beslektet med bladkvaliteten til fin partikkel eller ultrafine partikkel PCD -verktøy, men har begrenset effekt på grove partikkel PCD -verktøy.
Relatert forskning hjemme og i utlandet fokuserer hovedsakelig på mekanismen og prosessen med kniping. I bladets slipemekanisme er termokjemisk fjerning og mekanisk fjerning den dominerende, og sprø fjerning og utmattelsesfjerning er relativt små. Når sliping, i henhold til styrken og varmemotstanden til forskjellige bindemiddeldiamantslipingshjul, forbedrer hastigheten og svingfrekvensen til slipehjulet så langt det er mulig, unngå sprøhet og utmattelse av utmattelse, forbedrer andelen termokjemisk fjerning og reduser overflaten ruhet. Overflatens ruhet på tørr sliping er lav, men lett på grunn av høy prosesseringstemperatur, brennverktøyoverflate,
Bladets slipeprosess må ta hensyn til: ① Velg rimelig bladslipingsprosessparametere, kan gjøre kantmunnkvaliteten mer utmerket, foran og bak bladoverflatefinish høyere. Imidlertid vurderer også høy slipekraft, stort tap, lav slipeeffektivitet, høye kostnader; ② Velg rimelig slipehjulskvalitet, inkludert bindemiddel, partikkelstørrelse, konsentrasjon, bindemiddel, slipinghjuldressing, med rimelige tørre og våte knivkvernforhold, kan optimalisere verktøyet foran og bakre hjørne, knivspissen passiveringsverdi og andre parametere, mens du forbedrer overflatekvaliteten på verktøyet.
Ulike bindende diamantslipehjul har forskjellige egenskaper, og forskjellig slipemekanisme og effekt. Harpiksbindingsdiamantsandhjul er mykt, slipepartikler er enkle å falle av for tidlig, ikke med en varmebestandighet, overflaten deformeres lett av varmen, knipende overflate er utsatt for å ha merker, stor ruhet; Metallbindingsdiamantslipende hjul holdes skarpt ved å slipe knusing, god formbarhet, overflate, lav overflateuhet på bladets sliping, høyere effektivitet, men bindingsevnen til slipepartikler gjør den selvskarpende dårlig, og skjærkanten er lett å etterlate en påvirkningsgap, forårsake alvorlig marginalskade; Keramisk bindemiddel diamantslipehjul har en moderat styrke, god ytelse med selvopplevelse, mer indre porer, favfor støvfjerning og varmeavledning, kan tilpasse seg en rekke kjølevæske, lavt slipe temperatur, slipende hjul er mindre slitt, god form retensjon, nøyaktigheten av den høyeste effektiviteten av pits, men kroppen til diamond. Brukes i henhold til prosesseringsmaterialene, omfattende slipeeffektivitet, slipende holdbarhet og overflatekvaliteten til arbeidsstykket.
Forskningen på slipeeffektivitet fokuserer hovedsakelig på å forbedre produktiviteten og kontrollkostnadene. Generelt brukes slipehastighet Q (PCD -fjerning per tidsenhet) og slitasjeforhold G (forholdet mellom PCD -fjerning til sliping av hjulstap) som evalueringskriterier.
Den tyske lærde Kenter -slipende PCD -verktøyet med konstant trykk, test: ① Øker slipingshjulhastigheten, PDC -partikkelstørrelsen og kjølevæskekonsentrasjonen, slipehastigheten og slitasjeforholdet reduseres; ② øker slipende partikkelstørrelse, øker det konstante trykket, øker konsentrasjonen av diamant i slipehjulet, sliphastigheten og slitasjeforholdet; ③ Bindertype er forskjellig, slipehastigheten og slitasjeforholdet er annerledes. Kenter Bladslipingsprosessen til PCD -verktøy ble studert systematisk, men påvirkningen av bladets slipeprosess ble ikke analysert systematisk.
3. Bruk og svikt i PCD -skjæreverktøy
(1) Valg av verktøyskjæringsparametere
I løpet av den innledende perioden med PCD -verktøyet ble den skarpe kantmunnen gradvis passert, og maskinens overflatekvalitet ble bedre. Passivering kan effektivt fjerne mikrogapet og små burr brakt av knivsliping, forbedre overflatekvaliteten på skjærekanten, og samtidig danne en sirkulær kantradius for å klemme og reparere den bearbeidede overflaten, og dermed forbedre overflatekvaliteten på arbeidsstykket.
