Nástroj PCD je vyroben z polykrystalické špičky diamantového nože a karbidové matrice pomocí vysoké teploty a vysokotlakého slinování. Může nejen poskytnout plnou hru výhodám vysoké tvrdosti, vysoké tepelné vodivosti, koeficientu s nízkým třením, nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, malé afinity s kovovým a nekovovým, vysokým elastickým modulem, bez štěpení, izotropní, izotropní, ale také vezme v úvahu vysokou pevnost tvrdé přisloubení.
Hlavními ukazateli výkonu PCD jsou tepelná stabilita, odolnost proti nárazu a odolnost proti opotřebení. Protože se většinou používá v prostředí s vysokou teplotou a vysokým stresem, je nejdůležitější tepelná stabilita. Studie ukazuje, že tepelná stabilita PCD má velký dopad na jeho odolnost proti opotřebení a nárazovou houževnatost. Data ukazují, že když je teplota vyšší než 750 ℃, odolnost proti opotřebení a nárazová houževnatost PCD se obecně snižuje o 5% -10%.
Stav krystalu PCD určuje jeho vlastnosti. V mikrostruktuře tvoří atomy uhlíku kovalentní vazby se čtyřmi sousedními atomy, získávají tetrahedrální strukturu a poté tvoří atomový krystal, který má silnou orientaci a vazebnou sílu a vysokou tvrdost. Hlavní indexy výkonu PCD jsou následující: ① tvrdost může dosáhnout 8000 HV, 8-12krát karbidu; ② Tepelná vodivost je 700 W / MK, 1,5-9krát, dokonce vyšší než PCBN a měď; ③ Koeficient tření je obecně pouze 0,1-0,3, mnohem méně než 0,4-1 karbidu, což významně snižuje řeznou sílu; ④ Koeficient tepelné roztažnosti je pouze 0,9x10-6-1,18x10-6,1 / 5 karbidu, který může snížit tepelnou deformaci a zlepšit přesnost zpracování; ⑤ a nekovové materiály jsou menší afinitou k vytvoření uzlů.
Nitrid kubického boru má silnou oxidační odolnost a může zpracovávat materiály obsahující železo, ale tvrdost je nižší než jedno krystalový diamant, rychlost zpracování je pomalá a účinnost je nízká. Jednorázový diamant má vysokou tvrdost, ale houževnatost je nedostatečná. Anisotropie usnadňuje disociaci podél povrchu (111) pod dopadem vnější síly a účinnost zpracování je omezená. PCD je polymerem syntetizovanými diamantovými částicemi o velikosti mikronu určitými prostředky. Chaotická povaha narušené akumulace částic vede k jeho makroskopické izotropní povaze a v pevnosti v tahu není žádný směrový a štěpný povrch. Ve srovnání s diamantem s jedním krystalem hranice zrn PCD účinně snižuje anizotropii a optimalizuje mechanické vlastnosti.
1. Principy návrhu nástrojů pro řezání PCD
(1) Přiměřený výběr velikosti částic PCD
Teoreticky by se PCD měla pokusit zdokonalovat zrna a distribuce aditiv mezi produkty by měla být co nejmodernější k překonání anizotropie. Výběr velikosti částic PCD souvisí také s podmínkami zpracování. Obecně lze říci, že PCD s vysokou pevností, dobrou houževnatost, dobrý dopad a jemné zrna lze použít pro dokončení nebo super dokončení a PCD hrubého zrna lze použít pro obecné hrubé obrábění. Velikost částic PCD může významně ovlivnit výkon opotřebení nástroje. Relevantní literatura poukazuje na to, že když je zrno suroviny velké, odolnost proti opotřebení se postupně zvyšuje se zkrácením velikosti zrna, ale když je velikost zrna velmi malá, toto pravidlo není použitelné.
Související experimenty vybraly čtyři diamantový prášek s průměrnou velikostí částic 10UM, 5UM, 2UM a 1UM, a bylo dospělo k závěru, že: ① se snížením velikosti částic suroviny difuzuje rovnoměrněji; Při poklesu ② se odolnost proti opotřebení a tepelné odolnost PCD postupně snižovala.
