Lo strumento PCD è realizzato in punta di coltello a diamante policristallino e matrice in carburo attraverso la sinterizzazione ad alta temperatura e ad alta pressione. Non solo può dare pieno gioco ai vantaggi dell'elevata durezza, dell'elevata conducibilità termica, del coefficiente di attrito a bassa attrito, del coefficiente di espansione termica bassa, delle piccole affinità con metallo e non metallo, modulo elastico elevato, nessuna superficie di scissione, isotropica, ma anche tenendo conto dell'alta resistenza dell'alley forte.
La stabilità termica, la resistenza all'impatto e la resistenza all'usura sono i principali indicatori di prestazione del PCD. Poiché è principalmente utilizzato in un ambiente ad alta temperatura e ad alto stress, la stabilità termica è la cosa più importante. Lo studio mostra che la stabilità termica del PCD ha un grande impatto sulla sua resistenza all'usura e sulla resistenza all'impatto. I dati mostrano che quando la temperatura è superiore a 750 ℃, la resistenza all'usura e la resistenza all'impatto della PCD generalmente diminuiscono del 5% -10%.
Lo stato cristallino del PCD determina le sue proprietà. Nella microstruttura, gli atomi di carbonio formano legami covalenti con quattro atomi adiacenti, ottengono la struttura tetraedrica e quindi formano il cristallo atomico, che ha un forte orientamento e forza di legame e alta durezza. I principali indici di prestazione di PCD sono i seguenti: ① La durezza può raggiungere 8000 HV, 8-12 volte di carburo; ② La conducibilità termica è di 700 W / Mk, 1,5-9 volte, persino superiore a PCBN e rame; ③ Il coefficiente di attrito è generalmente solo 0,1-0,3, molto meno di 0,4-1 di carburo, riducendo significativamente la forza di taglio; ④ Il coefficiente di espansione termica è solo 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 di carburo, che può ridurre la deformazione termica e migliorare l'accuratezza della lavorazione; ⑤ ⑤ e i materiali non metallici sono meno affinità per formare noduli.
Il nitruro di boro cubico ha una forte resistenza all'ossidazione e può elaborare materiali contenenti ferro, ma la durezza è inferiore al diamante cristallino singolo, la velocità di elaborazione è lenta e l'efficienza è bassa. Il diamante a cristallo singolo ha un'alta durezza, ma la tenacità è insufficiente. L'anisotropia semplifica la dissociazione lungo la superficie (111) sotto l'impatto della forza esterna e l'efficienza di elaborazione è limitata. PCD è un polimero sintetizzato da particelle di diamante a dimensioni di micron con determinati mezzi. La natura caotica dell'accumulo disordinato di particelle porta alla sua natura isotropica macroscopica e non esiste una superficie direzionale e di scissione nella resistenza alla trazione. Rispetto al diamante a cristallo singolo, il limite del grano del PCD riduce efficacemente l'anisotropia e ottimizza le proprietà meccaniche.
1. Progettazioni di progettazione degli utensili da taglio PCD
(1) ragionevole selezione della dimensione delle particelle PCD
Teoricamente, la PCD dovrebbe cercare di perfezionare i grani e la distribuzione degli additivi tra i prodotti dovrebbe essere il più uniforme possibile per superare l'anisotropia. La scelta della dimensione delle particelle della PCD è anche correlata alle condizioni di elaborazione. In generale, PCD con alta resistenza, buona tenacità, buona resistenza all'impatto e grano fine può essere utilizzato per la finitura o la finitura super e PCD di grano grossolana può essere utilizzato per la lavorazione ruvida generale. La dimensione delle particelle della PCD può influire significativamente sulle prestazioni di usura dello strumento. La letteratura pertinente sottolinea che quando la grana delle materie prime è grande, la resistenza all'usura aumenta gradualmente con la diminuzione della dimensione del grano, ma quando la dimensione del grano è molto piccola, questa regola non è applicabile.
Esperimenti correlati hanno selezionato quattro diamanti in polvere con particelle medie di 10um, 5um, 2um e 1um, e si è concluso che: ① Con la diminuzione della dimensione delle particelle di materia prima, CO si diffonde in modo più uniforme; Con la diminuzione di ②, la resistenza all'usura e la resistenza al calore del PCD sono gradualmente diminuite.
