PCD -værktøj er lavet af polykrystallinsk diamantknivspids og carbidmatrix gennem højtemperatur og sintring med højt tryk. Det kan ikke kun give fuldt spil til fordelene ved høj hårdhed, høj termisk ledningsevne, lav friktionskoefficient, lav termisk ekspansionskoefficient, lille affinitet med metal og ikke-metal, høj elastisk modul, ingen spaltningsoverflade, isotropisk, men også tage højde for den høje styrke af hård legering.
Termisk stabilitet, påvirkningssejhed og slidstyrke er de vigtigste præstationsindikatorer for PCD. Fordi det for det meste bruges i høj temperatur og miljø med høj stress, er termisk stabilitet den vigtigste ting. Undersøgelsen viser, at PCD's termiske stabilitet har en stor indflydelse på dens slidstyrke og påvirkningssejhed. Dataene viser, at når temperaturen er højere end 750 ℃, falder slidstyrken og påvirkningssejheden for PCD generelt med 5% -10%.
Krystalstilstanden for PCD bestemmer dens egenskaber. I mikrostruktur danner carbonatomer kovalente bindinger med fire tilstødende atomer, opnå den tetrahedrale struktur og danner derefter atomkrystallen, der har stærk orientering og bindingskraft og høj hårdhed. De vigtigste ydelsesindeks for PCD er som følger: ① Hårdhed kan nå 8000 HV, 8-12 gange carbid; ② Termisk ledningsevne er 700W / MK, 1,5-9 gange, endnu højere end PCBN og kobber; ③ Friktionskoefficient er generelt kun 0,1-0,3, meget mindre end 0,4-1 af carbid, hvilket reducerer skærekraften markant; ④ Termisk ekspansionskoefficient er kun 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 af carbid, hvilket kan reducere termisk deformation og forbedre behandlingsnøjagtigheden; ⑤ og ikke-metalliske materialer er mindre affinitet til dannelse af knuder.
Kubisk bornitrid har stærk oxidationsmodstand og kan behandle jernholdige materialer, men hårdheden er lavere end enkelt krystaldiamant, behandlingshastigheden er langsom og effektiviteten er lav. Den enkelte krystal diamant har høj hårdhed, men sejheden er utilstrækkelig. Anisotropi gør det nemt at dissociation langs (111) overflade under påvirkningen af ekstern kraft, og behandlingseffektiviteten er begrænset. PCD er en polymer, der er syntetiseret af mikron-størrelse diamantpartikler på visse måder. Den kaotiske karakter af den forstyrrede ophobning af partikler fører til dens makroskopiske isotropiske karakter, og der er ingen retningsbestemt og spaltningsoverflade i trækstyrken. Sammenlignet med den enkeltkrystalldiamant reducerer korngrænsen for PCD effektivt anisotropien og optimerer de mekaniske egenskaber effektivt.
1. Designprincipper for PCD -skæreværktøjer
(1) Rimelig valg af PCD -partikelstørrelse
Teoretisk bør PCD forsøge at forfine kornene, og fordelingen af tilsætningsstoffer mellem produkter skal være så ensartede som muligt for at overvinde anisotropien. Valget af PCD -partikelstørrelse er også relateret til behandlingsbetingelserne. Generelt kan PCD med høj styrke, god sejhed, god påvirkningsmodstand og finkorn bruges til efterbehandling eller superfinish, og PCD af groft korn kan bruges til generel grov bearbejdning. PCD -partikelstørrelsen kan påvirke værktøjets slidydelse. Relevant litteratur påpeger, at når råmaterialkornet er stort, øges slidstyrken gradvist med faldet i kornstørrelsen, men når kornstørrelsen er meget lille, er denne regel ikke anvendelig.
Relaterede eksperimenter valgte fire diamantpulver med gennemsnitlige partikelstørrelser på 10um, 5um, 2um og 1um, og det blev konkluderet, at: ① med faldet af partikelstørrelse af råmateriale, CO diffunderer mere jævnt; Med faldet af ② faldt slidmodstanden og varmemodstanden for PCD gradvist.