(2) Přiměřená volba formy úst čepele a tloušťky čepele
Forma úst čepele zahrnuje hlavně čtyři struktury: obrácená hrana, tupý kruh, kompozit tupý kruh a ostrý úhel. Ostrá úhlová struktura způsobuje, že hrana ostrá, rychlost řezu je rychlá, může výrazně snížit řeznou sílu a otřep, zlepšit kvalitu povrchu produktu, je vhodnější pro nízkou slitinu křemíku a další nízké tvrdosti, jednotné nezelené kovové úpravy. Tutová kulatá struktura může pasivace úst čepele, tvořit úhel r, účinně zabránit rozbití čepele, vhodné pro zpracování střední / vysoké křemíkové hliníkové slitiny. V některých zvláštních případech, jako je hloubka řezu a krmení malého nože, je preferována tupá kulatá struktura. Struktura obrácené hrany může zvýšit okraje a rohy, stabilizovat čepel, ale zároveň zvýší tlak a odolnost proti řezu, vhodnější pro těžkou zatížení s vysokou slitinou křemíku.
Pro usnadnění EDM obvykle vyberte tenkou vrstvu plechu PDC (0,3-1,0 mm), plus vrstvu karbidu, celková tloušťka nástroje je asi 28 mm. Karbidová vrstva by neměla být příliš silná, aby se zabránilo stratifikaci způsobeným rozdílem na stresu mezi lepenci
2, Proces výroby nástrojů PCD
Výrobní proces nástroje PCD přímo určuje výkon řezu a životnost nástroje, který je klíčem k jeho aplikaci a vývoji. Výrobní proces nástroje PCD je znázorněn na obrázku 5.
(1) Výroba kompozitních tablet PCD (PDC)
① Výrobní proces PDC
PDC se obecně skládá z přírodního nebo syntetického diamantového prášku a vazebného činidla při vysoké teplotě (1000-2000 ℃) a vysokého tlaku (5-10 atm). Vazebné činidlo tvoří vazebný most s TIC, SIC, Fe, CO, NI atd. Jako hlavní složky a diamantový krystal je zabudován do kostru vazebného mostu ve formě kovalentní vazby. PDC je obecně vyrobena z disků s pevným průměrem a tloušťkou a broušením a leštěným a dalším odpovídajícím fyzikálním a chemickým ošetřením. V podstatě by si ideální forma PDC měla zachovat vynikající fyzikální vlastnosti monokrystalického diamantu co nejvíce, a přísady v slinovacím těle by měly být co nejméně co nejméně kombinace částice DD vazby co nejvíce, co nejvíce, co nejvíce, co nejvíce kombinace vazby částice, co nejvíce, co nejvíce kombinace vazby DD.
② Klasifikace a výběr pojiv
Pořadač je nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím tepelnou stabilitu nástroje PCD, který přímo ovlivňuje jeho tvrdost, odolnost proti opotřebení a tepelnou stabilitu. Běžné metody vazby PCD jsou: železo, kobalt, nikl a další přechodné kovy. Smíšený prášek CO a W byl použit jako vazebné činidlo a komplexní výkon slizovacího PCD byl nejlepší, když byl tlak syntézy 5,5 GPA, teplota slinování byla 1450 ℃ a izolace po dobu 4 minut. SIC, Tic, WC, TIB2 a další keramické materiály. Sic Tepelná stabilita SIC je lepší než stata CO, ale tvrdost a lomová houževnatost je relativně nízká. Vhodné zmenšení velikosti surovin může zlepšit tvrdost a houževnatost PCD. Žádné lepidlo, s grafitem nebo jinými zdroji uhlíku při ultra vysoké teplotě a vysoký tlak spálil do diamantu polymeru nanočástic (NPD). Použití grafitu jako prekurzoru k přípravě NPD je nejnáročnější podmínky, ale syntetický NPD má nejvyšší tvrdost a nejlepší mechanické vlastnosti.
Výběr a ovládání ③ zrn
Diamantový prášek suroviny je klíčovým faktorem ovlivňujícím výkon PCD. Předběžné ošetření diamantové mikropozice, přidávání malého množství látek bránící abnormálním růstu diamantových částic a přiměřený výběr slinovacích aditiv může inhibovat růst abnormálních diamantových částic.