(2) Scelta ragionevole della forma della bocca della lama e dello spessore della lama
La forma della bocca della lama comprende principalmente quattro strutture: bordo invertito, cerchio contundente, bordo invertito Blunt Circle composito e angolo affilato. La struttura angolare affilata rende il bordo affilato, la velocità di taglio è rapida, può ridurre significativamente la forza di taglio e la bava, migliorare la qualità della superficie del prodotto, è più adatto per una bassa lega di alluminio silicio e altre basse durezza, una finitura uniforme non ferrosa in metallo. La struttura rotonda ottusa può passivare la bocca della lama, formando un angolo di R, impedire effettivamente la rottura della lama, adatta per la lavorazione della lega di alluminio in silicio medio / alto. In alcuni casi speciali, come la profondità di taglio superficiale e l'alimentazione dei coltelli, è preferita la struttura rotonda contundente. La struttura del bordo invertito può aumentare i bordi e gli angoli, stabilizzare la lama, ma allo stesso tempo aumenterà la pressione e la resistenza al taglio, più adatto alla lega di alluminio al silicio ad alto taglio a carico pesante.
Per facilitare l'EDM, di solito scegli uno strato di foglio PDC sottile (0,3-1,0 mm), più lo strato di carburo, lo spessore totale dello strumento è di circa 28 mm. Lo strato in carburo non deve essere troppo spesso per evitare la stratificazione causata dalla differenza di stress tra le superfici di legame
2, processo di produzione degli strumenti PCD
Il processo di produzione dello strumento PCD determina direttamente le prestazioni di taglio e la durata dello strumento, che è la chiave per l'applicazione e lo sviluppo. Il processo di produzione dello strumento PCD è mostrato nella Figura 5.
(1) Produzione di compresse composite PCD (PDC)
① Processo di produzione del PDC
Il PDC è generalmente composto da polvere di diamante naturale o sintetica e agente di legame ad alta temperatura (1000-2000 ℃) e alta pressione (5-10 atm). L'agente di legame forma il ponte di legame con Tic, SIC, Fe, CO, NI, ecc. Come componenti principali e il cristallo di diamante è incorporato nello scheletro del ponte di legame sotto forma di legame covalente. Il PDC viene generalmente trasformato in dischi con diametro e spessore fisso e macinazione e lucidati e altri corrispondenti trattamenti fisici e chimici. In sostanza, la forma ideale di PDC dovrebbe conservare il più possibile le eccellenti caratteristiche fisiche del diamante a cristallo singolo, quindi, gli additivi nel corpo della sinterizzazione dovrebbero essere il meno possibile, allo stesso tempo, la combinazione di legame DD di particelle il più possibile,
② Classificazione e selezione dei leganti
Il legante è il fattore più importante che influenza la stabilità termica dello strumento PCD, che influisce direttamente sulla sua durezza, resistenza all'usura e stabilità termica. I metodi comuni di legame PCD sono: ferro, cobalto, nichel e altri metalli di transizione. La polvere mista CO e W è stata usata come agente di legame e le prestazioni complete del PCD di sinterizzazione erano le migliori quando la pressione di sintesi era di 5,5 GPa, la temperatura di sinterizzazione era di 1450 ℃ e l'isolamento per 4 minuti. SIC, TIC, WC, TIB2 e altri materiali in ceramica. SIC La stabilità termica di SIC è migliore di quella di CO, ma la durezza e la resistenza alla frattura sono relativamente basse. Una riduzione adeguata delle dimensioni delle materie prime può migliorare la durezza e la tenacità del PCD. Nessun adesivo, con grafite o altre fonti di carbonio nella temperatura ultra-alta e ad alta pressione bruciate in un diamante polimero su nanoscala (NPD). L'uso della grafite come precursore per preparare NPD è le condizioni più impegnative, ma l'NPD sintetico ha la massima durezza e le migliori proprietà meccaniche.
Selezione e controllo dei cereali ③
La polvere di diamante a materia prima è un fattore chiave che colpisce le prestazioni del PCD. Pretrattare la micropowder diamante, aggiungendo una piccola quantità di sostanze che ostacolano la crescita anormale delle particelle di diamante e la ragionevole selezione di additivi sinteriosi può inibire la crescita di particelle di diamante anormali.
L'alto NPD puro con una struttura uniforme può eliminare efficacemente l'anisotropia e migliorare ulteriormente le proprietà meccaniche. La polvere di precursore della nanografia preparata con il metodo di macinazione della palla ad alta energia è stata utilizzata per regolare il contenuto di ossigeno a pre-finestra di alta temperatura, trasformando la grafite in diamante sotto 18 GPA e 2100-2300 ℃, generando lamella e NPD granulare e la durezza aumentata con il diminuzione dello spessore della lamella.
