Инструмент PCD изготовлен из поликристаллического наконечника ножного ножа и карбидного матрицы за счет высокой температуры и спекания высокого давления. Это может не только дать полную игру для преимуществ высокой твердости, высокой теплопроводности, низкого коэффициента трения, низкого коэффициента теплового расширения, небольшого аффинности с металлом и неметального модуля с высокой эластичностью, без расщепления поверхности, изотропной, но также учитывать высокую прочность жесткого аллея.
Термическая стабильность, ударная вязкость и износостойкость являются основными показателями производительности PCD. Поскольку он в основном используется в высокой температуре и среде высокого напряжения, тепловая стабильность является наиболее важной вещью. Исследование показывает, что тепловая стабильность PCD оказывает большое влияние на его устойчивость к износу и вязкость. Данные показывают, что когда температура выше 750 ℃, износостойкость и ударная вязкость PCD обычно снижаются на 5% -10%.
Кристаллическое состояние PCD определяет его свойства. В микроструктуре атомы углерода образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами, получают тетраэдрическую структуру, а затем образуют атомный кристалл, который обладает сильной ориентацией и силой связывания и высокой твердостью. Основные индексы производительности PCD следующие: ① твердость может достигать 8000 HV, 8-12 раз карбида; ② Теплопроводность составляет 700 Вт / мк, 1,5-9 раз, даже выше, чем PCBN и медь; ③ Коэффициент трения, как правило, составляет только 0,1-0,3, гораздо меньше 0,4-1 карбида, что значительно уменьшает силу резки; ④ Коэффициент термического расширения составляет только 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 карбида, что может снизить тепловую деформацию и повысить точность обработки; ⑤ и неметаллические материалы являются менее сродством для формирования узелков.
Кубический нитрид бора обладает сильной устойчивостью к окислению и может обрабатывать железосодержащие материалы, но твердость ниже, чем монокристаллический алмаз, скорость обработки медленная, а эффективность низкая. Монокристаллический бриллиант имеет высокую твердость, но вязкость недостаточна. Анизотропия позволяет легко диссоциации по поверхности (111) под воздействием внешней силы, и эффективность обработки ограничена. PCD является полимером, синтезируемым с помощью алмазных частиц размером с микронным размером определенными средствами. Хаотическая природа неупорядоченного накопления частиц приводит к ее макроскопической изотропной природе, и в прочности растяжения нет поверхности направления и расщепления. По сравнению с однокристаллическим бриллиантом граница зерна PCD эффективно снижает анизотропию и оптимизирует механические свойства.
1. Принципы проектирования режущих инструментов PCD
(1) разумный выбор размера частиц PCD
Теоретически, PCD должен попытаться уточнить зерна, и распределение добавок между продуктами должно быть максимально равномерным, насколько это возможно, чтобы преодолеть анизотропию. Выбор размера частиц PCD также связан с условиями обработки. Вообще говоря, PCD с высокой прочностью, хорошей вязкостью, хорошей ударной стойкостью и тонким зерном можно использовать для отделки или супер отделки, а PCD грубого зерна можно использовать для общей грубой обработки. Размер частиц PCD может значительно повлиять на производительность износа инструмента. Соответствующая литература указывает, что когда зерно сырье большое, износостойкость постепенно увеличивается с уменьшением размера зерна, но когда размер зерна очень мало, это правило не применимо.
Связанные эксперименты выбрали четыре алмазного порошка со средними размерами частиц 10um, 5um, 2um и 1um, и был сделан вывод, что: ① С уменьшением размера частиц сырья диффузии более равномерно; С уменьшением ② износостойкость и теплостойкость PCD постепенно снижались.