PCD-verktøyets overflatefresende aluminiumslegering, skjærehastighet er vanligvis i 4000 m / min, hullbehandling er vanligvis i 800 m / min, prosessering av høy elastisk plastisk ikke-jernholdig metall bør ta en høyere svinghastighet (300-1000 m / min). Fôrvolum anbefales generelt mellom 0,08-0,15 mm/r. For stort fôrvolum, økt skjærekraft, økt gjenværende geometrisk område på arbeidsstykkets overflate; For lite fôrvolum, økt skjærevarme og økt slitasje. Skjæringsdybden øker, skjærekraften øker, skjærevarmen øker, livet avtar, overdreven skjæredybde kan lett forårsake bladkollaps; Liten skjæredybde vil føre til maskinering av herding, slitasje og til og med sammenbrudd.
(2) Slitasjeform
Verktøybehandlingsarbeidsstykke, på grunn av friksjon, høy temperatur og andre årsaker, er slitasje uunngåelig. Slitasje av diamantverktøyet består av tre trinn: den første hurtige slitasjefasen (også kjent som overgangsfasen), den stabile slitasjefasen med en konstant slitasjehastighet og den påfølgende raske slitasjefasen. Den raske slitasjefasen indikerer at verktøyet ikke fungerer og krever omvekst. Slitasjeformene for skjæreverktøy inkluderer limslitasje (kald sveising av slitasje), diffusjonsslitasje, slitasje slitasje, oksidasjonsslitasje, etc.
Forskjellig fra tradisjonelle verktøy, er slitasjeformen for PCD -verktøy lim, diffusjonsslitasje og polykrystallinsk lagskade. Blant dem er skaden av polykrystalllaget hovedårsaken, som manifesteres som den subtile bladkollapsen forårsaket av ytre innvirkning eller tap av lim i PDC, og danner et gap, som tilhører fysisk mekanisk skade, noe som kan føre til reduksjon av prosesseringspresisjon og skrot av arbeidsstykker. PCD -partikkelstørrelse, bladform, bladvinkel, arbeidsstykkemateriale og prosesseringsparametere vil påvirke bladstyrken og skjærekraften, og deretter forårsake skaden på polykrystalllaget. I ingeniørpraksis bør passende råstørrelsespartikkelstørrelse, verktøyparametere og prosesseringsparametere velges i henhold til behandlingsbetingelsene.
4. Utviklingstrenden for PCD -skjæreverktøy
For tiden har applikasjonsområdet for PCD-verktøyet blitt utvidet fra tradisjonell vending til boring, fresing, høyhastighetsskjæring, og har blitt mye brukt hjemme og i utlandet. Den raske utviklingen av elektriske kjøretøyer har ikke bare gitt innvirkning på den tradisjonelle bilindustrien, men brakt også enestående utfordringer til verktøyindustrien, og oppfordret verktøyindustrien til å fremskynde optimalisering og innovasjon.
Den brede anvendelsen av PCD -skjæreverktøy har utdypet og fremmet forskning og utvikling av skjæreverktøy. Med utdyping av forskning, blir PDC -spesifikasjoner mindre og mindre, kornforfiningskvalitetsoptimalisering, ytelseseniformitet, slipehastighet og slitasjeforhold er høyere og høyere, form og strukturdiversifisering. Forskningsanvisningen til PCD -verktøy inkluderer: ① Forskning og utvikle tynt PCD -lag; ② Forskning og utvikler nye PCD -verktøymaterialer; ③ Forskning for å sveise PCD -verktøyene bedre og redusere kostnadene ytterligere; ④ Forskning forbedrer PCD -verktøyets slipingsprosess for å forbedre effektiviteten; ⑤ Forskning optimaliserer PCD -verktøyparametere og bruker verktøy i henhold til lokale forhold; ⑥ Forskning velger rasjonelt å kutte parametere i henhold til de bearbeidede materialene.
kort sammendrag
(1) PCD -verktøyskjæring, utgjør mangelen på mange karbidverktøy; Samtidig er prisen langt lavere enn enkeltkrystalldiamantverktøyet, i moderne skjæring, et lovende verktøy;
(2) I henhold til typen og ytelsen til de bearbeidede materialene, et rimelig utvalg av partikkelstørrelse og parametere for PCD -verktøy, som er forutsetningen for verktøyproduksjon og bruk,
(3) PCD -materiale har en høy hardhet, som er det ideelle materialet for å kutte Knife County, men det bringer også vanskeligheten med å kutte verktøyet. Ved produksjon, for å vurdere prosessens vanskeligheter og prosesseringsbehov omfattende for å oppnå den beste kostnadsytelsen;
(4) PCD -prosesseringsmaterialer i Knife County, bør vi med rimelighet velge skjæreparametere, på grunnlag av å oppfylle produktytelsen, så langt som mulig for å forlenge verktøyets levetid for å oppnå balansen i verktøyets levetid, produksjonseffektivitet og produktkvalitet;
(5) Forskning og utvikle nye PCD -verktøymaterialer for å overvinne dets iboende ulemper
Denne artikkelen er hentet fra "Superhard Material Network"
Post Time: Mar-25-2025