④ Trattamento chimico tardivo
Alla stessa temperatura (200 ° ℃) e tempo (20H), l'effetto di rimozione del cobalto di Lewis Acid-FECL3 era significativamente migliore di quello dell'acqua e il rapporto ottimale di HCl era 10-15 g / 100 ml. La stabilità termica del PCD migliora all'aumentare della profondità di rimozione del cobalto. Per la crescita a grana grossa PCD, un forte trattamento con acido può rimuovere completamente la CO, ma ha una grande influenza sulle prestazioni del polimero; Aggiunta di TIC e WC per cambiare la struttura policristale sintetica e combinare con un forte trattamento con acido per migliorare la stabilità del PCD. Al momento, il processo di preparazione dei materiali PCD sta migliorando, la durezza del prodotto è buona, l'anisotropia è stata notevolmente migliorata, ha realizzato la produzione commerciale, le industrie correlate si stanno sviluppando rapidamente.
(2) Elaborazione della lama PCD
① Processo di taglio
Il PCD ha un'elevata durezza, una buona resistenza all'usura e un processo di taglio elevato.
② Procedura di saldatura
PDC e il corpo del coltello per morsetto meccanico, legame e brasatura. Il brasatura è quello di premere il PDC sulla matrice in carburo, incluso il brasatura a vuoto, la saldatura della diffusione del vuoto, il brasatura del riscaldamento ad alta frequenza ad alta frequenza, la saldatura laser, ecc. La qualità della saldatura è correlata al flusso, alla lega di saldatura e alla temperatura di saldatura. La temperatura di saldatura (generalmente inferiore a 700 ° ℃) ha il maggiore impatto, la temperatura è troppo elevata, facile da causare la grafitizzazione PCD o persino "eccessivamente brucia", che influisce direttamente sull'effetto di saldatura e la temperatura troppo bassa porterà a una potenza di saldatura insufficiente. La temperatura di saldatura può essere controllata dal tempo di isolamento e dalla profondità del rossore della PCD.
③ processo di macinazione della lama
Il processo di macinazione degli strumenti PCD è la chiave per il processo di produzione. Generalmente, il valore di picco della lama e della lama si trova entro 5um e il raggio dell'arco è entro 4um; La superficie di taglio anteriore e posteriore garantisce una certa finitura superficiale e persino riduce la superficie di taglio anteriore RA a 0,01 μ m per soddisfare i requisiti dello specchio, far scorrere i chip lungo la superficie del coltello anteriore e prevenire il coltello attaccante.
Il processo di macinazione della lama include macinazione meccanica con ruota di macinazione diamante, macinazione della lama di scintilla elettrica (EDG), legante metallico Super duro abrasivo Ruota abrasiva online Elettrolitica Elettrolitica Macinatura a lama (ELID), macinatura a lama composita. Tra questi, la macinazione della lama meccanica con ruota di diamante è la più matura, la più utilizzata.
Esperimenti correlati: ① La ruota di macinazione delle particelle grossolane porterà a un grave collasso della lama e la dimensione delle particelle della ruota di macinazione diminuisce e la qualità della lama diventa migliore; La dimensione delle particelle della ruota di macinazione ② è strettamente correlata alla qualità della lama di particelle fini o strumenti PCD di particelle ultrafini, ma ha un effetto limitato su strumenti PCD di particelle grossolane.
La ricerca correlata in patria e all'estero si concentra principalmente sul meccanismo e sul processo di macinazione della lama. Nel meccanismo di macinazione della lama, la rimozione termochimica e la rimozione meccanica sono dominanti e la rimozione fragile e la rimozione della fatica sono relativamente piccole. Quando la macinazione, in base alla resistenza e alla resistenza al calore di diverse ruote di macinazione del diamante di agente di legame, migliora la velocità e la frequenza di oscillazione della ruota di macinazione per quanto possibile, evitare la fragilità e la rimozione della fatica, migliorare la proporzione di rimozione termochimica e ridurre la rugosità superficiale. La rugosità superficiale della macinazione secca è bassa, ma facilmente a causa dell'elevata temperatura di lavorazione, superficie dell'utensile di ustioni,
Il processo di macinazione della lama deve prestare attenzione a: ① Scegliere i parametri di processo di macinazione della lama ragionevoli, può rendere più eccellente la qualità della bocca più eccellente, la superficie della lama anteriore e posteriore più alta. Tuttavia, considera anche la forza di macinazione elevata, la grande perdita, la bassa efficienza di macinazione, il costo elevato; ② Selezionare la qualità della ruota di macinazione ragionevole, incluso il tipo di legante, la dimensione delle particelle, la concentrazione, il legante, la medicazione della rotaia, con condizioni di macinazione della lama secca e bagnata ragionevoli, può ottimizzare l'angolo angolo e posteriore dell'utensile, il valore di passivizione della punta del coltello e altri parametri, migliorando al contempo la qualità della superficie dello strumento.
