A ferramenta PCD está feita de punta de coitelo de diamante policristalino e matriz de carburo a través de alta temperatura e sinterización de alta presión. Non só pode dar un xogo completo ás vantaxes de alta dureza, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de fricción, baixo coeficiente de expansión térmica, pequena afinidade con metal e non metal, módulo elástico elevado, sen superficie de fenda, isotrópico, senón que tamén ten en conta a alta forza da aliaxe dura.
A estabilidade térmica, a dureza do impacto e a resistencia ao desgaste son os principais indicadores de rendemento da PCD. Debido a que se usa principalmente no ambiente de alta temperatura e de alta tensión, a estabilidade térmica é o máis importante. O estudo demostra que a estabilidade térmica do PCD ten un gran impacto na súa resistencia ao desgaste e a dureza do impacto. Os datos mostran que cando a temperatura é superior a 750 ℃, a resistencia ao desgaste e a dureza do impacto da PCD xeralmente diminúen nun 5% -10%.
O estado de cristal do PCD determina as súas propiedades. Na microestrutura, os átomos de carbono forman enlaces covalentes con catro átomos adxacentes, obteñen a estrutura tetraédrica e logo forman o cristal atómico, que ten unha forte orientación e forza de unión e alta dureza. Os principais índices de rendemento de PCD son os seguintes: ① A dureza pode chegar a 8000 HV, 8-12 veces de carburo; ② A condutividade térmica é de 700W / mk, 1,5-9 veces, incluso superior a PCBN e cobre; ③ O coeficiente de fricción é xeralmente só 0,1-0,3, moito menos que 0,4-1 de carburo, reducindo significativamente a forza de corte; ④ O coeficiente de expansión térmica é de só 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 de carburo, o que pode reducir a deformación térmica e mellorar a precisión do procesamento; ⑤ e os materiais non metálicos son menos afinidade para formar nódulos.
O nitruro de boro cúbico ten unha forte resistencia á oxidación e pode procesar materiais que conteñen ferro, pero a dureza é inferior ao diamante de cristal único, a velocidade de procesamento é lenta e a eficiencia é baixa. O diamante de cristal único ten alta dureza, pero a dureza é insuficiente. A anisotropía facilita a disociación ao longo da superficie (111) baixo o impacto da forza externa e a eficiencia do procesamento é limitada. PCD é un polímero sintetizado por partículas de diamantes de tamaño micron por certos medios. A natureza caótica da acumulación desordenada de partículas leva á súa natureza isotrópica macroscópica, e non hai unha superficie direccional e de escisión na resistencia á tracción. En comparación co diamante dun só cristal, o límite do gran de PCD reduce efectivamente a anisotropía e optimiza as propiedades mecánicas.
1. Principios de deseño das ferramentas de corte de PCD
(1) Selección razoable do tamaño de partícula PCD
Teoricamente, o PCD debería intentar perfeccionar os grans e a distribución de aditivos entre produtos debe ser o máis uniforme posible para superar a anisotropía. A elección do tamaño das partículas de PCD tamén está relacionada coas condicións de procesamento. En xeral, PCD con alta resistencia, boa dureza, boa resistencia ao impacto e gran fino pódese usar para acabar ou super acabado, e pódese usar PCD de gran groso para mecanizado en xeral. O tamaño da partícula PCD pode afectar significativamente o rendemento do desgaste da ferramenta. A literatura relevante sinala que cando o gran da materia prima é grande, a resistencia ao desgaste aumenta gradualmente coa diminución do tamaño do gran, pero cando o tamaño do gran é moi pequeno, esta regra non é aplicable.
Experimentos relacionados seleccionaron catro po de diamantes con tamaños medios de partículas de 10um, 5um, 2um e 1um, e concluíuse que: ① coa diminución do tamaño de partícula da materia prima, CO difúndese máis uniformemente; Coa diminución de ②, a resistencia ao desgaste e a resistencia á calor do PCD diminuíu gradualmente.