Vysoká čistá NPD s jednotnou strukturou může účinně eliminovat anizotropii a dále zlepšit mechanické vlastnosti. Nanographite prekurzorský prášek připravený metodou broušení s vysokou energií byl použit k regulaci obsahu kyslíku při předběžném prření vysokých teplot, transformování grafitu na diamant pod 18 GPA a 2100-2300 ℃, generování lamely a granulárního NPD a tvrdost se zvýšila se snížením tloušťky lamely.
④ Pozdní chemické ošetření
Při stejné teplotě (200 ° ℃) a čase (20 hodin) byl účinek odstranění kobaltu Lewisovy kyseliny-FeCl3 významně lepší než u vody a optimální poměr HC1 byl 10-15g / 100 ml. Tepelná stabilita PCD se zvyšuje se zvyšováním hloubky odstraňování kobaltu. Pro hrubozrnné růst PCD může silná ošetření kyselinou zcela odstranit CO, ale má velký vliv na výkon polymeru; Přidání TIC a WC ke změně syntetické polykrystalové struktury a kombinování se silnou ošetření kyselinou ke zlepšení stability PCD. V současné době se proces přípravy materiálů PCD zlepšuje, houževnatost produktu je dobrá, anizotropie byla výrazně vylepšena, realizovala komerční výroba, související průmyslová odvětví se rychle rozvíjejí.
(2) Zpracování čepele PCD
① Proces řezání
PCD má vysokou tvrdost, dobrý odolnost proti opotřebení a vysoký obtížný proces řezání.
② Postup svařování
PDC a tělo nože mechanickou svorkou, lepením a pájením. Pájení je tlačit PDC na karbidové matrici, včetně vakuového pásení, vakuového difúzního svařování, vysokofrekvenčního indukčního topení, pájení, laserové svařování atd. Vysoko frekvenční indukční pájení má nízké náklady a vysoký návrat a bylo široce používáno. Kvalita svařování souvisí s tokem, slitinou svařování a teplotou svařování. Svařovací teplota (obecně nižší než 700 ° ℃) má největší dopad, teplota je příliš vysoká, snadno způsobuje grafitizaci PCD nebo dokonce „nadměrné hoření“, což přímo ovlivňuje svařovací efekt a příliš nízká teplota povede k nedostatečné síle svařování. Svařovací teplota může být řízena dobou izolace a hloubkou zarudnutí PCD.
③ Proces broušení čepele
Proces broušení nástrojů PCD je klíčem k výrobnímu procesu. Obecně je maximální hodnota čepele a čepele v rámci 5UM a poloměr oblouku je v rámci 4UM; Přední a zadní povrch zajišťuje určitý povrch povrchu a dokonce snížit přední řeznou povrch RA na 0,01 μm, aby splňoval požadavky na zrcadlo, způsobí, že čipy proudí podél povrchu předního nože a zabrání lepicímu nože.
Proces broušení čepele zahrnuje mechanické broušení čepele s diamantem, broušení elektrické jiskry (EDG), kovové pojivo super tvrdé abrazivní brusné kolo online elektrolytické povrchové úpravy čepele (ELID), kompozitní obrábění čepele. Mezi nimi je mechanické mletí mechanického čepele diamantového broušení nejzřelejší, nejrozšířenější.
Související experimenty: ① Hrubý broušení částic povede k vážnému kolapsu čepele a velikost částic broušení se zmenšuje a kvalita čepele se zlepší; Velikost částic ② broušeného kola úzce souvisí s kvalitou čepele jemných částic nebo ultrafinických částic PCD nástrojů, ale má omezený účinek na hrubé částice PCD.
Související výzkum doma i v zahraničí se zaměřuje hlavně na mechanismus a proces broušení čepele. V mechanismu broušení čepele jsou dominantní odstranění termochemického a mechanického odstranění a odstranění křehkého a únava je relativně malé. Při broušení, podle pevnosti a tepelné odolnosti různých vazebných činidel diamantových broušení kol, zlepší rychlost a houpací frekvenci brusného kola co nejdále, vyhněte se odstranění křehkosti a únavy, zlepšují poměr termochemického odstranění a snižují drsnost povrchu. Drsnost povrchu suchého broušení je nízká, ale snadno kvůli vysoké teplotě zpracování, povrch popáleniny,
Proces broušení čepele musí věnovat pozornost: ① Zvolte přiměřené parametry broušení čepele, může učinit kvalitu úst okraje vynikající, přední a zadní povrch čepele výš. Zvažte však také vysokou mletí sílu, velkou ztrátu, nízkou účinnost broušení, vysoké náklady; ② Vyberte přiměřenou kvalitu brusného kola, včetně typu pojiva, velikosti částic, koncentrace, pojivo, obvazu na broušení, s přiměřeným suchým a mokrým čepelí, může optimalizovat přední a zadní roh nástroje, hodnotu pasivace špičky nože a další parametry, přičemž se zvyšuje kvalita povrchu nástroje.