La ruota di macinazione diamante di legame diverse ha caratteristiche diverse e meccanismo ed effetto di macinazione diversi. La ruota di sabbia di diamante in resina è morbida, le particelle di macinazione sono facili da cadere prematuramente, non avendo una resistenza al calore, la superficie è facilmente deformata dal calore, la superficie di macinazione della lama è soggetta a segni di usura, grande rugosità; La ruota di macinazione del diamante in metallo viene mantenuta affilata mediante schiacciamento, buona formabilità, navigazione, bassa rugosità superficiale della macinatura della lama, maggiore efficienza, tuttavia, la capacità di legame delle particelle di macinazione rende scarsa l'autorizzazione e il taglio è facile da lasciare un divario di impatto, causando gravi danni marginali; Il ruota di macinazione del diamante in ceramica ha una resistenza moderata, una buona prestazione di auto-eccitazione, più pori interni, favford rimozione della polvere e dissipazione del calore, possono adattarsi a una varietà di refrigerante, la bassa temperatura di macinazione, la ruota di macinazione è meno usurata, la mantenimento della buona forma, l'accuratezza della massima efficienza, tuttavia, il corpo della macinatura diamante e il legame conduce alla formazione della superficie dello strumento. Utilizzare in base ai materiali di lavorazione, all'efficienza di macinazione completa, alla durata abrasiva e alla qualità della superficie del pezzo.
La ricerca sull'efficienza di macinazione si concentra principalmente sul miglioramento dei costi di produttività e controllo. Generalmente, la velocità di macinazione Q (rimozione del PCD per unità di tempo) e il rapporto di usura G (rapporto tra rimozione di PCD e perdita di ruota di macinazione) sono utilizzati come criteri di valutazione.
Strumento PCD di macinatura Kenter tedesca Kenter con pressione costante, test: ① Aumenta la velocità della ruota di macinazione, la dimensione delle particelle PDC e la concentrazione del liquido di raffreddamento, la velocità di macinazione e il rapporto di usura sono ridotti; ② Aumenta la dimensione delle particelle di macinazione, aumenta la pressione costante, aumenta la concentrazione di diamante nella ruota di macinazione, aumento della velocità di macinazione e del rapporto di usura; ③ Il tipo di legante è diverso, la velocità di macinazione e il rapporto di usura è diverso. Kenter Il processo di rettifica della lama dello strumento PCD è stato studiato sistematicamente, ma l'influenza del processo di macinazione della lama non è stata analizzata sistematicamente.
3. Uso e guasto di utensili da taglio PCD
(1) Selezione dei parametri di taglio degli strumenti
Durante il periodo iniziale dello strumento PCD, la bocca tagliente è gradualmente passata e la qualità della superficie di lavorazione è migliorata. La passione può rimuovere efficacemente il micro gap e le piccole barate portate dalla macinatura della lama, migliorare la qualità della superficie del tagliente e, allo stesso tempo, forma un raggio del bordo circolare per spremere e riparare la superficie trasformata, migliorando così la qualità della superficie del pezzo.
La lega di alluminio di macinazione della superficie della superficie del PCD, la velocità di taglio è generalmente in 4000 m / min, l'elaborazione dei fori è generalmente in 800 m / min, l'elaborazione di metallo non ferroso ad alta plastica elastica dovrebbe assumere una velocità di svolta più elevata (300-1000 m / min). Il volume di alimentazione è generalmente raccomandato tra 0,08-0,15 mm/r. Volume di alimentazione troppo grande, aumento della forza di taglio, aumento dell'area geometrica residua della superficie del pezzo; Volume di alimentazione troppo piccolo, aumento del calore di taglio e aumento dell'usura. La profondità di taglio aumenta, la forza di taglio aumenta, il calore di taglio aumenta, la vita diminuisce, la profondità di taglio eccessiva può facilmente causare il collasso della lama; Piccola profondità di taglio porterà a indurioni di lavorazione, usura e persino crollo della lama.
