Narzędzie PCD jest wykonane z polikrystalicznej końcówki noża diamentowego i macierzy węglika poprzez spiekanie o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Może nie tylko zapewnić pełną grę zaletami wysokiej twardości, wysokiej przewodności cieplnej, niskiego współczynnika tarcia, niskiego współczynnika rozszerzania cieplnego, niewielkim powinowactwem z metalem i niemetalnym, wysokim modułem sprężystym, bez powierzchni rozszczepiania, izotropowego, ale także uwzględniając wysoką siłę stopu twardego.
Stabilność termiczna, wytrzymałość uderzenia i odporność na zużycie są głównymi wskaźnikami wydajności PCD. Ponieważ jest najczęściej stosowany w środowisku wysokiej temperatury i wysokim naprężeniu, najważniejsza jest stabilność termiczna. Badanie pokazuje, że stabilność termiczna PCD ma duży wpływ na odporność na zużycie i wytrzymałość wpływu. Dane pokazują, że gdy temperatura jest wyższa niż 750 ℃, odporność na zużycie i wytrzymałość wpływu PCD zwykle zmniejszają się o 5% -10%.
Stan kryształowy PCD określa jego właściwości. W mikrostrukturze atomy węgla tworzą kowalencyjne wiązania z czterema sąsiednimi atomami, uzyskują strukturę czworościenną, a następnie tworzą kryształ atomowy, który ma silną orientację i siłę wiązania oraz wysoką twardość. Główne indeksy wydajności PCD są następujące: ① Twardość może osiągnąć 8000 HV, 8-12 razy węglika; ② Przewodność cieplna wynosi 700 W / mk, 1,5-9 razy, nawet wyższy niż PCBN i miedź; ③ Współczynnik tarcia wynosi na ogół tylko 0,1-0,3, znacznie mniej niż 0,4-1 węglika, co znacznie zmniejszając siłę cięcia; Współczynnik rozszerzania termicznego wynosi tylko 0,9 x 10-6-1.18x10-6,1 / 5 węglików, co może zmniejszyć deformację termiczną i poprawić dokładność przetwarzania; ⑤ i materiały niemetaliczne są mniej powinowactwa do tworzenia guzków.
Azotek boru sześciennego ma silną odporność na utlenianie i może przetwarzać materiały zawierające żelazo, ale twardość jest niższa niż diament z pojedynczym krysztają, prędkość przetwarzania jest powolna, a wydajność jest niska. Diament z pojedynczym kryształowym ma wysoką twardość, ale wytrzymałość jest niewystarczająca. Anizotropia ułatwia dysocjację wzdłuż powierzchni (111) pod wpływem siły zewnętrznej, a wydajność przetwarzania jest ograniczona. PCD jest polimerem syntetyzowanym przez cząsteczki diamentów wielkości mikronów w pewnym stopniu. Chaotyczna natura nieuporządkowanej akumulacji cząstek prowadzi do jej makroskopowej natury izotropowej i nie ma powierzchni kierunkowej i rozszczepienia w wytrzymałości na rozciąganie. W porównaniu z diamentem jednokrysztowym, granica ziarna PCD skutecznie zmniejsza anizotropię i optymalizuje właściwości mechaniczne.
1. Zasady projektowania narzędzi do cięcia PCD
(1) Rozsądny wybór wielkości cząstek PCD
Teoretycznie PCD powinien próbować udoskonalić ziarna, a rozkład dodatków między produktami powinien być jak najbardziej jednolity, aby przezwyciężyć anizotropię. Wybór wielkości cząstek PCD jest również związany z warunkami przetwarzania. Ogólnie rzecz biorąc, PCD o wysokiej wytrzymałości, dobrej wytrzymałości, dobrej odporności na uderzenie i drobne ziarno można zastosować do wykończenia lub super wykończenie, a do ogólnej obróbki szorstkiej można zastosować PCD gruboziarnistego ziarna. Rozmiar cząstek PCD może znacząco wpłynąć na wydajność zużycia narzędzia. Odpowiednia literatura wskazuje, że gdy ziarno surowca jest duże, odporność na zużycie stopniowo wzrasta wraz ze spadkiem wielkości ziarna, ale gdy wielkość ziarna jest bardzo mała, zasada ta nie ma zastosowania.
