PCD инструментът е изработен от върха на поликристален диамантен нож и карбидна матрица през високотемпературна и синтероване с високо налягане. Той може не само да даде пълна игра на предимствата на висока твърдост, висока топлинна проводимост, коефициент на ниско триене, ниско термично разширяване на коефициента, малък афинитет към метал и неметален, висок еластичен модул, без разцепване на повърхността, изотропна, но и да вземе предвид високата якост на твърдата алея.
Топлинната стабилност, устойчивостта на въздействието и устойчивостта на износване са основните показатели за производителност на PCD. Тъй като се използва най -вече във висока температура и висока стресова среда, топлинната стабилност е най -важното. Проучването показва, че топлинната стабилност на PCD оказва голямо влияние върху неговата устойчивост на износване и здравина на въздействието. Данните показват, че когато температурата е по -висока от 750 ℃, устойчивостта на износване и здравината на PCD като цяло намаляват с 5% -10%.
Кристалното състояние на PCD определя неговите свойства. В микроструктурата въглеродните атоми образуват ковалентни връзки с четири съседни атома, получават тетраедричната структура и след това образуват атомния кристал, който има силна ориентация и сила на свързване и висока твърдост. Основните индекси на ефективността на PCD са както следва: ① Твърдостта може да достигне 8000 HV, 8-12 пъти карбид; ② Термичната проводимост е 700W / MK, 1,5-9 пъти, дори по-висока от PCBN и мед; ③ Коефициентът на триене обикновено е само 0,1-0,3, много по-малко от 0,4-1 карбид, като значително намалява силата на рязане; ④ Коефициентът на термично разширяване е само 0.9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 на карбид, което може да намали термичната деформация и да подобри точността на обработка; ⑤ и неметалните материали са по-малко афинитет да образуват възли.
Кубичният бор нитрид има силна устойчивост на окисляване и може да обработва материали, съдържащи желязо, но твърдостта е по-ниска от единичния кристален диамант, скоростта на обработка е бавна и ефективността е ниска. Единичният кристален диамант има висока твърдост, но здравината е недостатъчна. Анизотропията улеснява дисоциацията по повърхността на (111) под въздействието на външната сила, а ефективността на обработка е ограничена. PCD е полимер, синтезиран от диамантени частици с размер на микрона по определени средства. Хаотичната природа на нарушеното натрупване на частици води до неговата макроскопична изотропна природа и в якостта на опън няма насочена и разцепване. В сравнение с еднокристалния диамант, границата на зърното на PCD ефективно намалява анизотропията и оптимизира механичните свойства.
1. Принципи на проектиране на PCD инструменти за рязане
(1) Разумен избор на размер на частиците PCD
Теоретично PCD трябва да се опита да усъвършенства зърната, а разпределението на добавките между продуктите трябва да бъде възможно най -равномерно за преодоляване на анизотропията. Изборът на размера на частиците PCD също е свързан с условията на обработка. Най -общо казано, PCD с висока якост, добра здравина, добра устойчивост на въздействие и фино зърно може да се използва за довършване или супер довършителни работи, а PCD на грубо зърно може да се използва за обща груба обработка. Размерът на частиците PCD може значително да повлияе на производителността на износване на инструмента. Съответната литература посочва, че когато суровиното е голямо, устойчивостта на износване постепенно се увеличава с намаляването на размера на зърното, но когато размерът на зърното е много малък, това правило не е приложимо.
Свързани експерименти избраха четири диамантен прах със средни размери на частиците 10UM, 5UM, 2UM и 1UM и беше заключено, че: ① С намаляването на размера на частиците на суровината, CO се разпространява по -равномерно; С намаляването на ②, устойчивостта на износване и топлинната устойчивост на PCD постепенно намаляват.