(2) Elección razoable da forma da boca da lámina e do grosor da lámina
A forma de boca da lámina inclúe principalmente catro estruturas: borde invertido, círculo contundente, composto de círculo contundente de bordo invertido e ángulo afiado. A estrutura angular afiada fai que o bordo sexa afiado, a velocidade de corte é rápida, pode reducir significativamente a forza de corte e a burr, mellorar a calidade superficial do produto, é máis adecuada para a baixa aliaxe de aluminio de silicio e outra dura dureza, acabado metálico non férreo uniforme. A estrutura redonda obtusa pode pasivar a boca da lámina, formando ángulo R, evitar efectivamente a ruptura da lámina, adecuada para procesar aliaxe de aluminio de aluminio medio / alto. Nalgúns casos especiais, como a profundidade de corte superficial e a alimentación de coitelos pequenos, prefírese a estrutura redonda contundente. A estrutura de bordo invertida pode aumentar os bordos e as esquinas, estabilizar a lámina, pero ao mesmo tempo aumentará a presión e a resistencia ao corte, máis adecuada para cortar a carga de carga elevada de aluminio.
Para facilitar a EDM, normalmente elixe unha capa fina de folla PDC (0,3-1,0 mm), ademais da capa de carburo, o grosor total da ferramenta é de aproximadamente 28 mm. A capa de carburo non debe ser demasiado grosa para evitar a estratificación causada pola diferenza de tensión entre as superficies de unión
2, proceso de fabricación de ferramentas PCD
O proceso de fabricación da ferramenta PCD determina directamente o rendemento de corte e a vida útil da ferramenta, que é a clave da súa aplicación e desenvolvemento. Na figura 5 móstrase o proceso de fabricación da ferramenta PCD.
(1) Fabricación de comprimidos compostos PCD (PDC)
① Proceso de fabricación do PDC
O PDC está composto xeralmente por po de diamante natural ou sintético e axente de unión a alta temperatura (1000-2000 ℃) e alta presión (5-10 atm). O axente de unión forma a ponte de unión con tic, sic, fe, co, ni, etc. como compoñentes principais, e o cristal de diamantes está incrustado no esqueleto da ponte de unión en forma de enlace covalente. O PDC fabrícase xeralmente en discos con diámetro fixo e grosor, e moer e pulir e outros tratamentos físicos e químicos correspondentes. En esencia, a forma ideal de PDC debería conservar as excelentes características físicas do diamante de cristal único o máximo posible, polo tanto, os aditivos do corpo de sinterización deberían ser o menos posible, ao mesmo tempo, a combinación de enlaces DD de partículas o máximo posible,
② Clasificación e selección de ligantes
O ligante é o factor máis importante que afecta a estabilidade térmica da ferramenta PCD, que afecta directamente á súa dureza, resistencia ao desgaste e estabilidade térmica. Os métodos comúns de unión de PCD son: ferro, cobalto, níquel e outros metais de transición. O po mixto de CO e W usouse como axente de unión, e o rendemento integral do PCD de sinterización foi mellor cando a presión de síntese foi de 5,5 GPA, a temperatura de sinterización foi de 1450 ℃ e o illamento durante 4 minutos. SIC, TIC, WC, TIB2 e outros materiais cerámicos. SIC A estabilidade térmica de Sic é mellor que a de CO, pero a dureza e a dureza da fractura son relativamente baixas. A redución adecuada do tamaño das materias primas pode mellorar a dureza e a dureza do PCD. Non hai adhesivo, con grafito ou outras fontes de carbono na temperatura ultra alta e a alta presión queimada nun diamante de polímero a escala nano (NPD). Usar o grafito como precursor para preparar NPD son as condicións máis esixentes, pero o NPD sintético ten a maior dureza e as mellores propiedades mecánicas.
Selección e control de grans ③
O po de diamante de materias primas é un factor clave que afecta o rendemento do PCD. A micropowder de diamantes pretratando, engadindo unha pequena cantidade de substancias que dificultan as partículas de diamantes anormais e a selección razoable de aditivos de sinterización poden inhibir o crecemento de partículas de diamantes anormais.
O NPD puro alto cunha estrutura uniforme pode eliminar eficazmente a anisotropía e mellorar aínda máis as propiedades mecánicas. O po precursor nanográfico preparado mediante un método de moenda de bólas de alta enerxía usouse para regular o contido de osíxeno a alta temperatura, a transformación do grafito en diamante baixo 18 GPA e 2100-2300 ℃, xerando láminas e NPD granular e a dureza aumentou coa diminución do grosor da lámpada.
