A ferramenta PCD é feita de ponta de faca de diamante policristalina e matriz de carboneto por meio de alta temperatura e sinterização de alta pressão. Ele pode não apenas dar um jogo completo às vantagens de alta dureza, alta condutividade térmica, coeficiente de baixo atrito, coeficiente de expansão térmica baixo, pequena afinidade com metal e não-metal, alto módulo de elástico, sem superfície de clivagem, isotrópico, mas também levar em consideração a alta força da liga hard.
A estabilidade térmica, a resistência ao impacto e a resistência ao desgaste são os principais indicadores de desempenho do PCD. Como é usado principalmente em ambiente de alta e alta tensão, a estabilidade térmica é a coisa mais importante. O estudo mostra que a estabilidade térmica do PCD tem um grande impacto em sua resistência ao desgaste e resistência ao impacto. Os dados mostram que, quando a temperatura é superior a 750 ℃, a resistência ao desgaste e a resistência ao impacto do PCD geralmente diminuem em 5% a 10%.
O estado cristalino do PCD determina suas propriedades. Na microestrutura, os átomos de carbono formam ligações covalentes com quatro átomos adjacentes, obtêm a estrutura tetraédrica e depois formam o cristal atômico, que possui forte orientação e força de ligação e alta dureza. Os principais índices de desempenho do PCD são os seguintes: ① A dureza pode atingir 8000 HV, 8 a 12 vezes de carboneto; ② A condutividade térmica é de 700W / Mk, 1,5-9 vezes, ainda maior que o PCBN e o cobre; ③ O coeficiente de atrito geralmente é de apenas 0,1-0,3, muito menor que 0,4-1 de carboneto, reduzindo significativamente a força de corte; ④ O coeficiente de expansão térmica é de apenas 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 de carboneto, o que pode reduzir a deformação térmica e melhorar a precisão do processamento; Materiais e materiais não metálicos são menos afinidade para formar nódulos.
O nitreto de boro cúbico tem forte resistência a oxidação e pode processar materiais contendo ferro, mas a dureza é menor que o diamante de cristal único, a velocidade de processamento é lenta e a eficiência é baixa. O diamante de cristal único tem alta dureza, mas a resistência é insuficiente. A anisotropia facilita a dissociação ao longo da superfície (111) sob o impacto da força externa, e a eficiência do processamento é limitada. O PCD é um polímero sintetizado por partículas de diamante do tamanho de mícrons por certos meios. A natureza caótica do acúmulo desordenado de partículas leva à sua natureza isotrópica macroscópica, e não há superfície direcional e de clivagem na resistência à tração. Comparado com o diamante de cristal único, o limite de grão do PCD reduz efetivamente a anisotropia e otimiza as propriedades mecânicas.
1. Princípios de design de ferramentas de corte de PCD
(1) Seleção razoável do tamanho de partícula PCD
Teoricamente, o PCD deve tentar refinar os grãos, e a distribuição de aditivos entre produtos deve ser o mais uniforme possível para superar a anisotropia. A escolha do tamanho de partícula PCD também está relacionada às condições de processamento. De um modo geral, o PCD com alta resistência, boa tenacidade, boa resistência ao impacto e grãos finos podem ser usados para acabamento ou super acabamento, e o PCD de grãos grossos pode ser usado para usinagem áspera geral. O tamanho da partícula PCD pode afetar significativamente o desempenho do desgaste da ferramenta. A literatura relevante ressalta que, quando o grão da matéria -prima é grande, a resistência ao desgaste aumenta gradualmente com a diminuição do tamanho do grão, mas quando o tamanho do grão é muito pequeno, essa regra não é aplicável.
Experimentos relacionados selecionaram quatro pó de diamante com tamanhos médios de partículas de 10um, 5um, 2um e 1um, e concluiu -se que: ① Com a diminuição do tamanho das partículas da matéria -prima, CO se difunde de maneira mais uniforme; Com a diminuição de ②, a resistência ao desgaste e a resistência ao calor do PCD diminuíram gradualmente.