(2) Разумен избор на формата на устата на острието и дебелината на острието
Формата на устата на острието включва главно четири структури: обърнат ръб, тъп кръг, обърнат ръб тъп кръг композит и остър ъгъл. Острата ъглова конструкция прави ръба остър, скоростта на рязане е бърза, може значително да намали силата на рязане и да подобри качеството на повърхността на продукта, е по-подходяща за ниска силиконова алуминиева сплав и друга ниска твърдост, равномерно безплодно метално завършване. Тъпната кръгла структура може да пасивира устата на острието, образувайки R ъгъл, ефективно предотвратява счупването на острието, подходящо за обработка на средна / висока силициева алуминиева сплав. В някои специални случаи, като плитка дълбочина на рязане и малко хранене с нож, се предпочита тъпата кръгла структура. Обърнатата структура на ръба може да увеличи краищата и ъглите, да стабилизира острието, но в същото време ще увеличи налягането и устойчивостта на рязане, по -подходяща за тежко натоварване на алуминиева сплав с висока силиций.
За да се улесни EDM, обикновено изберете тънък PDC лист слой (0,3-1,0 мм), плюс карбидния слой, общата дебелина на инструмента е около 28 мм. Карбидният слой не трябва да е твърде дебел, за да се избегне стратификацията, причинена от разликата в напрежението между свързващите повърхности
2, Процес на производство на инструменти PCD
Процесът на производство на PCD инструмента директно определя ефективността на рязане и експлоатационния живот на инструмента, което е ключът към неговото приложение и развитие. Процесът на производство на PCD инструмента е показан на фигура 5.
(1) Производство на PCD композитни таблетки (PDC)
① Процес на производство на PDC
PDC обикновено се състои от естествен или синтетичен диамантен прах и свързващ агент при висока температура (1000-2000 ℃) и високо налягане (5-10 atm). Свързващото средство образува свързващия мост с TIC, SIC, FE, CO, NI и др. Като основни компоненти, а диамантеният кристал е вграден в скелета на свързващия мост под формата на ковалентна връзка. PDC обикновено се превръща в дискове с фиксиран диаметър и дебелина, и шлайфане и полирано и други съответни физически и химични обработки. По същество идеалната форма на PDC трябва да запази отличните физически характеристики на единичния кристален диамант, доколкото е възможно, добавките в синтерованото тяло трябва да бъдат възможно най -малко, доколкото е възможно, доколкото е възможно, доколкото е възможно, доколкото е възможно, доколкото е възможно, доколкото е възможно, доколкото е възможно, комбинацията от частица DD връзка, доколкото е възможно.
② Класификация и подбор на свързващи вещества
Свързващото вещество е най -важният фактор, влияещ върху топлинната стабилност на PCD инструмента, който пряко влияе върху неговата твърдост, устойчивост на износване и термична стабилност. Общите методи за свързване на PCD са: желязо, кобалт, никел и други преходни метали. Смесеният прах на CO и W се използва като свързващ агент, а цялостната ефективност на синтерователя PCD е най -добре, когато налягането на синтеза е 5,5 GPa, температурата на синтероване е 1450 ℃, а изолацията за 4 минути. SIC, TIC, WC, TIB2 и други керамични материали. Sic Термичната стабилност на SIC е по -добра от тази на CO, но твърдостта и здравината на счупване са сравнително ниска. Подходящото намаляване на размера на суровината може да подобри твърдостта и здравината на PCD. Без лепило, с графит или други въглеродни източници в ултра висока температура и високо налягане, изгорени в наноразмерна полимерна диамант (NPD). Използването на графит като предшественик за приготвяне на NPD е най -взискателните условия, но синтетичният NPD има най -висока твърдост и най -добрите механични свойства.
Избор и контрол на ③ Зърна
Диамантеният прах на суровината е ключов фактор, влияещ върху работата на PCD. Предварително обработване на диамантен микропер, добавяйки малко количество вещества, които пречат на ненормален диамантен частици и разумен избор на синтероване на добавки, може да инхибира растежа на анормални диамантени частици.
Високият чист NPD с еднаква структура може ефективно да елиминира анизотропията и допълнително да подобри механичните свойства. Нанографският предшественик на прах, приготвен чрез високоенергиен метод за смилане на топката, се използва за регулиране на съдържанието на кислород при високотемпературна предварителна засилване, превръщайки графита в диамант под 18 GPA и 2100-2300 ℃, генерирайки ламела и гранулиран NPD, а твърдостта се увеличава с намаляването на дебелината на ламела.