④ Tratamento químico tardío
Á mesma temperatura (200 ° ℃) e o tempo (20H), o efecto de eliminación de cobalto de Lewis ácido-FECL3 foi significativamente mellor que o da auga e a relación óptima de HCl foi de 10-15g / 100ml. A estabilidade térmica do PCD mellora a medida que aumenta a profundidade de eliminación de cobalto. Para PCD de crecemento de grana grosa, o tratamento de ácido forte pode eliminar completamente CO, pero ten unha gran influencia no rendemento do polímero; Engadindo TIC e WC para cambiar a estrutura policristal sintética e combinar cun forte tratamento de ácido para mellorar a estabilidade do PCD. Na actualidade, o proceso de preparación dos materiais PCD é mellorando, a dureza do produto é boa, a anisotropía mellorouse moito, entendeu que a produción comercial, as industrias relacionadas están a desenvolverse rapidamente.
(2) Procesamento da lámina PCD
① Proceso de corte
O PCD ten alta dureza, boa resistencia ao desgaste e un alto proceso de corte difícil.
② Procedemento de soldadura
PDC e o corpo do coitelo mediante abrazadeira mecánica, unión e brasas. O brazado é presionar PDC na matriz de carburo, incluíndo o brazado ao baleiro, soldadura por difusión ao baleiro, calefacción por indución de alta frecuencia, soldadura por láser, etc. A calidade da soldadura está relacionada co fluxo, a aliaxe de soldadura e a temperatura de soldadura. A temperatura de soldadura (xeralmente inferior a 700 ° ℃) ten o maior impacto, a temperatura é demasiado alta, fácil de provocar a grafitización de PCD, ou incluso "excesiva", que afecta directamente ao efecto de soldadura e a temperatura demasiado baixa levará a unha resistencia de soldadura insuficiente. A temperatura de soldadura pódese controlar polo tempo de illamento e a profundidade da vermelhidão do PCD.
③ proceso de moenda de láminas
O proceso de moenda de ferramentas PCD é a clave para o proceso de fabricación. Xeralmente, o valor máximo da lámina e da lámina está dentro de 5um, e o radio de arco está dentro de 4um; A superficie de corte dianteira e traseira asegura un certo acabado superficial e incluso reduce a superficie de corte frontal RA a 0,01 μ m para cumprir os requisitos do espello, fai que os chips flúen pola superficie do coitelo dianteiro e eviten pegar coitelo.
O proceso de moer de lámina inclúe moer de lámina mecánica de roda de diamantes, moenda de láminas de chispa eléctrica (EDG), ligante metálico super duro roda de moer abrasivo en liña de lámina de lámina de lámina de acabado (elido), mecanizado de moenda de lámina composta. Entre eles, a moenda de láminas mecánicas de roda de diamantes é a máis madura, a máis utilizada.
Experimentos relacionados: ① A roda de moenda de partículas grosa levará a un colapso da lámina grave e o tamaño da partícula da roda de moenda diminúe e a calidade da lámina faise mellor; O tamaño de partícula da roda de moer está intimamente relacionado coa calidade da lámina das ferramentas de PCD de partículas finas ou ultrafinas, pero ten un efecto limitado nas ferramentas de PCD de partículas grosas.
A investigación relacionada na casa e no estranxeiro céntrase principalmente no mecanismo e o proceso de moenda de láminas. No mecanismo de moenda das láminas, a eliminación termoquímica e a eliminación mecánica son dominantes, e a eliminación de quebraduras e a eliminación de fatiga son relativamente pequenas. Ao moer, segundo a resistencia á forza e a calor de diferentes rodas de moer o diamante do axente de unión, mellorar a velocidade e a frecuencia de balance da roda de moenda na medida do posible, evite a evolución e a eliminación de fatiga, melloran a proporción de eliminación termoquímica e reduce a rugosidade da superficie. A rugosidade superficial da moenda en seco é baixa, pero facilmente debido á alta temperatura de procesamento, superficie da ferramenta de queimadura,
O proceso de moenda das láminas debe prestar atención a: ① Escolla parámetros razoables do proceso de moenda de láminas, pode facer que a calidade da boca de borde sexa máis excelente, o acabado da superficie da lámina dianteira e traseira. Non obstante, tamén considere unha alta forza de moenda, gran perda, baixa eficiencia de moenda, alto custo; ② Seleccione a calidade razoable das rodas de moenda, incluído o tipo de aglutinante, o tamaño das partículas, a concentración, o aglutinante, o aderezo das rodas, con condicións razoables de moenda de láminas secas e húmidas, pode optimizar a esquina dianteira e traseira da ferramenta, o valor de pasivación da punta do coitelo e outros parámetros, ao tempo que mellorar a calidade da superficie da ferramenta.