(2) разумный выбор формы рта лезвия и толщины лезвия
Форма рта лезвия в основном включает в себя четыре конструкции: перевернутый край, тупой круг, композит с перевернутым краем и острый угол. Островая угловая конструкция делает край острым, скорость резки быстрое, может значительно уменьшить силу резания и заусенца, улучшить качество поверхности продукта, более подходит для низкого кремниевого алюминиевого сплава и другой низкой твердости, однородной необработанной отделки металлов. Тупевкая круглая структура может пассивировать ротовой лезвия, образуя угол R, эффективно предотвращает разрыв лезвия, подходящий для обработки среднего / высокого кремниевого алюминиевого сплава. В некоторых особых случаях, таких как неглубокая глубина резания и небольшой кормление ножа, тупая круглая конструкция является предпочтительной. Структура перевернутого края может увеличивать края и углы, стабилизировать лезвие, но в то же время увеличивает сопротивление давления и резки, что более подходит для высокой кремниевой алюминиевой сплавы с сильным сплавом.
Чтобы облегчить EDM, обычно выбирайте тонкий слой листа PDC (0,3-1,0 мм), а также слой карбида, общая толщина инструмента составляет около 28 мм. Карбисный слой не должен быть слишком толстым, чтобы избежать стратификации, вызванной разницей напряжений между связывающими поверхностями
2, Процесс производства инструментов PCD
Процесс производства инструмента PCD напрямую определяет производительность резки и срок службы инструмента, который является ключом к его применению и разработке. Процесс производства инструмента PCD показан на рисунке 5.
(1) Производство композитных таблеток PCD (PDC)
① Процесс производства PDC
PDC обычно состоит из натурального или синтетического алмазного порошка и связующего агента при высокой температуре (1000-2000 ℃) и высокого давления (5-10 атм). Связывающий агент образует связующий мост с TIC, SIC, FE, CO, NI и т. Д. В качестве основных компонентов, а алмазный кристалл встроен в скелет связывающего моста в форме ковалентной связи. PDC, как правило, превращается в диски с фиксированным диаметром и толщиной, а также измельчение, полированные и другие соответствующие физические и химические обработки. По сути, идеальная форма PDC должна максимально сохранить превосходные физические характеристики монокристаллического алмаза, поэтому добавки в спекании должны быть как можно меньше, одновременно, как можно больше комбинации DD -связей частиц, как можно больше,
② Классификация и выбор связующих
Переплет является наиболее важным фактором, влияющим на термическую стабильность инструмента PCD, который напрямую влияет на его твердость, износостойкость и тепловую стабильность. Общие методы связи PCD: железо, кобальт, никель и другие переходные металлы. В качестве связующего агента использовали смешанный порошок CO, а всеобъемлющие характеристики спекания PCD были лучшими, когда давление синтеза составляло 5,5 ГПа, температура спекания составляла 1450 ℃, а изоляция в течение 4 минут. SIC, TIC, WC, TIB2 и другие керамические материалы. SIC Термическая стабильность SIC лучше, чем у CO, но твердость и прочность на перелом относительно низки. Соответствующее сокращение размера сырья может улучшить твердость и прочность PCD. Нет клея, с графитами или другими источниками углерода при сверхвысокой температуре и высоком давлении сжигается в наноразмерном полимерном бриллианте (NPD). Использование графита в качестве предшественника для приготовления NPD является наиболее требовательным условием, но синтетический NPD имеет самую высокую твердость и лучшие механические свойства.
Выбор и контроль ③ зерна
Сырье алмазной порошок является ключевым фактором, влияющим на производительность PCD. Предварительная обработка алмазного микропоудера, добавление небольшого количества веществ, препятствующих росту частиц алмаза и разумного отбора адаптационных добавок, может ингибировать рост аномальных алмазных частиц.
Высокий чистый NPD с равномерной структурой может эффективно устранить анизотропию и еще больше улучшить механические свойства. Порошок предшественника нанографического предшественника, приготовленный методом шлифования с высоким энергопотреблением шариками, использовался для регулирования содержания кислорода при высокой температуре, преобразующем графит в алмаз под 18 ГПа и 2100-2300 ℃, генерируя ламеллу и гранулированную NPD, а твердость увеличивалась с уменьшением толщины ламеллы.