④ Късно химическо лечение
При същата температура (200 ° ℃) и време (20h), ефектът на отстраняване на кобалто на Lewis acid-Fecl3 е значително по-добър от този на водата, а оптималното съотношение на HCl е 10-15 g / 100ml. Топлинната стабилност на PCD се подобрява с увеличаването на дълбочината на отстраняване на кобалт. За грубозърнест растеж PCD, силното лечение с киселина може напълно да премахне СО, но оказва голямо влияние върху полимерната ефективност; Добавяне на TIC и WC за промяна на синтетичната поликристална структура и комбиниране със силна обработка на киселина за подобряване на стабилността на PCD. Понастоящем процесът на подготовка на PCD материалите се подобрява, издръжливостта на продукта е добра, анизотропията е значително подобрена, осъзнава, че търговското производство, свързаните индустрии се развиват бързо.
(2) Обработка на PCD острието
① Процес на рязане
PCD има висока твърдост, добра устойчивост на износване и висок труден процес на рязане.
② Процедура за заваряване
PDC и тялото на ножа чрез механична скоба, свързване и спояване. Редът е да се натиска PDC върху карбидната матрица, включително вакуумно споране, вакуумна дифузионна заваряване, отопление с високочестотна индукция, зареждане на отопление, лазерно заваряване и др. Високочестотното отопление на отоплението има ниска цена и висока възвръщаемост и се използва широко. Качеството на заваряването е свързано с потока, заваръчната сплав и температурата на заваряване. Температурата на заваряване (обикновено по-ниска от 700 ° ℃) има най-голямо влияние, температурата е твърде висока, лесна за причиняване на PCD графитизация или дори „прекомерна“, което влияе пряко върху ефекта на заваряване и твърде ниската температура ще доведе до недостатъчна якост на заваряване. Температурата на заваряване може да бъде контролирана от времето на изолация и дълбочината на PCD зачервяване.
③ Процес на смилане на острието
Процесът на смилане на PCD инструменти е ключът към процеса на производство. Като цяло, върховата стойност на острието и острието е в рамките на 5um, а радиусът на дъгата е в рамките на 4um; Предната и задната повърхност на рязане осигуряват определено покритие на повърхността и дори намаляват предната повърхност на рязане на RA до 0,01 μm, за да отговарят на изискванията за огледало, да накарат чиповете да текат по предната повърхност на ножа и да предотвратят залепващия нож.
Процесът на смилане на острие включва смилане на механично острие на диамантеното колело, смилане на електрическо искрово острие (EDG), метално свързващо супер твърдо абразивно шлифовъчно колело онлайн електролитично завършване на острие (ELID), композитно обработка на острие. Сред тях диамантеното шлайфащо механично смилане на острие е най -зрелото, най -широко използваното.
Свързани експерименти: ① Грубовото шлифовъчно колело ще доведе до сериозен срив на острието, а размерът на частиците на шлифовъчното колело намалява и качеството на острието става по -добро; Размерът на частиците на шлифовъчното колело е тясно свързан с качеството на острието на фините частици или ултрафиновите частици PCD инструменти, но има ограничен ефект върху PCD инструменти за груби частици.
Свързаните изследвания у дома и в чужбина се фокусират главно върху механизма и процеса на смилане на острието. В механизма за смилане на острието термохимичното отстраняване и механичното отстраняване са доминиращите, а чупливото отстраняване и отстраняването на умора са сравнително малки. При смилане, според силата и топлинното устойчивост на различни връзки с диамант с диамант, подобрете скоростта и честотата на люлеене на шлифовъчното колело, доколкото е възможно, избягвайте мрачността и отстраняването на умора, подобрете дела на термохимичното отстраняване и намаляване на грапавостта на повърхността. Грубостта на повърхността на сухото смилане е ниска, но лесно поради високата температура на обработка, повърхността на инструмента за изгаряне,
Процесът на смилане на остриета трябва да обърне внимание на: ① Изберете разумни параметри на процеса на смилане на остриета, може да направи качеството на ръба на устата по -отлично, предната и задната повърхност на острието по -високо. Въпреки това, помислете и за висока сила на смилане, голяма загуба, ниска ефективност на смилане, висока цена; ② Изберете разумно качество на колелата на колелата, включително тип свързващо вещество, размер на частиците, концентрация, свързващо вещество, дресинг на шлифовъчно колело, с разумни условия на сухо и мокро острие, може да оптимизира предния и задния ъгъл на инструмента, стойността на пасивирането на ножа и други параметри, като същевременно подобри качеството на повърхността на инструмента.