(2) Rimelig valg af bladmunden og bladtykkelsen
Formen af bladmunden inkluderer hovedsageligt fire strukturer: omvendt kant, stump cirkel, omvendt kant stump cirkelkomposit og skarp vinkel. Den skarpe vinkelstruktur gør kanten skarp, skærehastigheden er hurtig, kan reducere skærekraften og burren, forbedring af produktkvaliteten af produktet, er mere velegnet til lav siliciumaluminiumslegering og anden lav hårdhed, ensartet ikke-ferrisk metalbehandling. Den stumpe runde struktur kan passivere bladmunden, danne R -vinkel, effektivt forhindre klingen, der bryder, egnet til behandling af medium / høj siliciumaluminiumslegering. I nogle specielle tilfælde, såsom lav skæringsdybde og lille knivfodring, foretrækkes den stumpe runde struktur. Den omvendte kantstruktur kan øge kanterne og hjørnerne, stabilisere klingen, men på samme tid vil øge trykket og skæremodstanden, mere velegnet til tung belastningskæring med høj siliciumaluminiumslegering.
For at lette EDM skal du normalt vælge et tyndt PDC-arklag (0,3-1,0 mm) plus carbidlaget, den samlede tykkelse af værktøjet er ca. 28 mm. Karbidlaget skal ikke være for tykt til at undgå stratificering forårsaget af stressforskellen mellem bindingsoverfladerne
2, PCD -værktøjsfremstillingsproces
Fremstillingsprocessen for PCD -værktøj bestemmer direkte skære ydelse og levetid for værktøjet, som er nøglen til dens anvendelse og udvikling. Fremstillingsprocessen for PCD -værktøjet er vist i figur 5.
(1) Fremstilling af PCD -komposittabletter (PDC)
① Fremstillingsproces for PDC
PDC er generelt sammensat af naturligt eller syntetisk diamantpulver og bindingsmiddel ved høj temperatur (1000-2000 ℃) og højt tryk (5-10 atm). Bindingsmidlet danner bindingsbroen med TIC, SIC, Fe, CO, Ni osv. Som hovedkomponenter, og diamantkrystallen er indlejret i skelettet på den bindende bro i form af kovalent binding. PDC er generelt lavet til diske med fast diameter og tykkelse, og slibning og poleret og andre tilsvarende fysiske og kemiske behandlinger. I bund
② Klassificering og valg af bindemidler
Bindemidlet er den vigtigste faktor, der påvirker den termiske stabilitet af PCD -værktøjet, der direkte påvirker dets hårdhed, slidstyrke og termisk stabilitet. Almindelige PCD -bindingsmetoder er: jern, kobolt, nikkel og andre overgangsmetaller. CO- og W -blandet pulver blev anvendt som bindingsmiddel, og den omfattende ydelse af sintring PCD var bedst, når syntesetrykket var 5,5 GPa, sintringstemperaturen var 1450 ℃ og isoleringen i 4min. SIC, TIC, WC, TIB2 og andre keramiske materialer. Sic Termisk stabilitet af SIC er bedre end CO, men hårdheden og bruddet er relativt lav. Passende reduktion af råmaterialestørrelse kan forbedre pcd's hårdhed og sejhed. Intet klæbemiddel med grafit eller andre kulstofkilder i den ultrahøj temperatur og højt tryk brændt i en nanoskala polymerdiamant (NPD). Brug af grafit som forløber til at forberede NPD er de mest krævende forhold, men den syntetiske NPD har den højeste hårdhed og de bedste mekaniske egenskaber.
Valg og kontrol af ③ korn
Råmaterialet diamantpulver er en nøglefaktor, der påvirker ydelsen af PCD. Forbehandling af diamantmikropowder, tilsætning af en lille mængde stoffer, der hindrer unormale diamantpartikler vækst og rimeligt udvælgelse af sintring -tilsætningsstoffer kan hæmme væksten af unormale diamantpartikler.
Høj ren NPD med en ensartet struktur kan effektivt eliminere anisotropien og forbedre de mekaniske egenskaber yderligere. Den nanografitforkæmperpulver fremstillet ved hjælp af højenergikugleslibningsmetode blev anvendt til at regulere iltindhold ved høj temperatur for-sintring, omdannelse af grafit til diamant under 18 GPa og 2100-2300 ℃, hvilket genererer lamella og granulær NPD, og hårdheden steg med faldet af lamellatykkelse.