(2) Escolha razoável da forma da boca da lâmina e espessura da lâmina
A forma de boca da lâmina inclui principalmente quatro estruturas: borda invertida, círculo contundente, composto de círculo contado de borda invertida e ângulo nítido. A estrutura angular afiada faz com que a borda nítida, a velocidade de corte seja rápida, pode reduzir significativamente a força de corte e a rebarba, melhorar a qualidade da superfície do produto, é mais adequada para a liga de alumínio com baixo silício e outra dureza baixa, acabamento de metal não ferrado uniforme. A estrutura redonda obtusa pode passar a boca da lâmina, formando o ângulo R, impedindo efetivamente a quebra da lâmina, adequada para o processamento da liga de alumínio médio / alto de silício. Em alguns casos especiais, como profundidade de corte superficial e alimentação de faca pequena, a estrutura redonda contundente é preferida. A estrutura da borda invertida pode aumentar as bordas e os cantos, estabilizar a lâmina, mas, ao mesmo tempo, aumentará a pressão e a resistência ao corte, mais adequados para a liga de alumínio de alto silício de corte de carga pesada.
Para facilitar o EDM, geralmente escolhe uma fina camada de folha PDC (0,3-1,0 mm), além da camada de carboneto, a espessura total da ferramenta é de cerca de 28 mm. A camada de carboneto não deve ser muito espessa para evitar a estratificação causada pela diferença de estresse entre as superfícies de ligação
2, processo de fabricação de ferramentas PCD
O processo de fabricação da ferramenta PCD determina diretamente o desempenho de corte e a vida útil da ferramenta, que é a chave para sua aplicação e desenvolvimento. O processo de fabricação da ferramenta PCD é mostrado na Figura 5.
(1) Fabricação de tablets compostos PCD (PDC)
① Processo de fabricação do PDC
O PDC é geralmente composto de pó de diamante natural ou sintético e agente de ligação em alta temperatura (1000-2000 ℃) e alta pressão (5-10 atm). O agente de ligação forma a ponte de ligação com TIC, SIC, FE, CO, NI, etc. como os principais componentes, e o cristal de diamante é incorporado no esqueleto da ponte de ligação na forma de ligação covalente. O PDC é geralmente transformado em discos com diâmetro e espessura fixa, e retirando e polidos e outros tratamentos físicos e químicos correspondentes. Em essência, a forma ideal de PDC deve manter as excelentes características físicas do diamante de cristal único o máximo possível; portanto, os aditivos no corpo de sinterização devem ser o mínimo possível, ao mesmo tempo, a combinação de ligação DD da partícula o máximo possível,
② Classificação e seleção de ligantes
O aglutinante é o fator mais importante que afeta a estabilidade térmica da ferramenta PCD, que afeta diretamente sua dureza, resistência ao desgaste e estabilidade térmica. Os métodos comuns de ligação PCD são: ferro, cobalto, níquel e outros metais de transição. O pó misto CO e W foi usado como agente de ligação, e o desempenho abrangente do PCD de sinterização foi melhor quando a pressão de síntese foi de 5,5 GPa, a temperatura de sinterização foi de 1450 ℃ e o isolamento para 4 minutos. Sic, tic, wc, tib2 e outros materiais cerâmicos. SiC A estabilidade térmica do SiC é melhor que a de CO, mas a dureza e a resistência à fratura são relativamente baixas. A redução apropriada do tamanho da matéria -prima pode melhorar a dureza e a tenacidade do PCD. Sem adesivo, com grafite ou outras fontes de carbono na temperatura ultra-alta e alta pressão queimadas em um diamante de polímero em nanoescala (NPD). Usar a grafite como precursor para preparar o NPD é as condições mais exigentes, mas o NPD sintético tem a dureza mais alta e as melhores propriedades mecânicas.
Seleção e controle de ③ grãos
O pó de diamante da matéria -prima é um fator -chave que afeta o desempenho do PCD. Micropowder de diamante pré -tratamento, adicionando uma pequena quantidade de substâncias que impedem o crescimento de partículas anormais de diamante e a seleção razoável de aditivos de sinterização podem inibir o crescimento de partículas anormais de diamante.