④ Поздняя химическая обработка
При той же температуре (200 ° ℃) и времени (20 часов) эффект удаления кобальта кислоты Fecl3 был значительно лучше, чем у воды, а оптимальное соотношение HCl составило 10-15 г / 100 мл. Тепловая стабильность PCD улучшается по мере увеличения глубины удаления кобальта. Для крупнозернистого роста PCD сильная кислотная обработка может полностью удалить СО, но оказывает большое влияние на эффективность полимера; Добавление TIC и WC для изменения синтетической поликристаллической структуры и объединения с сильной кислотой обработкой для улучшения стабильности PCD. В настоящее время процесс приготовления материалов PCD улучшается, прочность продукта хороша, анизотропия значительно улучшилась, быстро развивалась коммерческая добыча, связанные отрасли развиваются.
(2) Обработка лезвия PCD
① Процесс резки
PCD обладает высокой твердостью, хорошей износостойной стойкостью и высоким процессом резки.
② Процедура сварки
PDC и тело ножа с помощью механического зажима, склеивания и пайки. Brazing предназначена для нажатия PDC на карбидном матрице, включая вакуумную пабу, диффузионную сварку вакуума, высокочастотное индукционное отопление, лазерная сварка и т. Д. Качество сварки связано с потоком, сварочной сплавой и температурой сварки. Температура сварки (как правило, ниже 700 ° ℃) оказывает наибольшее воздействие, температура слишком высока, легко вызывает графитизацию PCD или даже «перегорание», что напрямую влияет на эффект сварки, и слишком низкая температура приведет к недостаточной прочности сварки. Температура сварки может контролироваться временем изоляции и глубиной покраснения PCD.
③ Процесс шлифования лезвия
Процесс шлифования инструментов PCD является ключом к процессу производства. Как правило, пиковое значение лезвия и лезвия находится в пределах 5 мм, а радиус дуги находится в пределах 4 мм; Передняя и задняя поверхность режущей поверхности обеспечивают определенную поверхность поверхности и даже уменьшают рам -поверхность передней режущей поверхности до 0,01 мкм, чтобы удовлетворить требования зеркала, заставить чипсы течь вдоль поверхности переднего ножа и предотвратить прилипанный нож.
Процесс шлифования лезвия включает в себя механическое шлифование лезвия бриллиантового шлифования, измельчение Electric Spark Blade (EDG), металлическое переплетение супер твердого абразивного шлифовального руля онлайн -электролитического шлифования лезвия (ELID), композитное измельчение шлифования лезвия. Среди них алмазное шлифование механического шлифования лезвия является наиболее зрелым, наиболее широко используемым.
Похожие эксперименты: ① Грубое шлифовальное колесо частиц приведет к серьезным коллапсу лезвия, а размер частиц шлифовального колеса уменьшается, и качество лезвия становится лучше; Размер частиц ② шлифовального колеса тесно связан с качеством лезвия мелких частиц или ультрафийных инструментов PCD частицы, но оказывает ограниченное влияние на грубые инструменты PCD частиц.
Связанные исследования дома и за рубежом в основном фокусируются на механизме и процессе шлифования лезвий. В механизме шлифования лезвия термохимическое удаление и механическое удаление являются доминирующими, а хрупкое удаление и удаление усталости относительно невелики. При измельчении, в соответствии с прочностью и теплостойкостью различных связующих агентских шлифовальных дисков, улучшайте скорость и частоту колебания шлифовального колеса, насколько это возможно, избегайте избавления от усталости, улучшайте долю термохимического удаления и уменьшайте шероховатость поверхности. Шероховатость поверхности сухого шлифования низкая, но легко из -за высокой температуры обработки, ожоговой поверхности инструмента,
Процесс шлифования лезвий должен обратить внимание на: ① Выберите разумные параметры процесса шлифования лезвия, может сделать качество края во рту более превосходным, передовой и задней поверхности лезвия выше. Однако также рассмотрим высокую силу шлифования, большие потери, низкую эффективность шлифования, высокую стоимость; ② Выберите разумное качество шлифовального колеса, включая тип связующего, размер частиц, концентрацию, переплет, шлифовальное колесо, с разумными условиями шлифования сухого и влажного лезвия, могут оптимизировать передний и задний угол инструмента, значение пассивации ножа и другие параметры, при этом улучшить качество поверхности инструмента.