Různé vázání diamantového broušení má různé charakteristiky a různé mechanismy a účinek broušení. Diamantový písečný kotě pryskyřice je měkký, broušení částic se snadno předčasně spadne, nemá tepelnou odolnost, povrch je snadno deformován teplem, drsný povrch čepele je náchylný k nošení značek, velká drsnost; Diamantové broušení kovového pojiva je udržováno ostré broušením drcením, dobrou formovatelností, povrchovým úsekem, nízkou drsností povrchu broušení čepele, vyšší účinností, ale vazebná schopnost brusných částic však způsobuje, že samostatně se ošuntělo, a špička je snadné zanechat mezeru v dopadu, což způsobuje vážné mezní poškození; Kramické broušené broušení diamantu má mírnou pevnost, dobrý výkon sebevyjádření, více vnitřních pórů, výhodné odstranění prachu a rozptyl tepla, může se přizpůsobit různé chladicí kapaliny, nízká teplota broušení, broušení je méně opotřebované, dobré zadržování tvaru, přesnost s nejvyšší účinností, ale tělem diamantového broušení a navázání na tvorbě nářadí. Používejte podle zpracovatelských materiálů, komplexní účinnosti broušení, abrazivní trvanlivosti a kvality povrchu obrobku.
Výzkum účinnosti broušení se zaměřuje hlavně na zlepšení nákladů na produktivitu a kontrolu. Obecně se jako hodnotící kritéria používají rychlost broušení Q (odstranění PCD za jednotku času) a poměr opotřebení G (poměr odstranění PCD ke ztrátě broušení).
Německý učenec Kenter Broušení PCD s konstantním tlakem, test: ① Zvyšuje rychlost broušení kola, velikost částic PDC a koncentraci chladicího kapaliny, poměr mletí a opotřebení se sníží; ② Zvyšuje velikost broušení částic, zvyšuje konstantní tlak, zvyšuje koncentraci diamantu v brusném kola, rychlost broušení a poměr opotřebení; ③ Typ pojiva je odlišný, poměr mletí a opotřebení je odlišný. Kenter Proces broušení čepele nástroje PCD byl studován systematicky, ale vliv procesu broušení čepele nebyl systematicky analyzován.
3. použití a selhání nástrojů pro řezání PCD
(1) Výběr parametrů řezání nástrojů
Během počátečního období nástroje PCD se ostrá hrana postupně prošla a kvalita povrchu obrábění se zlepšila. Pasivace může účinně odstranit mikro mezeru a malé otřepy přinesené mletí čepele, zlepšit kvalitu povrchu řezného hrany a současně vytvořit poloměr kruhového okraje, aby vytlačil a opravil zpracovaný povrch, čímž se zlepšila kvalita povrchu obrobku.
Slitina hliníkového hliníku PCD, rychlost řezu je obecně za 4000 m / min, zpracování děr je obecně v 800 m / min, zpracování vysoce elastického plastického neželezného kovu by mělo trvat vyšší otáčení (300-1000 m / min). Objem krmiva se obecně doporučuje mezi 0,08-0,15 mm/r. Příliš velký objem krmiva, zvýšená řezná síla, zvýšená zbytková geometrická plocha povrchu obrobku; Příliš malý objem krmiva, zvýšené řezné teplo a zvýšené opotřebení. Zvyšuje se hloubka řezání, zvětšuje se řezací síla, zvětšuje se řezací teplo, snižuje se život, nadměrná hloubka řezání může snadno způsobit kolaps čepele; Malá hloubka řezání povede k kalení obrábění, opotřebení a dokonce kolapsu čepele.