Powiązane eksperymenty wybrały cztery diamentowe proszek o średnich rozmiarach cząstek 10um, 5um, 2um i 1um, i stwierdzono, że: ① Wraz ze spadkiem wielkości cząstek surowca, CO rozprzestrzenia się bardziej równomiernie; Wraz ze spadkiem ② odporność na zużycie i opór ciepła PCD stopniowo zmniejszał się.
(2) Rozsądny wybór formy ust i grubości ostrza
Forma usta ostrza zawiera głównie cztery struktury: odwróconą krawędź, tępe koło, odwrócone krawędzi tępy koło kompozytowe i ostry kąt. Ostra struktura kątowa sprawia, że krawędź jest ostra, prędkość cięcia jest szybka, może znacznie zmniejszyć siłę cięcia i zadzior, poprawić jakość powierzchni produktu, jest bardziej odpowiednia dla stopu aluminium o niskiej krzemowej i innych niskiej twardości, jednolitego nieżelaznego wykończenia metalu. Stępowana okrągła struktura może pasywować usta ostrza, tworząc kąt R, skutecznie zapobiec złamaniu ostrza, odpowiedniego do przetwarzania stopu średniego / wysokiego krzemowego aluminium. W niektórych szczególnych przypadkach, takich jak płytkie głębokość cięcia i karmienie małego noża, preferowana jest tępa okrągła struktura. Odwrócona struktura krawędzi może zwiększyć krawędzie i narożniki, stabilizować ostrze, ale jednocześnie zwiększy odporność na ciśnienie i cięcie, bardziej odpowiedni do ciężkiego obciążenia stopu aluminium wysokiego krzemu.
Aby ułatwić EDM, zwykle wybierz cienką warstwę arkusza PDC (0,3-1,0 mm), a także warstwę węglików, całkowita grubość narzędzia wynosi około 28 mm. Warstwa węglika nie powinna być zbyt gruba, aby uniknąć stratyfikacji spowodowanej różnicą naprężeń między powierzchniami wiązania
2, proces produkcji narzędzi PCD
Proces produkcyjny narzędzia PCD bezpośrednio określa wydajność cięcia i żywotność narzędzia, co jest kluczem do jego zastosowania i rozwoju. Proces produkcyjny narzędzia PCD pokazano na rysunku 5.
(1) Produkcja tabletek kompozytowych PCD (PDC)
① Proces produkcyjny PDC
PDC składa się ogólnie z naturalnego lub syntetycznego diamentu w proszku i środka wiążącego w wysokiej temperaturze (1000-2000 ℃) i wysokiego ciśnienia (5-10 atm). Środek wiążący tworzy mostek wiążący z TIC, SIC, Fe, CO, Ni itp. Jako główne składniki, a kryształ diamentowy jest osadzony w szkielecie mostka wiążącego w postaci wiązania kowalencyjnego. PDC jest ogólnie wytwarzany w dyskach o stałej średnicy i grubości oraz szlifowanie oraz polerowane i inne odpowiadające zabiegi fizyczne i chemiczne. Zasadniczo idealna forma PDC powinna jak najdalej zachować doskonałe charakterystyki fizyczne diamentu jednoprzestrzennego, a zatem dodatki w ciele spiekania powinny być jak najmniejsze, w tym samym czasie kombinacja wiązania cząstek DD tak bardzo, jak to możliwe,
② Klasyfikacja i wybór spoiwa
Siło jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na stabilność termiczną narzędzia PCD, które bezpośrednio wpływa na jego twardość, odporność na zużycie i stabilność termiczną. Typowymi metodami wiązania PCD są: żelazo, kobalt, nikiel i inne metale przejściowe. Jako czynnik wiązania zastosowano mieszany proszek CO i W, a kompleksowa wydajność spiekania PCD była najlepsza, gdy ciśnienie syntezy wynosiło 5,5 GPa, temperatura spiekania wynosiła 1450 ℃, a izolacja dla 4 minut. SIC, TIC, WC, TIB2 i inne materiały ceramiczne. SIC Stabilność termiczna SIC jest lepsza niż CO, ale twardość i wytrzymałość złamania są stosunkowo niskie. Odpowiednia redukcja wielkości surowca może poprawić twardość i wytrzymałość PCD. Brak kleju, z grafitem lub innymi źródłami węgla w ultra-wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu spalonym w nanoskalowym diamencie polimerowym (NPD). Wykorzystanie grafitu jako prekursora do przygotowania NPD jest najbardziej wymagającymi warunkami, ale syntetyczna NPD ma najwyższą twardość i najlepsze właściwości mechaniczne.