Diferentes roda de moenda de diamantes teñen diferentes características e un mecanismo e efecto de moenda diferentes. A roda de area de diamantes de resina é suave e as partículas de moer son fáciles de caer prematuramente, sen ter resistencia á calor, a superficie é facilmente deformada pola calor, a superficie de moer da lámina é propensa ás marcas de desgaste, a gran rugosidade; A roda de moer de diamantes de metal é mantida afiada ao triturar, unha boa formabilidade, a superficie, a baixa rugosidade superficial da moenda da lámina, unha maior eficiencia, sen embargo, a capacidade de unión das partículas de moer fai que o pobre autodenominante e a vangarda sexa fácil de deixar unha brecha de impacto, causando graves danos marxinais; A roda de trituración de diamantes de cerámica ten unha forza moderada, un bo rendemento de autoexcitación, máis poros internos, eliminación de po FAVFOR e disipación de calor, poden adaptarse a unha variedade de refrixerante, a baixa temperatura de moenda, a roda de moenda é menos desgastada, boa retención de forma, a precisión da maior eficiencia, o corpo de diamantes e lindante a formación da formación da ferramenta. Use segundo os materiais de procesamento, eficiencia completa de moenda, durabilidade abrasiva e calidade superficial da peza de traballo.
A investigación sobre a eficiencia de moenda céntrase principalmente na mellora da produtividade e do custo de control. Xeralmente, como criterios de avaliación utilízanse a taxa de trituración Q (eliminación de PCD por unidade de tempo) e relación de desgaste G (relación de eliminación de PCD con perda de rodas).
A ferramenta PCD de moer o estudoso alemán Kenter con presión constante, proba: ① Aumenta a velocidade das rodas de moer, o tamaño de partícula PDC e a concentración de refrixerante, redúcese a taxa de moenda e a relación de desgaste; ② Aumenta o tamaño das partículas de moer, aumenta a presión constante, aumenta a concentración de diamante na roda de moenda, a taxa de moenda e o aumento da relación de desgaste; ③ O tipo de ligante é diferente, a taxa de moenda e a relación de desgaste é diferente. Kenter O proceso de moenda de láminas da ferramenta PCD foi estudado sistematicamente, pero a influencia do proceso de moenda da lámina non se analizou sistematicamente.
3. Uso e falla de ferramentas de corte PCD
(1) Selección de parámetros de corte de ferramentas
Durante o período inicial da ferramenta PCD, a boca afiada pasou gradualmente e a calidade da superficie de mecanizado fíxose mellor. A pasivación pode eliminar eficazmente a micro brecha e pequenas canóns traídos pola moenda da lámina, mellorar a calidade superficial do corte e, ao mesmo tempo, formar un radio circular para espremer e reparar a superficie procesada, mellorando así a calidade superficial da peza de traballo.
A aliaxe de aluminio de fresado da superficie da ferramenta PCD, a velocidade de corte normalmente é en 4000 m / min, o procesamento de buracos normalmente é en 800m / min, o procesamento de metal non férreo elástico-elástico alto debe levar unha maior velocidade de xiro (300-1000m / min). O volume de alimentación recoméndase xeralmente entre 0,08-0,15 mm/r. O volume de alimentación demasiado grande, o aumento da forza de corte, o aumento da área xeométrica residual da superficie da peza; demasiado pequeno volume de alimentación, aumento do calor de corte e aumento do desgaste. A profundidade de corte aumenta, a forza de corte aumenta, aumenta a calor de corte, a vida diminúe, a excesiva profundidade de corte pode causar o colapso da lámina facilmente; A pequena profundidade de corte levará a endurecemento de mecanizado, desgaste e un colapso da lámina.