(2) Forma opotřebení
Obrobka zpracování nástrojů, kvůli tření, vysoké teplotě a jiným důvodům, opotřebení je nevyhnutelné. Opotřebení diamantového nástroje se skládá ze tří fází: počáteční fáze rychlého opotřebení (známá také jako fáze přechodu), fáze stabilního opotřebení s konstantní rychlostí opotřebení a následná fáze rychlého opotřebení. Fáze rychlého opotřebení naznačuje, že nástroj nefunguje a vyžaduje regrinding. Formy opotřebení nástrojů pro řezání zahrnují opotřebení lepidla (chladicí svařování), difúzní opotřebení, abrazivní opotřebení, oxidační opotřebení atd.
Na rozdíl od tradičních nástrojů je formou opotřebení nástrojů PCD opotřebení, difúzní opotřebení a poškození polykrystalické vrstvy. Mezi nimi je poškození polykrystalové vrstvy hlavním důvodem, který se projevuje jako jemný kolaps čepele způsobený vnějším dopadem nebo ztrátou lepidla v PDC, což tvoří mezeru, která patří k fyzickému mechanickému poškození, což může vést ke snížení přesnosti zpracování a šrotu obrobků. Velikost částic PCD, forma čepele, úhel čepele, materiál obrobku a parametry zpracování ovlivní sílu čepele a řezné síly čepele a poté způsobí poškození polykrystalové vrstvy. V inženýrské praxi by měla být podle podmínek zpracování vybrána příslušná velikost částic surovin, parametry nástroje a parametry zpracování.
4. Vývojový trend nástrojů pro řezání PCD
V současné době byl rozsah aplikací nástroje PCD rozšířen z tradičního obracet na vrtání, frézování, vysokorychlostní řez a byl široce používán doma i v zahraničí. Rychlý vývoj elektrických vozidel nejen přinesl dopad do tradičního automobilového průmyslu, ale také přinesl bezprecedentní výzvy do odvětví nástrojů a naléhal na odvětví nástrojů, aby urychlil optimalizaci a inovaci.
Široká aplikace nástrojů pro řezání PCD prohloubila a podpořila výzkum a vývoj nástrojů pro řezání. S prohlubováním výzkumu jsou specifikace PDC zmenšovány a menší, optimalizace kvality zdokonalení zrna, jednotnost výkonu, rychlost broušení a poměr opotřebení je vyšší a vyšší, diverzifikace tvaru a struktury. Mezi směry výzkumu nástrojů PCD patří: ① Výzkum a vývoj tenké vrstvy PCD; ② Výzkum a vývoj nových materiálů nástrojů PCD; ③ Výzkum pro lepší svařování nástrojů PCD a dále snižovat náklady; ④ Výzkum zlepšuje proces broušení lopatky PCD pro zlepšení účinnosti; ⑤ Výzkum optimalizuje parametry nástroje PCD a používá nástroje podle místních podmínek; ⑥ Výzkum racionálně vybírá řezné parametry podle zpracovaných materiálů.
Stručné shrnutí
(1) výkon řezání nástrojů PCD, nahraďte nedostatek mnoha nástrojů karbidu; Zároveň je cena mnohem nižší než jednokrystalická diamantová nástroj v moderním řezání, slibným nástrojem;
(2) Podle typu a výkonu zpracovaných materiálů, přiměřený výběr velikosti částic a parametrů nástrojů PCD, což je předpoklad výroby a použití nástrojů,
(3) Materiál PCD má vysokou tvrdost, což je ideální materiál pro řezání nože, ale také přináší potíže pro výrobu řezání nástrojů. Při výrobě, komplexní zvážení potřeb obtížnosti a zpracování procesu, za účelem dosažení nejlepšího nákladů;
(4) Materiály zpracování PCD v Knife County bychom měli přiměřeně vybrat parametry řezání na základě splnění výkonu produktu, pokud je to možné, abychom prodloužili životnost nástroje, abychom dosáhli rovnováhy životnosti nástroje, efektivitě produkce a kvality produktu;
(5) Výzkum a vývoj nových materiálů nástrojů PCD k překonání jeho vlastní nevýhody
Tento článek pochází z „Superhard Material Network"
Čas příspěvku: března-25-2025