Selekcja i kontrola ziaren ③
Surowy diamentowy proszek jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność PCD. Wstępne obróbka diamentowego mikropowatora, dodając niewielką ilość substancji utrudniających nieprawidłowe rozwój cząstek diamentów i rozsądny wybór dodatków spiekania może hamować wzrost nieprawidłowych cząstek diamentów.
Wysoka czysta NPD o jednolitej strukturze może skutecznie wyeliminować anizotropię i dodatkowo poprawić właściwości mechaniczne. Nanographit prekursor proszek przygotowany metodą szlifowania kulki o wysokiej energii zastosowano do regulacji zawartości tlenu przy wstępnym przeniesieniu w wysokiej temperaturze, przekształcając grafit w diament poniżej 18 GPa i 2100-2300 ℃, generując blaszkę i ziarnistą NPD, a twardość wzrosła wraz ze spadkiem grubości lamelli.
④ Późne leczenie chemiczne
W tej samej temperaturze (200 ° ℃) i czasie (20H) efekt usuwania kobaltu Lewis kwas-FECL3 był znacznie lepszy niż w przypadku wody, a optymalny stosunek HCl wynosił 10-15 g / 100 ml. Stabilność termiczna PCD poprawia się wraz ze wzrostem głębokości usuwania kobaltu. W przypadku gruboziarnistego wzrostu PCD silne obróbka kwasu może całkowicie usunąć CO, ale ma duży wpływ na wydajność polimeru; Dodanie TIC i WC w celu zmiany syntetycznej polikrystalicznej struktury i łączenie się z silnym obróbką kwasu w celu poprawy stabilności PCD. Obecnie proces przygotowania materiałów PCD poprawia się, wytrzymałość produktu jest dobra, anizotropia została znacznie ulepszona, uświadomiła sobie produkcję komercyjną, powiązane branże szybko się rozwijają.
(2) przetwarzanie ostrza PCD
① Proces cięcia
PCD ma wysoką twardość, dobrą odporność na zużycie i wysoki trudny proces cięcia.
② Procedura spawania
PDC i korpus noża przez mechaniczny zacisk, wiązanie i lutowanie. Brazowanie polega na naciśnięciu PDC na macierzy węglika, w tym lutowanie próżniowe, spawanie dyfuzji próżniowej, lutowanie ogrzewania indukcyjnego o wysokiej częstotliwości, spawanie laserowe itp. Indukcja wysokiej częstotliwości Brazying ma niski koszt i wysoki zwrot i było szeroko stosowane. Jakość spawania jest związana z strumieniem, stopem spawalniczym i temperaturą spawania. Temperatura spawania (ogólnie niższa niż 700 ° ℃) ma największy wpływ, temperatura jest zbyt wysoka, łatwa do wywołania grafityzacji PCD, a nawet „nadmiernego spalania”, która bezpośrednio wpływa na efekt spawania, a zbyt niska temperatura doprowadzi do niewystarczającej wytrzymałości spawania. Temperaturę spawania może być kontrolowana przez czas izolacji i głębokość zaczerwienienia PCD.