(2) Forma di usura
Il pezzo di lavoro di elaborazione degli strumenti, a causa di attrito, alta temperatura e altri motivi, l'usura è inevitabile. L'usura dello strumento di diamanti è costituita da tre fasi: la fase iniziale di usura rapida (nota anche come fase di transizione), la fase di usura stabile con un tasso di usura costante e la successiva fase di usura rapida. La fase di usura rapida indica che lo strumento non funziona e richiede la riconsegna. Le forme di usura di utensili da taglio includono usura adesiva (usura di saldatura fredda), usura di diffusione, usura abrasiva, usura di ossidazione, ecc.
Diversamente dagli strumenti tradizionali, la forma di usura degli strumenti PCD è l'usura adesiva, l'usura della diffusione e il danno a strato policristallino. Tra questi, il danno dello strato di policristallo è la ragione principale, che si manifesta come un sottile collasso della lama causata da un impatto esterno o dalla perdita di adesivo in PDC, che formano un gap, che appartiene a danni meccanici fisici, che possono portare alla riduzione della precisione di elaborazione e al rottame dei pezzi di lavoro. La dimensione delle particelle della PCD, la forma della lama, l'angolo della lama, il materiale del pezzo e i parametri di elaborazione influenzeranno la resistenza alla lama e la forza di taglio, quindi causano il danno dello strato policristallo. Nella pratica ingegneristica, la dimensione delle particelle di materia prima appropriata, i parametri dello strumento e i parametri di elaborazione devono essere selezionati in base alle condizioni di elaborazione.
4. Tendenza di sviluppo degli utensili da taglio PCD
Al momento, la gamma di applicazioni dello strumento PCD è stata ampliata dalla tradizionale svolta a perforazione, fresatura, taglio ad alta velocità ed è stato ampiamente utilizzato in patria e all'estero. Il rapido sviluppo di veicoli elettrici non ha solo portato a impatto sull'industria automobilistica tradizionale, ma ha anche portato sfide senza precedenti all'industria degli strumenti, esortando l'industria degli strumenti ad accelerare l'ottimizzazione e l'innovazione.
L'ampia applicazione di utensili da taglio PCD si è approfondita e ha promosso la ricerca e lo sviluppo di utensili da taglio. Con l'approfondimento della ricerca, le specifiche del PDC stanno diventando sempre più piccole, l'ottimizzazione della qualità del perfezionamento del grano, l'uniformità delle prestazioni, il tasso di macinazione e il rapporto di usura sono sempre più elevati, la diversificazione della forma e della struttura. Le direzioni di ricerca degli strumenti PCD includono: ① Ricerca e sviluppare sottili strati PCD; ② Ricerca e sviluppa nuovi materiali per gli strumenti PCD; ③ Ricerca per migliorare gli strumenti PCD di saldatura e ridurre ulteriormente i costi; ④ La ricerca migliora il processo di macinazione della lama degli strumenti PCD per migliorare l'efficienza; ⑤ La ricerca ottimizza i parametri dello strumento PCD e utilizza gli strumenti in base alle condizioni locali; ⑥ La ricerca seleziona razionalmente i parametri di taglio in base ai materiali trasformati.
Breve riassunto
(1) Prestazioni di taglio degli strumenti PCD, compensare la carenza di molti strumenti di carburo; Allo stesso tempo, il prezzo è molto più basso rispetto allo strumento a diamante a singolo cristallo, nel taglio moderno, è uno strumento promettente;
(2) In base al tipo e alle prestazioni dei materiali trasformati, una ragionevole selezione della dimensione delle particelle e dei parametri degli strumenti PCD, che è la premessa della produzione e dell'uso degli strumenti,
(3) Il materiale PCD ha un'alta durezza, che è il materiale ideale per il taglio della Contea di Knife, ma porta anche la difficoltà per la produzione di utensili. In caso di produzione, considerare in modo completo le esigenze di difficoltà del processo e di elaborazione, al fine di ottenere le migliori prestazioni dei costi;
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(5) Ricerca e sviluppare nuovi materiali per lo strumento PCD per superare i suoi inconvenienti intrinseci
Questo articolo è proveniente da "rete di materiali superhard"
Post Time: mar-25-2025
