Інструмент PCD виготовлений з полікристалічного наконечника ножа та матриці карбіду через високу температуру та спікання високого тиску. Він може не лише повною грою на переваги високої твердості, високої теплопровідності, коефіцієнта низького тертя, низького коефіцієнта термічного розширення, невеликої спорідненості з металом та неметалевим, високим модулем пружності, без розщепленої поверхні, ізотропної, але й враховувати високу міцність жорсткого сплаву.
Теплова стійкість, ударна міцність та стійкість до зносу є основними показниками продуктивності PCD. Оскільки він в основному використовується у високому температурі та високому стресі, термічна стійкість - найважливіша річ. Дослідження показує, що теплова стабільність PCD має великий вплив на його стійкість до зносу та міцність на удар. Дані показують, що коли температура перевищує 750 ℃, стійкість до зносу та ударна міцність ПКД, як правило, зменшуються на 5% -10%.
Кришталевий стан PCD визначає його властивості. У мікроструктурі атоми вуглецю утворюють ковалентні зв’язки з чотирма сусідніми атомами, отримують тетраедральну структуру, а потім утворюють атомний кристал, який має сильну орієнтацію та силу зв'язування та високу твердість. Основні показники продуктивності PCD такі: ① твердість може досягти 8000 HV, 8-12 разів карбіду; ② Теплопровідність становить 700 Вт / МК, 1,5-9 разів, навіть вище, ніж PCBN та мідь; ③ Коефіцієнт тертя, як правило, становить лише 0,1-0,3, набагато менше 0,4-1 карбіду, що значно зменшує силу різання; ④ Коефіцієнт теплового розширення становить лише 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 карбіду, що може зменшити термічну деформацію та підвищити точність обробки; ⑤ і неметалічні матеріали менш споріднено до формування вузликів.
Кубічний нітрид бору має сильну стійкість до окислення і може обробляти матеріали, що містять залізо, але твердість нижча, ніж монокристалічний діамант, швидкість переробки повільна, а ефективність низька. Однористалічний алмаз має високу твердість, але міцність недостатня. Анізотропія дозволяє легко дисоціації вздовж (111) поверхні під впливом зовнішньої сили, а ефективність обробки обмежена. PCD-це полімер, синтезований діамантними частинками розміром мікрона. Хаотична природа невпорядкованого накопичення частинок призводить до його макроскопічної ізотропної природи, і немає поверхні спрямованості та розщеплення в міцності на розрив. Порівняно з монокристалічним алмазом, межа зерна PCD ефективно знижує анізотропію та оптимізує механічні властивості.
1. Принципи дизайну інструментів для різання PCD
(1) Розумний вибір розміру частинок PCD
Теоретично PCD повинен спробувати уточнити зерна, а розподіл добавок між продуктами повинен бути максимально рівномірним для подолання анізотропії. Вибір розміру частинок PCD також пов'язаний з умовами обробки. Взагалі кажучи, PCD з високою міцністю, хорошою міцністю, хорошою стійкістю до удару та дрібним зерном можна використовувати для обробки або супер обробки, а PCD грубого зерна може бути використаний для загальної грубої обробки. Розмір частинок PCD може суттєво вплинути на продуктивність носіння інструменту. Відповідна література вказує, що коли зерно сировини є великим, стійкість зносу поступово збільшується зі зменшенням розміру зерна, але коли розмір зерна дуже малий, це правило не застосовується.
Пов’язані експерименти вибрали чотири діамантові порошок із середніми розмірами частинок 10 -е, 5UM, 2UM та 1UM, і було зроблено висновок, що: ① зі зменшенням розміру частинок сировини, CO дифундує більш рівномірно; Зі зниженням ② поступово зменшувалася стійкість до зносу та теплостійкість PCD.