③ Proces szlifowania ostrzy
Proces szlifowania narzędzi PCD jest kluczem do procesu produkcji. Zasadniczo wartość szczytowa ostrza i ostrza mieści się w granicach 5um, a promień łuku znajduje się w granicach 4um; Przednia i tylna powierzchnia cięcia zapewnia pewne wykończenie powierzchni, a nawet zmniejsz przednią powierzchnię cięcia RA do 0,01 μm, aby spełnić wymagania lustrzane, sprawiają, że układy płyną wzdłuż powierzchni noża przedniego i zapobiec naklejeniu noża.
Proces szlifowania ostrza obejmuje szlifowanie z szlifowaniem dorącej szlifowanie ostrza, szlifowanie ostrza elektrycznego (EDG), metalowy spoiwo super twarde szlifowanie szlifierskie online elektrolityczne wykończenie szlifowanie ostrza (ELID), obróbka z szlifowaniem kompozytowym. Wśród nich szlifowanie mechanicznego łopatki z szlifowania diamentowego jest najbardziej dojrzałe, najczęściej używane.
Powiązane eksperymenty: ① Grubne koło szlifierskie doprowadzi do poważnego zawalenia się ostrza, a wielkość cząstek koła szlifierskiego maleje, a jakość ostrza staje się lepsza; Rozmiar cząstek ② szlifowania jest ściśle związany z jakością ostrza drobnych cząstek lub ultrafine cząstek narzędzi PCD, ale ma ograniczony wpływ na narzędzia PCD gruboziarniste.
Powiązane badania w kraju i za granicą koncentrują się głównie na mechanizmie i procesie szlifowania ostrzy. W mechanizmie szlifowania ostrzy termochemiczne usuwanie i usuwanie mechaniczne są dominujące, a kruche usuwanie i usuwanie zmęczenia są stosunkowo niewielkie. Podczas szlifowania, zgodnie z wytrzymałością i odpornością na ciepło różnych kół szlifowania środka wiążącego, poprawiaj prędkość i częstotliwość huśtania koła szlifowania, unikaj kruchości i usunięcia zmęczenia, poprawiaj proporcję usuwania termochemicznego i zmniejsz chwałę powierzchni. Chropowatość powierzchniowa szlifowania jest niska, ale łatwo z powodu wysokiej temperatury przetwarzania, powierzchni narzędzia spalania,
Proces szlifowania ostrzy musi zwrócić uwagę: ① Wybierz rozsądne parametry procesu mielenia ostrza, może sprawić, że jakość usta krawędzi jest bardziej doskonała, przednie i tylne wykończenie powierzchni ostrza. Rozważ jednak również wysoką siłę szlifowania, dużą stratę, niską wydajność szlifowania, wysoki koszt; ② Wybierz rozsądną jakość koła szlifowania, w tym rodzaj spoiwa, rozmiar cząstek, stężenie, spoiwo, sos szlifierski, z rozsądnymi warunkami szlifowania ostrza suchego i mokrego, może zoptymalizować narzędzie przednie i tylny narożnik, wartość pasywacji końcówki noża i inne parametry, jednocześnie poprawić jakość powierzchni narzędzia.
Różne koło szlifierskie wiążące ma różne cechy oraz inny mechanizm i działanie szlifowania. Diamentowe koło piasku z żywicy jest miękkie, cząsteczki szlifierskie są łatwe do przedwczesnego spaść, nie mając oporu cieplnego, powierzchnia jest łatwo zdeformowana przez ciepło, powierzchnia szlifowania ostrza jest podatna na znaki, dużą chropowatość; Metalowe koło szlifowania diamentu jest ostre przez szlifowanie kruszenia, dobrej formy, powierzchni, niskiej chropowatości powierzchni szlifowania ostrza, wyższej wydajności, jednak zdolność wiązania cząstek szlifowania powoduje, że samoziarniste krawędź jest łatwe do pozostawienia przerwy wpływu, powodując poważne marginalne uszkodzenie; Ceramiczne koło do szlifowania diamentu ma umiarkowaną wytrzymałość, dobrą wydajność samozwańca, więcej porów wewnętrznych, ulubione usuwanie pyłu i rozpraszanie ciepła, może dostosować się do różnorodnych płynów chłodzących, niskiej temperatury szlifowania, szlifierskie koło jest mniej zużyte, dobre retencję kształtu, dokładność najwyższej wydajności, jednak ciało szlifowania diamentowego i wydechu do tworzenia siły narzędzia. Użyj zgodnie z materiałami przetwarzającymi, kompleksową wydajność szlifowania, trwałość ścierną i jakość powierzchni przedmiotu obrabianego.