④ Sen kemisk behandling
Ved den samme temperatur (200 ° ℃) og tidspunkt (20H) var koboltfjernelseseffekten af Lewis syre-fecl3 signifikant bedre end vandet, og det optimale forhold mellem HCI var 10-15 g / 100 ml. Den termiske stabilitet af PCD forbedres, når dybden af koboltfjernelsesdybden øges. For grovkornet vækst PCD kan stærk syrebehandling helt fjerne CO, men har stor indflydelse på polymerens ydelse; Tilføjelse af TIC og WC til at ændre den syntetiske polykrystallstruktur og kombinere med stærk syrebehandling for at forbedre stabiliteten af PCD. På nuværende tidspunkt forbedres forberedelsesprocessen for PCD -materialer, produktejheden er god, anisotropien er blevet meget forbedret, er klar over kommerciel produktion, relaterede industrier udvikler sig hurtigt.
(2) Behandling af PCD -klingen
① Skæreproces
PCD har høj hårdhed, god slidstyrke og høj vanskelig skæringsproces.
② Svejseprocedure
PDC og knivkroppen ved mekanisk klemme, binding og lodning. Brodning er at trykke på PDC på carbidmatrixen, herunder vakuumlodning, vakuumdiffusionsvejsning, højfrekvente induktionsvarmning af lodning, lasersvejsning osv. Højfrekvente induktionsopvarmning har lav omkostninger og høj afkast og er blevet brugt i vid udstrækning. Svejsningskvaliteten er relateret til flux, svejselegering og svejsetemperatur. Svejsningstemperatur (generelt lavere end 700 ° ℃) har den største påvirkning, temperaturen er for høj, let at forårsage PCD-grafitisering eller endda "overforbrændende", som direkte påvirker svejseeffekten, og for lav temperatur vil føre til utilstrækkelig svejsestyrke. Svejstemperaturen kan kontrolleres af isoleringstiden og dybden af PCD -rødme.
③ Blade slibningsproces
PCD -værktøjsslibningsproces er nøglen til fremstillingsprocessen. Generelt er spidsværdien af bladet og bladet inden for 5um, og lysbue -radius er inden for 4um; Den forreste og rygskærende overflade sikrer en bestemt overfladefinish og reducerer endda den forreste skæreoverflade RA til 0,01 μ m for at imødekomme spejlkravene, få chipsene til at strømme langs den forreste knivoverflade og forhindre klæbekniv.
Blade slibningsproces inkluderer diamantslibning hjulmekanisk bladslibning, elektrisk gnistbladslibning (EDG), metalbinder Super Hård slibende slibningshjul online elektrolytisk finishbladslibning (ELID), sammensat bladslibning bearbejdning. Blandt dem er mekanisk bladslibning af diamantslibet hjul den mest modne, den mest anvendte.
Relaterede eksperimenter: ① Det grove partikelslibningshjul vil føre til alvorlig knivkollaps, og partikelstørrelsen af slibningshjulet falder, og knivens kvalitet bliver bedre; Partikelstørrelsen af ② Slibende hjul er tæt knyttet til bladkvaliteten af fine partikel- eller ultrafine partikel PCD -værktøjer, men har begrænset effekt på grove partikel PCD -værktøjer.
Relateret forskning hjemme og i udlandet fokuserer hovedsageligt på mekanismen og processen med bladslibning. I bladslibningsmekanismen er termokemisk fjernelse og mekanisk fjernelse den dominerende, og sprød fjernelse og træthedsfjernelse er relativt små. Ved slibning skal du i henhold til styrken og varmemodstanden for forskellige bindingsmiddel diamantslibningshjul forbedre hastigheden og svingfrekvensen for slibningshjulet så vidt muligt, undgå at fjerne træthed og træthed, forbedre andelen af termokemisk fjernelse og reducere overfladen. Overfladen ruhed ved tør slibning er lav, men let på grund af høj behandlingstemperatur, forbrændingsværktøjsoverflade,
Blade slibningsproces skal være opmærksom på: ① Vælg rimelige bladslibningsprocesparametre, kan gøre kantmundkvaliteten mere fremragende, foran og baghøjde overfladefinish højere. Overvej dog også høj slibekraft, stort tab, lav slibningseffektivitet, høje omkostninger; ② Vælg rimelig slibning af hjulkvalitet, inklusive bindemiddeltype, partikelstørrelse, koncentration, bindemiddel, slibning af hjuldressing, med rimelige tørre og vådbladets slibningsbetingelser, kan optimere værktøjets forreste og baghjørne, knivspids passiveringsværdi og andre parametre, mens værktøjets overfladekvalitet.