NPD puro alto com uma estrutura uniforme pode eliminar efetivamente a anisotropia e melhorar ainda mais as propriedades mecânicas. O pó precursor de nanografia preparado pelo método de moagem de bola de alta energia foi usado para regular o teor de oxigênio em pré-pintura de alta temperatura, transformando a grafite em diamante sob 18 GPA e 2100-2300 ℃, gerando lamela e NPD granular e a dureza aumentou com a diminuição da diminuição da lamela.
④ Tratamento químico tardio
Na mesma temperatura (200 ° ℃) e tempo (20h), o efeito de remoção de cobalto do ácido de Lewis-FECL3 foi significativamente melhor que o da água, e a proporção ideal de HCl foi de 10-15g / 100ml. A estabilidade térmica do PCD melhora à medida que a profundidade de remoção de cobalto aumenta. Para PCD de crescimento de granulação grossa, o tratamento de ácido forte pode remover completamente o CO, mas tem grande influência no desempenho do polímero; Adicionando TIC e WC para alterar a estrutura policristal sintética e combinar com um forte tratamento com ácido ácido para melhorar a estabilidade do PCD. Atualmente, o processo de preparação dos materiais PCD está melhorando, a resistência ao produto é boa, a anisotropia foi bastante aprimorada, percebeu que as indústrias relacionadas estão se desenvolvendo rapidamente.
(2) Processamento da lâmina PCD
① Processo de corte
O PCD tem alta dureza, boa resistência ao desgaste e alto processo de corte difícil.
② Procedimento de soldagem
PDC e o corpo da faca por grampo mecânico, ligação e brasagem. A brasagem é pressionar PDC na matriz de carboneto, incluindo brasagem a vácuo, soldagem a vácuo, soldagem de aquecimento de alta frequência, soldagem a laser, etc. A brasagem de aquecimento de alta frequência tem baixo custo e alto retorno e tem sido amplamente utilizado. A qualidade da soldagem está relacionada ao fluxo, liga de soldagem e temperatura de soldagem. A temperatura de soldagem (geralmente menor que 700 ° ℃) tem o maior impacto, a temperatura é muito alta, fácil de causar grafitização PCD ou até "excesso de queima", que afeta diretamente o efeito de soldagem, e a temperatura muito baixa levará à resistência de soldagem insuficiente. A temperatura de soldagem pode ser controlada pelo tempo de isolamento e pela profundidade da vermelhidão do PCD.
③ Processo de moagem da lâmina
O processo de moagem de ferramentas PCD é a chave para o processo de fabricação. Geralmente, o valor de pico da lâmina e a lâmina está dentro de 5um, e o raio do arco está dentro de 4um; A superfície de corte dianteiro e traseiro garante um certo acabamento da superfície e até reduza a superfície de corte frontal AR para 0,01 μm para atender aos requisitos do espelho, faça com que os chips fluam ao longo da superfície da faca dianteira e impedem a faca.
O processo de moagem da lâmina inclui moagem de lâmina mecânica da roda de diamante, moagem elétrica de lâmina de faísca (EDG), liga de metal super dura roda abrasiva Roda de acabamento eletrolítico on -line Retinging (ELID), usinagem de moagem de lâmina composta. Entre eles, a moagem da lâmina mecânica da roda de diamante é a mais madura, a mais amplamente usada.
Experimentos relacionados: ① A roda de moagem de partículas grossas levará a um colapso grave da lâmina, e o tamanho das partículas da roda de moagem diminui, e a qualidade da lâmina se torna melhor; O tamanho das partículas da roda de moagem está intimamente relacionado à qualidade da lâmina de ferramentas de partículas finas ou de partículas ultrafinas, mas tem efeito limitado nas ferramentas de PCD de partículas grossas.