Badania nad wydajnością szlifowania koncentrują się głównie na poprawie wydajności i kosztów kontroli. Ogólnie rzecz biorąc, jako kryteria oceny stosuje się szybkość szlifowania Q (usuwanie PCD na jednostkę czasu) i stosunek zużycia (stosunek usuwania PCD do utraty koła szlifierskiego).
Niemiecki uczony Kenter Grinding narzędzie PCD o stałym ciśnieniu, test: ① Zwiększa prędkość szlifowania, wielkość cząstek PDC i stężenie płynu chłodzącego, szybkość szlifowania i współczynnik zużycia są zmniejszone; ② Zwiększa rozmiar cząstek szlifowania, zwiększa stałe ciśnienie, zwiększa stężenie diamentu w szlifierskim koło, szybkość szlifowania i wzrost współczynnika zużycia; ③ Rodzaj spoiwa jest inny, współczynnik szlifowania i zużycia jest inny. Kenter Proces szlifowania ostrzy narzędzia PCD został systematycznie badany, ale wpływ procesu szlifowania ostrzy nie był systematycznie analizowany.
3. Użyj i awaria narzędzi do cięcia PCD
(1) Wybór parametrów cięcia narzędzi
W początkowym okresie narzędzia PCD usta ostrego krawędzi stopniowo piszące, a jakość powierzchni obróbki stała się lepsza. Pasywacja może skutecznie usunąć mikro szczelinę i małe burr przyniesione przez szlifowanie ostrza, poprawić jakość powierzchni tnącej krawędzi, a jednocześnie tworzyć okrągły promień krawędzi, aby ścisnąć i naprawić przetworzoną powierzchnię, poprawiając w ten sposób jakość powierzchni przedmiotu obrabianego.
PCD narzędziowe frezowanie powierzchni aluminium aluminium, prędkość cięcia wynosi na ogół w 4000 m / min, przetwarzanie otworów jest na ogół w 800 m / min, przetwarzanie wysokiej elastyczno-plastycznej nieżelaznej metalu powinno przybierać większą prędkość obrotu (300-1000 m / min). Objętość zasilania jest ogólnie zalecana między 0,08-0,15 mm/r. Zbyt duża objętość zasilacza, zwiększona siła cięcia, zwiększona resztkowa geometryczna powierzchnia powierzchni przedmiotu; Zbyt mała objętość zasilania, zwiększone ciepło cięcia i zwiększone zużycie. Głębokość cięcia wzrasta, wzrost siły cięcia wzrasta, wzrasta ciepło cięcia, żywotność maleje, nadmierna głębokość cięcia może łatwo powodować zawalenie się ostrza; Mała głębokość cięcia doprowadzi do stwardnienia obróbki, zużycia, a nawet upadku ostrza.
(2) Formularz zużycia
Obrabianie przetwarzania narzędzi z powodu tarcia, wysokiej temperatury i innych powodów, zużycie jest nieuniknione. Zużycie narzędzia diamentowego składa się z trzech etapów: początkowej fazy szybkiego zużycia (znanej również jako faza przejściowa), stabilna faza zużycia o stałej szybkości zużycia i późniejszej fazie szybkiego zużycia. Faza szybkiego zużycia wskazuje, że narzędzie nie działa i wymaga przepływu. Formy zużycia narzędzi tnących obejmują zużycie kleju (zużycie spawalnicze), zużycie dyfuzyjne, zużycie ścierne, zużycie utleniania itp.