Различные привязки алмаза имеют разные характеристики, а также различные механизм шлифования и эффект. Смоловое связующее алмазное песчаное колесо мягкое, шлифовальные частицы легко опадают преждевременно, не имеют термостойкости, поверхность легко деформируется из -за тепла, поверхность шлифования лезвия подвержена изнашиванию следов, большой шероховатости; Металлическое переплетение алмазного измельчения сохраняется резким путем измельчения измельчения, хорошей формируемости, всплывающего всплеска, низкой шероховатости поверхности шлифования лезвия, более высокой эффективности, однако способность связывания измельчающих частиц делает самостоятельное обострение плохим, а режущий край легко оставить ударный зазор, вызывая серьезное маргинальное повреждение; Керамическое переплетное измельчение алмаза имеет умеренную прочность, хорошие характеристики самовыражения, больше внутренних пор, удаление пыли и рассеяние тепла, могут адаптироваться к различной охлажденной жидкости, низкой температуре шлифования, шлифовальное колесо меньше изношены, удержание хорошей формы, точность самой высокой эффективности, однако, корпус из фонарического шлифования и связующего связующего, к формированию PIT на поверхности инструмента. Используйте в соответствии с материалами обработки, комплексной эффективностью шлифования, абразивной долговечностью и качеством поверхности заготовки.
Исследование эффективности шлифования в основном фокусируется на повышении производительности и затрат на контроль. Как правило, скорость шлифования Q (удаление PCD на единицу времени) и коэффициент износа G (соотношение удаления PCD к потере шлифовального колеса) используются в качестве критериев оценки.
Немецкий ученый из шлифования PCD -инструмента Kenter с постоянным давлением, тест: ① Увеличивает скорость шлифовального колеса, размер частиц PDC и концентрация охлаждающей жидкости, соотношение скорости шлифования и износа уменьшаются; ② увеличивает размер шлифовальной частицы, увеличивает постоянное давление, увеличивает концентрацию алмаза в шлифовальном колесе, скорость шлифования и увеличение износа; ③ Тип связующего отличается, коэффициент скорости шлифования и износа отличаются. Кентер Процесс шлифования лезвия инструмента PCD был систематически изучен, но влияние процесса шлифования лезвия не было анализировано систематически.
3. Использование и сбой инструментов резки PCD
(1) Выбор параметров резки инструмента
В течение начального периода инструмента PCD острый края расти постепенно проходили, и качество поверхности обработки стало лучше. Пассивация может эффективно удалять микромел и небольшие заусенцы, приведенные при шлифовании лезвия, улучшить качество поверхности режущей кромки и в то же время образуют круглый радиус края для сжатия и восстановления обработанной поверхности, тем самым улучшая качество поверхности заготовки.
Сплав на поверхности инструмента PCD, скорость резки, как правило, составляет 4000 м / мин, обработка отверстий, как правило, составляет 800 м / мин, обработка высокоэластичной пластиковой пластиковой металла должна потребовать более высокую скорость поворота (300-1000 м / мин). Объем подачи обычно рекомендуется между 0,08-0,15 мм/р. Слишком большой объем подачи, повышенная сила резки, увеличение остаточной геометрической площади поверхности заготовки; Слишком маленький объем кормления, увеличение резки и увеличение износа. Глубина резки увеличивается, сила резки увеличивается, резка тепло увеличивается, срок службы уменьшается, чрезмерная глубина резания может легко вызвать коллапс лезвия; Небольшая глубина резки приведет к упрочнению, износу и даже обрушению лезвия.