(2) Formulario de desgaste
A peza de traballo de procesamento de ferramentas, debido á fricción, a alta temperatura e outras razóns, o desgaste é inevitable. O desgaste da ferramenta de diamantes consta de tres etapas: a fase inicial de desgaste rápido (tamén coñecida como fase de transición), a fase de desgaste estable cunha taxa de desgaste constante e a fase de desgaste rápido posterior. A fase de desgaste rápido indica que a ferramenta non funciona e require retroceso. As formas de desgaste de ferramentas de corte inclúen desgaste adhesivo (desgaste de soldadura en frío), desgaste de difusión, desgaste abrasivo, desgaste de oxidación, etc.
Diferentes das ferramentas tradicionais, a forma de desgaste das ferramentas PCD é o desgaste adhesivo, o desgaste de difusión e os danos da capa policristalina. Entre eles, o dano da capa policristal é a razón principal, que se manifesta como o colapso da lámina sutil causado polo impacto externo ou a perda de adhesivo en PDC, formando unha brecha, que pertence a danos mecánicos físicos, o que pode levar á redución da precisión de procesamento e á chatarra de pezas de traballo. O tamaño das partículas do PCD, a forma da lámina, o ángulo da lámina, o material da peza e os parámetros de procesamento afectarán a forza da lámina e a forza de corte e, a continuación, causarán o dano da capa policristal. Na práctica de enxeñería, o tamaño de partículas de materia prima adecuada, os parámetros de ferramentas e os parámetros de procesamento deben seleccionarse segundo as condicións de procesamento.
4. Tendencia de desenvolvemento das ferramentas de corte de PCD
Na actualidade, a gama de aplicacións de ferramenta PCD ampliouse desde o xiro tradicional ata a perforación, o fresado, o corte de alta velocidade e foi moi utilizado na casa e no estranxeiro. O rápido desenvolvemento de vehículos eléctricos non só provocou un impacto na industria tradicional do automóbil, senón que tamén trouxo retos sen precedentes para a industria das ferramentas, instando á industria das ferramentas a acelerar a optimización e a innovación.
A ampla aplicación de ferramentas de corte PCD profundou e promoveu a investigación e desenvolvemento de ferramentas de corte. Co afondamento da investigación, as especificacións de PDC son cada vez máis pequenas, a optimización da calidade do perfeccionamento de grans, a uniformidade do rendemento, a taxa de moenda e a relación de desgaste é maior e maior, a diversificación de forma e estrutura. As direccións de investigación das ferramentas PCD inclúen: ① Investigación e desenvolver unha capa de PCD delgada; ② Investiga e desenvolve novos materiais de ferramentas PCD; ③ Investigación para mellorar as ferramentas PCD de soldadura e reducir aínda máis o custo; ④ A investigación mellora o proceso de moenda das láminas da ferramenta PCD para mellorar a eficiencia; ⑤ A investigación optimiza parámetros de ferramentas PCD e usa ferramentas segundo as condicións locais; ⑥ A investigación selecciona racionalmente os parámetros de corte segundo os materiais procesados.
Breve resumo
(1) rendemento de corte de ferramentas PCD, compensa a escaseza de moitas ferramentas de carburo; Ao mesmo tempo, o prezo é moi inferior á ferramenta de diamante de cristal único, no corte moderno, é unha ferramenta prometedora;
(2) Segundo o tipo e o rendemento dos materiais procesados, unha selección razoable do tamaño de partícula e parámetros de ferramentas PCD, que é a premisa de fabricación e uso de ferramentas,
(3) O material PCD ten unha alta dureza, que é o material ideal para cortar o condado de coitelo, pero tamén trae a dificultade para cortar a fabricación de ferramentas. Cando a fabricación, para considerar de xeito exhaustivo a dificultade e as necesidades de procesamento do proceso, para conseguir o mellor rendemento de custo;
(4) Materiais de procesamento de PCD no condado de Knife, deberiamos seleccionar razoablemente os parámetros de corte, en función do rendemento do produto, na medida do posible para prolongar a vida útil da ferramenta para conseguir o equilibrio da vida das ferramentas, a eficiencia da produción e a calidade do produto;
(5) Investigar e desenvolver novos materiais de ferramentas PCD para superar os seus inconvenientes inherentes
Este artigo provén do "Rede de material Superhard"
Tempo de publicación: Mar-25-2025