Различното свързване на диамантеното шлифовъчно колело има различни характеристики и различен механизъм и ефект на смилане. Диамандното пясъчно колело на смолата е меко, смилащите се частици са лесни за падане преждевременно, без да се състои топлоустойчивост, повърхността лесно се деформира от топлината, повърхността на шлайфането на острието е предразположена да носи белези, голяма грапавост; Диамандното смилащо колело за метално свързване се поддържа рязко чрез смилане на раздробяване, добра формалност, повърхност, ниска грапавост на повърхността на смилането на острието, по-висока ефективност, но способността на свързване на смилащите частици прави самостоятелното увреждане на лоша, а режещият ръб е лесен за оставяне на пропаст в удара, причинявайки сериозни пределни щети; Керамичното свързващо диамантно смилащо колело има умерена сила, добри резултати за самоизявяване, повече вътрешни пори, FAVFOR отстраняване на прах и разсейване на топлината, може да се адаптира към разнообразие от охлаждаща течност, ниската температура на смилане, шлифовъчното колело е по-малко износено, добро задържане на формата, точността на най-високата ефективност, но на повърхността на диамантите. Използвайте според материалите за преработка, цялостна ефективност на смилане, абразивна издръжливост и качество на повърхността на детайла.
Изследването на ефективността на смилане се фокусира главно върху подобряване на производителността и контролните разходи. Като цяло скоростта на смилане Q (премахване на PCD за единица време) и съотношение на износване (съотношение на PCD отстраняване към загуба на шлифовъчно колело) се използват като критерии за оценка.
Немският учен Kenter смила PCD инструмент с постоянно налягане, тест: ① Увеличава скоростта на шлифовъчното колело, размера на частиците на PDC и концентрацията на охлаждащата течност, скоростта на смилане и съотношението на износване се намаляват; ② Увеличава размера на смилането на частиците, увеличава постоянното налягане, увеличава концентрацията на диамант в шлифовъчното колело, скоростта на смилане и съотношението на износване се увеличават; ③ Типът свързващо вещество е различно, скоростта на смилане и съотношението на износване е различна. Кентър Процесът на смилане на остриета на PCD инструмента се изучава систематично, но влиянието на процеса на смилане на острието не е анализирано систематично.
3. Използване и неуспех на PCD инструменти за рязане
(1) Избор на параметри за рязане на инструменти
По време на първоначалния период на PCD инструмент, острата уста на ръба постепенно преминава, а качеството на обработващата повърхност става по -добро. Пасивацията може ефективно да премахне микро пропастта и малките бури, донесени от смилането на острието, да подобрят качеството на повърхността на режещия ръб и в същото време да образуват кръгъл радиус на ръба, за да изтръгнат и поправят обработената повърхност, като по този начин подобряват качеството на повърхността на детайла.
Алуминиева сплав на PCD инструмента, скоростта на рязане обикновено е в 4000 м / мин, обработката на отвори обикновено е в 800 м / мин, обработката на високо еластично-пластично невъоръжен метал трябва да отнеме по-висока скорост на завъртане (300-1000 м / мин). Обемът на подаване обикновено се препоръчва между 0,08-0,15mm/r. Твърде голям обем на подаване, повишена сила на рязане, увеличена остатъчна геометрична площ на повърхността на детайла; Твърде малък обем на подаване, повишена топлина на рязане и увеличено износване. Дълбочината на рязане се увеличава, силата на рязане се увеличава, топлината на рязане се увеличава, животът намалява, прекомерната дълбочина на рязане може лесно да причини срив на острието; Малката дълбочина на рязане ще доведе до обработка на втвърдяване, износване и дори срив на острието.