W odróżnieniu od tradycyjnych narzędzi, formą zużycia narzędzi PCD jest zużycie kleju, zużycie dyfuzyjne i uszkodzenie warstwy polikrystalicznej. Wśród nich szkody warstwy polikryształów jest głównym powodem, który przejawia się jako subtelne zawalenie się ostrza spowodowane uderzeniem zewnętrznym lub utratą kleju w PDC, tworząc szczelinę, która należy do fizycznych uszkodzeń mechanicznych, które może prowadzić do zmniejszenia precyzji przetwarzania i złomu obrabianych. Rozmiar cząstek PCD, forma ostrza, kąt ostrza, materiał obrabiany i parametry przetwarzania wpłyną na wytrzymałość na ostrza i siłę cięcia, a następnie spowodują uszkodzenie warstwy polikryształowej. W praktyce inżynieryjnej należy wybierać odpowiedni rozmiar cząstek surowca, parametry narzędzia i parametry przetwarzania zgodnie z warunkami przetwarzania.
4. Trend rozwojowy narzędzi do cięcia PCD
Obecnie zakres aplikacji narzędzia PCD został rozszerzony z tradycyjnego przejścia na wiertło, frezowanie, szybkie cięcie i był szeroko stosowany w kraju i za granicą. Szybki rozwój pojazdów elektrycznych przyniósł nie tylko wpływ na tradycyjny przemysł motoryzacyjny, ale także przyniósł bezprecedensowe wyzwania branży narzędzi, wzywając przemysł narzędzi do przyspieszenia optymalizacji i innowacji.
Szerokie zastosowanie narzędzi tnąca PCD pogłębiło się i promowało badania i rozwój narzędzi tnącej. Dzięki pogłębieniu badań specyfikacje PDC uzyskują coraz mniejsze, optymalizacja jakości udoskonalania ziarna, jednolitość wydajności, szybkość szlifowania i współczynnik zużycia jest wyższy i wyższy, dywersyfikacja kształtu i struktury. Kierunki badań narzędzi PCD obejmują: ① Badania i opracowanie cienkiej warstwy PCD; ② Badaj i opracowuje nowe materiały narzędzi PCD; ③ Badania w celu lepszego spawania narzędzi PCD i dalszego obniżenia kosztów; ④ Badania poprawia proces szlifowania ostrzy narzędzi PCD w celu poprawy wydajności; ⑤ Badania optymalizuje parametry narzędzia PCD i wykorzystuje narzędzia zgodnie z lokalnymi warunkami; ⑥ Badania racjonalnie wybiera parametry cięcia zgodnie z przetworzonymi materiałami.
Krótkie podsumowanie
(1) Wydajność cięcia narzędzi PCD, nadrabia brak wielu narzędzi węglików; Jednocześnie cena jest znacznie niższa niż narzędzie Diamond z pojedynczym kryształowym, w nowoczesnym cięciu, jest obiecującym narzędziem;
(2) Zgodnie z rodzajem i wydajnością przetworzonych materiałów, rozsądny wybór wielkości cząstek i parametrów narzędzi PCD, który jest założeniem produkcji i użytkowania narzędzi,
(3) Materiał PCD ma wysoką twardość, co jest idealnym materiałem do cięcia hrabstwa noża, ale zapewnia również trudność w produkcji narzędzi trawienia. Podczas produkcji kompleksowo rozważyć trudności procesowe i potrzeby przetwarzania, aby osiągnąć najlepsze wyniki kosztów;
(4) Materiały do przetwarzania PCD w hrabstwie Knife, powinniśmy rozsądnie wybrać parametry cięcia, na podstawie spełnienia wydajności produktu, w miarę możliwości, aby przedłużyć żywotność usług narzędzia w celu osiągnięcia równowagi żywotności narzędzi, wydajności produkcji i jakości produktu;
(5) Zbadaj i opracuj nowe materiały narzędzi PCD, aby przezwyciężyć swoje nieodłączne wady
Ten artykuł pochodzi z "Superhard Material Network"
Czas po: 25-2025