(2) Розумний вибір форми рота леза та товщини леза
Форма рота леза в основному включає чотири конструкції: перевернутий край, тупий коло, перевернутий крайовий круговий композит і гострий кут. Гостра кутова конструкція робить край різкою, швидкість різання швидка, може значно зменшити силу різання та бурхли, покращити якість поверхні продукту, більш придатна для низького алюмінієвого сплаву з низьким вмістом кремнію та іншої низької твердості, рівномірної кольорової обробки металу. Згубна кругла структура може пасивуючи рот леза, утворюючи кут R, ефективно запобігаючи розриву леза, придатного для обробки алюмінієвого сплаву середнього / високого кремнію. У деяких спеціальних випадках, таких як неглибока глибина різання та невелике годування ножем, точна кругла структура є кращою. Інвертована крайова структура може збільшити краї та кути, стабілізувати лезо, але в той же час збільшить тиск і стійкість до різання, більш придатні для різання великого навантаження з високим сплавом алюмінієвого кремнію.
Для того, щоб полегшити EDM, зазвичай вибирайте тонкий шар листів PDC (0,3-1,0 мм), плюс шар карбіду, загальна товщина інструменту становить приблизно 28 мм. Шар карбіду не повинен бути занадто товстим, щоб уникнути стратифікації, спричиненої різницею напруги між поверхнями склеювання
2, процес виготовлення інструментів PCD
Процес виробництва інструменту PCD безпосередньо визначає експлуатаційну продуктивність та термін експлуатації інструменту, що є ключем до його застосування та розробки. Процес виробництва інструменту PCD показаний на малюнку 5.
(1) Виробництво композитних планшетів PCD (PDC)
① Процес виробництва PDC
PDC, як правило, складається з природного або синтетичного діамантового порошку та зв'язування при високій температурі (1000-2000 ℃) та високого тиску (5-10 атм). Зв'язувальний агент утворює міст, що зв'язується з TIC, SIC, Fe, Co, Ni тощо, як основні компоненти, а алмазний кристал вбудований у скелета зв'язування мосту у вигляді ковалентної зв'язку. PDC, як правило, перетворюється на диски з фіксованим діаметром і товщиною, а також шліфуванням та відшліфованим та іншими відповідними фізичними та хімічними обробками. По суті, ідеальна форма PDC повинна максимально зберігати чудові фізичні характеристики монокристалічного алмазу, тому добавки в тілі, що спікає, повинні бути якомога менше, в той же час комбінація з'єднань частинок DD, як можна, максимально,
② Класифікація та вибір в'яжучих
В'яжучий - це найважливіший фактор, що впливає на теплову стійкість інструменту PCD, що безпосередньо впливає на його твердість, стійкість до зносу та термічну стійкість. Звичайними методами зв'язування PCD є: залізо, кобальт, нікель та інші перехідні метали. Змішаний порошок CO та W використовували як агент, а всебічні показники спікання ПКД були найкращими, коли тиск синтезу становив 5,5 ГПа, температура спікання становила 1450 ℃, а ізоляція протягом 4 хв. SIC, TIC, WC, TIB2 та інші керамічні матеріали. SIC Теплова стійкість SIC краща, ніж у СО, але твердість і міцність на руйнування відносно низькі. Відповідне зниження розміру сировини може покращити твердість та міцність ПКД. Немає клею, з графітом або іншими джерелами вуглецю в надвисокій температурі та високому тиску, спалених у нанорозмірний полімерний алмаз (NPD). Використання графіту як попередника для приготування NPD є найбільш вимогливими умовами, але синтетичний NPD має найвищу твердість і найкращі механічні властивості.
Вибір та контроль ③ зерен
Діамантовий порошок сировини є ключовим фактором, що впливає на продуктивність PCD. Попередня обробка алмазного мікропіну, додавання невеликої кількості речовин, що перешкоджають росту аномальних діамантових частинок та розумного відбору добавок для спікання, може гальмувати ріст аномальних діамантових частинок.