(2) Форма за износване
Работата на обработката на инструменти, поради триене, висока температура и други причини, износването е неизбежно. Износването на инструмента Diamond се състои от три етапа: първоначалната фаза на бързото износване (известна още като преходна фаза), стабилната фаза на износване с постоянна скорост на износване и последващата фаза на бързото износване. Фазата на бързото износване показва, че инструментът не работи и изисква регенериране. Формите за износване на режещите инструменти включват лепило (износване на студено заваряване), дифузионно износване, абразивно износване, окислено износване и т.н.
Различна от традиционните инструменти, формата на износване на PCD инструменти е лепило, дифузионно износване и увреждане на поликристалните слоеве. Сред тях повредата на поликристалния слой е основната причина, която се проявява като фин срив на острието, причинен от външно въздействие или загуба на лепило в PDC, образувайки празнина, която принадлежи на физически механични увреждания, което може да доведе до намаляване на прецизността на обработката и скрап на работното място. Размерът на частиците на PCD, формата на острието, ъгълът на острието, материалът на детайла и параметрите на обработка ще повлияят на силата на острието и силата на рязане и след това ще причинят увреждането на поликристалния слой. В инженерната практика трябва да се избират подходящият размер на частиците на суровината, параметрите на инструмента и параметрите на обработка в съответствие с условията на обработка.
4. Тенденция за развитие на инструментите за рязане на PCD
Понастоящем диапазонът на приложението на PCD е разширен от традиционното обръщане към пробиване, фрезоване, високоскоростно рязане и е широко използван у дома и в чужбина. Бързото развитие на електрическите превозни средства не само оказа въздействие върху традиционната автомобилна индустрия, но и донесе безпрецедентни предизвикателства пред индустрията на инструменти, призовавайки индустрията на инструменти да ускори оптимизацията и иновациите.
Широкото прилагане на PCD режещи инструменти се задълбочи и насърчи изследванията и разработването на инструменти за рязане. С задълбочаването на изследванията спецификациите на PDC стават все по -малки и по -малки, оптимизирането на качеството на усъвършенстване на зърното, равномерността на производителността, скоростта на смилане и съотношението на износване е по -висока и по -висока, диверсификация на формата и структурата. Изследователските указания на PCD инструментите включват: ① Изследване и разработване на тънък PCD слой; ② Изследване и разработва нови инструменти за PCD; ③ Изследване за по -добро заваряване на PCD инструменти и допълнително намаляване на разходите; ④ Изследванията подобряват процеса на смилане на PCD инструмента за подобряване на ефективността; ⑤ Изследванията оптимизират параметрите на PCD инструмента и използват инструменти според местните условия; ⑥ Изследователският рационално избира параметрите на рязане според обработените материали.
Кратко обобщение
(1) PCD производителност за рязане на инструменти, компенсиране на недостига на много карбидни инструменти; В същото време цената е далеч по -ниска от инструмента за единични кристални диаманти, при съвременното рязане, е обещаващ инструмент;
(2) Според вида и работата на обработените материали разумен избор на размера на частиците и параметрите на PCD инструменти, който е предпоставката за производство и използване на инструменти,
(3) PCD материалът има висока твърдост, който е идеалният материал за рязане на окръг нож, но също така носи трудността за производство на инструменти за рязане. При производство, за да разгледаме цялостно нуждите на процеса и обработващите нужди, за да се постигне най -добрата ефективност на разходите;
(4) PCD Материали за обработка в окръг Knife, трябва разумно да изберем параметрите на рязане, въз основа на изпълнението на производителността на продукта, доколкото е възможно, за да разширим експлоатационния живот на инструмента, за да постигнем баланса на живота на инструмента, ефективността на производството и качеството на продукта;
(5) Изследване и разработване на нови инструменти за PCD за преодоляване на присъщите му недостатъци
Тази статия се получава от "Суперshard Material Network"
Време за публикация: Mar-25-2025