(2) носить форму
Заготовка по обработке инструментов, из -за трения, высокой температуры и других причин, износ неизбежен. Ношение алмазного инструмента состоит из трех этапов: начальной фазы быстрого износа (также известной как фаза перехода), стабильную фазу износа с постоянной скоростью износа и последующей фазой быстрого износа. Фаза быстрого износа указывает на то, что инструмент не работает и требует ареста. Формы износа режущих инструментов включают клейкий износ (износ холодного сварки), диффузионный износ, абразивный износ, окисление и т. Д.
В отличие от традиционных инструментов, формой износа инструментов PCD является клейкий износ, диффузионный износ и повреждение поликристаллического слоя. Среди них повреждение поликристаллического слоя является основной причиной, которая проявляется как тонкий коллапс лезвия, вызванный внешним воздействием или потерей клея в PDC, образуя пробел, который принадлежит к физическому механическому повреждению, что может привести к снижению точности обработки и отходу проработчиков. Размер частиц PCD, форма лезвия, угол лезвия, материал заготовки и параметры обработки будут влиять на прочность лезвия лезвия и силу резания, а затем вызовут повреждение поликристаллического слоя. В инженерной практике соответствующий размер частиц сырья, параметры инструмента и параметры обработки должны быть выбраны в соответствии с условиями обработки.
4. Тенденция разработки режущих инструментов PCD
В настоящее время диапазон приложений инструмента PCD был расширен от традиционного поворота до бурения, фрезерования, высокоскоростной резки, и широко использовался дома и за рубежом. Быстрое развитие электромобилей не только оказало влияние на традиционную автомобильную промышленность, но и принесла беспрецедентные проблемы для индустрии инструментов, призывая индустрии инструментов ускорить оптимизацию и инновации.
Широкое применение режущих инструментов PCD углубило и продвигает исследования и разработки режущих инструментов. При углублении исследований спецификации PDC становятся меньше и меньше, оптимизация качества уфинации зерна, однородность производительности, скорость шлифования и коэффициент износа выше и выше, диверсификация формы и структуры. Направления исследований инструментов PCD включают в себя: ① исследования и разработка тонкого уровня PCD; ② Изучить и разрабатывать новые материалы для инструментов PCD; ③ Исследования для лучшей сварки инструментов PCD и дальнейшего снижения стоимости; ④ Исследование улучшает процесс шлифования лезвий для инструментов PCD для повышения эффективности; ⑤ Исследуйте оптимизирует параметры инструмента PCD и использует инструменты в соответствии с локальными условиями; ⑥ Исследование Рационально выбирает параметры резки в соответствии с обработанными материалами.
Краткое резюме
(1) производительность резки инструмента PCD, компенсируйте нехватку многих карбидных инструментов; В то же время цена намного ниже, чем монокристаллический бриллиантовый инструмент, в современной резке, является многообещающим инструментом;
(2) Согласно типу и производительности обработанных материалов, разумный выбор размера частиц и параметров инструментов PCD, который является предпосылкой производства и использования инструментов,
(3) Материал PCD имеет высокую твердость, которая является идеальным материалом для резки округа Нож, но также вызывает сложность производства режущих инструментов. При производстве, чтобы всесторонне рассмотреть сложность процесса и потребности в обработке, чтобы достичь наилучшей производительности затрат;
(4) Материалы для обработки PCD в округе Ножи, мы должны разумно выбрать параметры резки на основе выполнения производительности продукта, насколько это возможно, чтобы продлить срок службы инструмента для достижения баланса срока службы инструмента, эффективности производства и качества продукта;
(5) Изучить и разработать новые материалы для инструментов PCD, чтобы преодолеть свои неотъемлемые недостатки
Эта статья получена из "Superhard Material Network"
Пост времени: марта 25-2025