Високий чистий NPD з рівномірною структурою може ефективно усунути анізотропію та ще більше покращити механічні властивості. Порошок-попередник нанографічного попередника, підготовлений методом шліфування високої енергії, використовувався для регулювання вмісту кисню при високотемпературному попередньому напрузі, перетворюючи графіт у алмаз під 18 ГПа та 2100-2300 ℃, генеруючи ламелли та зернисту NPD, і твердість зростала зі зменшенням товщини ламел.
④ Пізня хімічна обробка
При тій же температурі (200 ° ℃) та часу (20 год) ефект видалення кобальту кислоти Lewis кислоти-Fecl3 був значно кращим, ніж у води, а оптимальне співвідношення HCl становило 10-15 г / 100 мл. Теплова стійкість PCD покращується у міру збільшення глибини видалення кобальту. Для грубозернистого зростання ПКД сильна кислотна обробка може повністю видалити CO, але має великий вплив на ефективність полімерів; Додавання TIC та WC для зміни синтетичної полікристалічної структури та поєднання з сильною кислотною обробкою для поліпшення стабільності ПКД. В даний час вдосконалюється процес підготовки матеріалів PCD, міцність продукту хороша, анізотропія значно вдосконалюється, реалізувала комерційне виробництво, пов'язані галузі розвиваються швидко.
(2) Обробка леза PCD
① Процес різання
PCD має високу твердість, хорошу стійкість до зносу та високий складний процес різання.
② Процедура зварювання
PDC та корпус ножа за допомогою механічного затискача, скріплення та пайки. Пайка полягає в натисканні на PDC на карбідній матриці, включаючи вакуумне пайку, вакуумне дифузійне зварювання, опалювальне запалення високої частоти, лазерне зварювання тощо. Біг високої частоти нагрівання має низьку вартість та високу віддачу та широко застосовується. Якість зварювання пов'язана з потоком, зварювальним сплавом та температурою зварювання. Температура зварювання (як правило, нижча за 700 ° ℃) має найбільший вплив, температура занадто висока, легко спричиняє графітизацію PCD або навіть "надмірне спалювання", що безпосередньо впливає на ефект зварювання, і занадто низька температура призведе до недостатньої міцності на зварювання. Температуру зварювання можна контролювати за часом ізоляції та глибиною почервоніння PCD.
③ Процес подрібнення леза
Процес шліфування інструментів PCD - ключ до процесу виробництва. Як правило, пікове значення леза та леза знаходиться в межах 5 -ти, а радіус дуги - в межах 4UM; Передня і задня різання поверхні забезпечують певну поверхневу обробку і навіть зменшуйте передню ріжучу поверхню до 0,01 мкм, щоб задовольнити вимоги дзеркала, змусити стружки протікати по передній поверхні ножа і запобігти приклеювальному нож.
Процес шліфування леза включає діамантове шліфувальне колесо механічне шліфування леза, електричне іскрове лезо шліфування (EDG), металеве сполучне сполучення супер жорстке абразивне шліфувальне колесо онлайн -електролітичне оздоблення леза (ELID), композитне перемежування леза. Серед них діамантове шліфувальне колесо механічне шліфування леза є найбільш зрілим, найбільш широко використовуваним.
Пов’язані експерименти: Розмір частинок ② шліфувального колеса тісно пов'язаний з якістю леза дрібних частинок або надтонких інструментів PCD, але має обмежений вплив на інструменти PCD грубої частинок.
Пов’язані дослідження вдома та за кордоном в основному зосереджені на механізмі та процесі шліфування лез. У механізмі подрібнення леза термохімічне видалення та механічне видалення є домінуючим, а крихке видалення та видалення втоми відносно невеликі. Під час шліфування, відповідно до міцності та теплостійкості різних коліс для шліфувальних коліс для зв'язування, поліпшуйте швидкість і частоту розмахування шліфувального колеса якомога далі, уникайте вилучення та видалення втоми, покращують частку термохімічного видалення та зменшуйте шорсткість поверхні. Шорсткість поверхні сухого шліфування низька, але легко через високу температуру обробки, поверхня інструменту опіку,
Процес шліфування лезу повинен звернути увагу на: ① Вибирати розумні параметри процесу шліфування леза, може зробити якість рота більш чудовою, передньою і задньою поверхнею леза вище. Однак також розглянемо високу силу шліфування, великі втрати, низьку ефективність шліфування, високу вартість; ② Виберіть розумну якість шліфувального колеса, включаючи тип сполучного, розмір частинок, концентрацію, сполучні, шліфувальні колесо, з розумними умовами сухого та вологого леза, може оптимізувати передній і задній кут інструменту, значення пасивації на кінчику ножа та інші параметри, при цьому покращить якість поверхні інструменту.