Forskellige binding af diamantslibningshjul har forskellige egenskaber og forskellige slibemekanismer og virkning. Resin Binder Diamond Sand Wheel er bløde, slibende partikler er lette at falde for tidligt, ikke at have en varmemodstand, overfladen deformeres let af varmen, bladslibningsoverfladen er tilbøjelig til at bære mærker, stor ruhed; Metalbindemiddel diamantslibningshjul holdes skarpt ved at slibe knusning, god formbarhed, overflade, lav overfladegruppe af klingens slibning, højere effektivitet, men bindingsevnen ved slibningspartikler gør selvforstærkende fattige, og forkant er let at efterlade et påvirkningsgap, hvilket forårsager alvorlig marginalskade; Keramisk bindemiddel diamantslibningshjul har en moderat styrke, god selvudviklingsydelse, mere indre porer, favfor støvfjernelse og varmeafledning, kan tilpasse sig en række kølevæske, den lave slibetemperatur, slibethjulet er mindre slidt, god formopbevaring, nøjagtigheden af den højeste effektivitet, men kroppen af diamantslibning og binder fører til formation af Pits på værktøjets overflade. Brug i henhold til behandlingsmaterialerne, omfattende slibningseffektivitet, slibende holdbarhed og overfladekvalitet i emnet.
Forskningen om slibningseffektivitet fokuserer hovedsageligt på at forbedre produktiviteten og kontrolomkostningerne. Generelt anvendes slibningshastighed Q (PCD -fjernelse pr. Enhedstid) og slidforhold G (forholdet mellem PCD -fjernelse og slibning af hjultab) som evalueringskriterier.
Den tyske lærde Kenter slibende PCD -værktøj med konstant tryk, test: ① øger slibevjulshastigheden, PDC -partikelstørrelse og kølevæskekoncentration, slibningshastigheden og slidforholdet reduceres; ② øger slibningspartikelstørrelsen, øger det konstante tryk, øger koncentrationen af diamant i slibningshjulet, slibningshastigheden og slidforholdet øges; ③ Bindertype er forskellig, slibningshastigheden og slidforholdet er forskelligt. Kenter bladslibningsprocessen for PCD -værktøj blev undersøgt systematisk, men påvirkningen af bladslibningsprocessen blev ikke analyseret systematisk.
3. Brug og fiasko af PCD -skæreværktøjer
(1) Valg af værktøjsskæringsparametre
I løbet af den indledende periode med PCD -værktøj gik den skarpe kantmund gradvist, og bearbejdningsoverfladekvaliteten blev bedre. Passivering kan effektivt fjerne mikrohulen og små burrs bragt af bladslibningen, forbedre overfladekvaliteten af forkanten og på samme tid danne en cirkulær kantradius til at klemme og reparere den forarbejdede overflade og dermed forbedre overfladekvaliteten af emnet.
PCD-værktøjsoverfladefræsning af aluminiumslegering, skærehastighed er generelt i 4000 m / min. Hulforarbejdning er generelt i 800 m / min, behandling af høje elastiske plastiske ikke-jernholdige metal bør tage en højere drejningshastighed (300-1000 m / min). Fodervolumen anbefales generelt mellem 0,08-0,15 mm/r. For stort fodervolumen, øget skærekraft, øget resterende geometrisk område af emnet overfladen; For lille fodervolumen, øget skærevarme og øget slid. Skæredybden øges, skærekraften øges, skærevarmen øges, livet falder, overdreven skære dybde kan let forårsage sammenbrud af bladet; Lille skæredybde vil føre til bearbejdning af hærdning, slid og endda klinge.