Різне зв'язування діамантового шліфувального колеса має різні характеристики та різний механізм подрібнення та ефект. Смоляний діамантовий піщаний колесо м'яке, шліфувальні частинки легко впадають передчасно, не маючи теплову стійкість, поверхня легко деформується теплом, поверхня шліфування леза схильна до носіння, великої шорсткості; Металевий палітурний діамантовий шліфувальний колесо зберігається різким шляхом подрібнення, хорошої формуваності, наявності, низької шорсткості поверхні шліфування леза, більш високої ефективності, однак здатність до зв'язування шліфувальних частинок робить самозахисання поганим, а ріжуча край легко залишити ударний зазор, що спричиняє серйозні маргінальні пошкодження; Керамічний колесо з шліфування алмазу має помірну міцність, хороші продуктивність самовигука, більше внутрішніх пор, фаворит для видалення пилу та розсіювання тепла, можуть адаптуватися до різноманітних теплоносія, низької температури шліфування, шліфувальне колесо менш зношене, хороша форма, то точність найвищої ефективності на інструменті діаманта призводить до того, що призводить до приладів. Використовуйте відповідно до обробки матеріалів, комплексної ефективності шліфування, абразивної довговічності та якості поверхні заготовки.
Дослідження ефективності шліфування в основному фокусується на підвищенні продуктивності та вартості контролю. Як правило, швидкість шліфування Q (видалення PCD за одиницю часу) та співвідношення зносу g (співвідношення видалення PCD до втрати шліфувального колеса) використовуються в якості критеріїв оцінки.
Німецький вчений Кентер шліфувальний інструмент PCD з постійним тиском, випробуванням: ① збільшує швидкість шліфувального колеса, розмір частинок PDC та концентрація теплоносія, коефіцієнт шліфування та зношування знижуються; ② збільшує розмір шліфувальних частинок, збільшує постійний тиск, збільшує концентрацію алмазу в шліфувальному колесі, збільшення швидкості подрібнення та коефіцієнта зносу; ③ Тип в'яжучого різного, швидкість шліфування та коефіцієнт зносу відрізняються. Кентер Процес шліфування леза інструменту PCD вивчався систематично, але вплив процесу подрібнення леза не аналізувався систематично.
3. Використовуйте та несправність інструментів для різання PCD
(1) Вибір параметрів різання інструментів
Під час початкового періоду інструменту PCD різкий край рота поступово проходив, і якість обробки поверхні стала кращою. Пасівація може ефективно видалити мікро зазори та невеликі задишки, принесені шліфуванням леза, покращити якість поверхні ріжучого краю, і в той же час утворювати радіус кругового краю для видавлення та відновлення обробленої поверхні, тим самим покращуючи якість поверхні заготовки.
Алюмінієвий сплав PCD Tool Filling, швидкість різання, як правило, становить 4000 м / хв, обробка отворів, як правило, в 800 м / хв, обробка нееластичного кольору з високою пластувальною пластиною повинна мати більш високу швидкість повороту (300-1000 м / хв). Об'єм подачі, як правило, рекомендується між 0,08-0,15 мм/р. Занадто великий об'єм корму, посилення сили різання, збільшення залишкової геометричної площі поверхні заготовки; Занадто малий об'єм корму, збільшення тепла різання та збільшення зносу. Глибина різання збільшується, сила різання збільшується, різання тепла збільшується, життя зменшується, надмірна глибина різання може легко викликати колапс леза; Невелика глибина різання призведе до обробки затвердіння, зносу і навіть колапсу леза.
(2) Форма зносу
Заготовка інструментів, що обробляються, через тертя, високу температуру та інші причини, зношування неминуче. Знос діамантового інструменту складається з трьох етапів: початкової фази швидкого зносу (також відомого як фаза переходу), стабільної фази зносу з постійною швидкістю зносу та подальшою фазою швидкого зносу. Фаза швидкого зносу вказує на те, що інструмент не працює і вимагає відгуку. Форми зносу ріжучих інструментів включають знос клею (зношування холодного зварювання), дифузійний знос, абразивний знос, знос окислення тощо.
На відміну від традиційних інструментів, форма зносу інструментів PCD - це знос клею, дифузійний знос та пошкодження полікристалічного шару. Серед них пошкодження полікристалічного шару є основною причиною, яка проявляється як тонкий колапс леза, спричинений зовнішнім впливом або втратою клею в PDC, утворюючи зазор, який належить до фізичного механічного пошкодження, що може призвести до зменшення точної переробки та скромів рушників. Розмір частинок PCD, форма леза, кут леза, матеріал заготовки та параметри обробки впливатимуть на міцність леза та силу різання, а потім спричинить пошкодження полікристалічного шару. В інженерній практиці відповідний розмір частинок сировини, параметри інструменту та параметри обробки повинні бути обрані відповідно до умов обробки.
4. Тенденція розробки інструментів різання PCD
В даний час діапазон додатків інструменту PCD було розширено від традиційного повороту до буріння, фрезерування, високошвидкісного різання та широко використовується вдома та за кордоном. Швидкий розвиток електромобілів не лише набуло впливу на традиційну автомобільну промисловість, але й принесла безпрецедентні проблеми в індустрію інструментів, закликаючи індустрію інструментів прискорити оптимізацію та інновації.
Широке застосування інструментів різання PCD поглибило та сприяло дослідженню та розробці ріжучих інструментів. При поглибленні досліджень специфікації PDC стають все меншими та меншими, оптимізація якості вдосконалення зерна, рівномірність продуктивності, коефіцієнт шліфування та зношування є вищою та вищою формою та диверсифікацією структури. Дослідження інструментів PCD включають: ① Дослідження та розробка тонкого рівня PCD; ② Дослідження та розробки нових матеріалів інструментів PCD; ③ Дослідження для кращого зварювання інструментів PCD та ще більше зменшення витрат; ④ Дослідження покращує процес подрібнення інструментів PCD для підвищення ефективності; ⑤ Дослідження оптимізує параметри інструментів PCD та використовує інструменти відповідно до локальних умов; ⑥ Дослідження раціонально вибирає параметри різання відповідно до оброблених матеріалів.
короткий підсумок
(1) продуктивність різання інструментів PCD, компенсуйте дефіцит багатьох карбідних інструментів; У той же час, ціна набагато нижча, ніж монокристалічний діамантовий інструмент, в сучасному різанні, є перспективним інструментом;
(2) Відповідно до типу та продуктивності оброблених матеріалів, розумного вибору розміру частинок та параметрів інструментів PCD, що є передумовою виробництва та використання інструментів,
(3) Матеріал PCD має високу твердість, що є ідеальним матеріалом для різання округу ножа, але він також приносить складність для виготовлення ріжучих інструментів. При виробництві, щоб всебічно розглянути труднощі з процесом та обробка потреб, щоб досягти найкращих показників витрат;
(4) Матеріали обробки PCD в окрузі Knife, ми повинні обґрунтовано вибрати параметри різання на основі виконання продуктивності продукції, наскільки це можливо, щоб продовжити термін служби інструменту, щоб досягти балансу терміну експлуатації, ефективності виробництва та якості продукції;
(5) Дослідження та розробка нових матеріалів інструментів PCD для подолання притаманних його недоліків
Ця стаття отримується з "Матеріальна мережа Superhard"
Час посади: 25-2025 рр.