(2) Slidform
Værktøjsbehandlingsudstilling på grund af friktion, høje temperatur og andre grunde er slid uundgåelig. Sliten af diamantværktøjet består af tre trin: den indledende hurtige slidfase (også kendt som overgangsfasen), den stabile slidfase med en konstant slidhastighed og den efterfølgende hurtige slidfase. Den hurtige slidfase indikerer, at værktøjet ikke fungerer og kræver regrinding. Slidformerne til skæreværktøjer inkluderer klæbemiddelstøj (kold svejsesslitage), diffusionslitage, slibeslitage, oxidationsslitage osv.
Forskellige fra traditionelle værktøjer er slidformen af PCD -værktøjer klæbende slid, diffusionsslitage og polykrystallinsk lag skade. Blandt dem er skaden på polykrystallag den vigtigste årsag, der manifesteres som det subtile klinge -kollaps forårsaget af ekstern påvirkning eller tab af klæbemiddel i PDC, der danner et hul, der hører til fysisk mekanisk skade, hvilket kan føre til reduktion af behandling af præcision og skrot af arbejdsemner. PCD -partikelstørrelse, klingeform, bladvinkel, arbejdsemnemateriale og behandlingsparametre vil påvirke bladbladestyrken og skærekraften og derefter forårsage skader på polykrystallaget. I ingeniørpraksis skal den relevante råmateriale partikelstørrelse, værktøjsparametre og behandlingsparametre vælges i henhold til behandlingsbetingelserne.
4. Udviklingstrend for PCD -skæreværktøjer
På nuværende tidspunkt er applikationsområdet for PCD-værktøjet blevet udvidet fra traditionel drejning til boring, fræsning, højhastighedsskæring og er blevet brugt i vid udstrækning i indlandet. Den hurtige udvikling af elektriske køretøjer har ikke kun bragt indflydelse på den traditionelle bilindustri, men også bragt hidtil uset udfordringer til værktøjsindustrien og opfordrer værktøjsindustrien til at fremskynde optimering og innovation.
Den brede anvendelse af PCD -skæreværktøjer er uddybet og fremmet forskning og udvikling af skæreværktøjer. Med uddybningen af forskning bliver PDC -specifikationer mindre og mindre, kornforfiningskvalitetsoptimering, ydeevneuniformitet, slibningshastighed og slidforhold er højere og højere, form og strukturdiversificering. Forskningsretningen for PCD -værktøjer inkluderer: ① Forskning og udvikling af tyndt PCD -lag; ② Forskning og udvikler nye PCD -værktøjsmaterialer; ③ Forskning til bedre svejsning af PCD -værktøjer og reducerer omkostningerne yderligere; ④ Forskning forbedrer PCD -værktøjsbladens slibningsproces for at forbedre effektiviteten; ⑤ Forskning optimerer PCD -værktøjsparametre og bruger værktøjer i henhold til lokale forhold; ⑥ Forskningsrationelt vælger skæreparametre i henhold til de forarbejdede materialer.
Kort resumé
(1) PCD -værktøjskæringsydelse, kompensere for manglen på mange carbidværktøjer; På samme tid er prisen langt lavere end enkelt krystal diamantværktøj, i moderne skæring, er et lovende værktøj;
(2) I henhold til typen og ydelsen af de forarbejdede materialer, et rimeligt udvalg af partikelstørrelse og parametre for PCD -værktøjer, som er forudsætningen for værktøjsfremstilling og brug,
(3) PCD -materiale har en høj hårdhed, som er det ideelle materiale til at skære Knife County, men det bringer også vanskeligheden med at skære værktøjsfremstilling. Når man fremstiller, skal du overveje at overveje process vanskeligheder og behandlingsbehov for at opnå den bedste omkostningsydelse;
(4) PCD -behandlingsmaterialer i Knife County, vi skal med rimelighed vælge skæreparametre på grundlag af at opfylde produktets ydelse så vidt muligt for at udvide værktøjets levetid for at opnå balancen mellem værktøjets levetid, produktionseffektivitet og produktkvalitet;
(5) Forskning og udvikling af nye PCD -værktøjsmaterialer for at overvinde dets iboende ulemper
Denne artikel er hentet fra "Superhard Material Network"
Posttid: Mar-25-2025