Pesquisas relacionadas em casa e no exterior se concentram principalmente no mecanismo e no processo de moagem da lâmina. No mecanismo de moagem da lâmina, a remoção termoquímica e a remoção mecânica são o dominante, e a remoção quebradiça e a remoção de fadiga são relativamente pequenas. Ao moer, de acordo com a resistência de força e calor de diferentes rodas de moagem de diamantes do agente de ligação, melhore a frequência de velocidade e giro da roda de moagem o máximo possível, evite a fragilidade e a remoção da fadiga, melhore a proporção de remoção termoquímica e reduza a rugosidade da superfície. A rugosidade da superfície da moagem seca é baixa, mas facilmente devido à alta temperatura de processamento, superfície da ferramenta de queimadura,
O processo de moagem da lâmina precisa prestar atenção a: ① Escolha parâmetros razoáveis do processo de moagem da lâmina, pode tornar o acabamento da superfície da beira da borda mais excelente, o acabamento da superfície da lâmina dianteiro e traseiro mais alto. No entanto, considere também alta força de moagem, grande perda, baixa eficiência de moagem, alto custo; ② Selecione a qualidade da roda de moagem razoável, incluindo tipo de ligante, tamanho de partícula, concentração, ligante, molho de roda de moagem, com condições razoáveis de moagem de lâmina seca e úmida, pode otimizar a ferramenta frontal e traseira, valor de passivação da ponta da faca e outros parâmetros, enquanto melhoram a qualidade da superfície da ferramenta.
Diferentes rodas de moagem de diamante de ligação têm características diferentes e diferentes mecanismos de moagem e efeito. A roda de areia de diamante do fichário de resina é macia, as partículas de moagem são fáceis de cair prematuramente, não com resistência ao calor, a superfície é facilmente deformada pelo calor, a superfície da moagem da lâmina é propensa a marcas de uso, grande rugosidade; A roda de moagem de diamante do fichário de metal é mantida nítida através da trituração, boa formabilidade, superfície, baixa rugosidade da superfície da moagem da lâmina, maior eficiência, no entanto, a capacidade de ligação das partículas de moagem torna os pobres de auto-escurecimento, e a aresta de corte é fácil de deixar um gap de impacto, causando sérios danos marginais; A roda de moagem de diamante do aglutinante cerâmica possui uma força moderada, bom desempenho de auto-excitação, mais poros internos, remoção de poeira e dissipação de calor, pode se adaptar a uma variedade de refrigerante, a baixa temperatura de moagem, a roda de moagem é menos desgastada, a retenção de boa forma, a precisão da maior eficiência, no entanto, o corpo da moagem de diamante e a pista de diamante. Use de acordo com os materiais de processamento, eficiência abrangente de moagem, durabilidade abrasiva e qualidade da superfície da peça de trabalho.
A pesquisa sobre eficiência de moagem se concentra principalmente em melhorar a produtividade e o custo de controle. Geralmente, a taxa de moagem q (remoção de PCD por unidade de tempo) e a taxa de desgaste (proporção de remoção de PCD e perda de roda) são usadas como critérios de avaliação.
Ferramenta PCD de moagem do estudioso alemão Kenter com pressão constante, teste: ① aumenta a velocidade da roda de moagem, o tamanho das partículas do PDC e a concentração de refrigerante, a taxa de moagem e a taxa de desgaste são reduzidas; ② Aumenta o tamanho das partículas de moagem, aumenta a pressão constante, aumenta a concentração de diamante na roda de moagem, aumento da taxa de moagem e aumento da taxa de desgaste; ③ O tipo de aglutinante é diferente, a taxa de moagem e a taxa de desgaste é diferente. Kenter O processo de moagem da lâmina da ferramenta PCD foi estudado sistematicamente, mas a influência do processo de retificação da lâmina não foi analisada sistematicamente.
3. Uso e falha das ferramentas de corte de PCD
(1) Seleção de parâmetros de corte de ferramentas
Durante o período inicial da ferramenta PCD, a boca de borda afiada passou gradualmente e a qualidade da superfície da usinagem se tornou melhor. A passivação pode remover efetivamente a lacuna micro e pequenas rebarbas trazidas pela moagem da lâmina, melhorar a qualidade da superfície da aresta de corte e, ao mesmo tempo, formar um raio da borda circular para espremer e reparar a superfície processada, melhorando assim a qualidade da superfície da peça de trabalho.
A liga de alumínio da superfície da ferramenta PCD, a velocidade de corte geralmente está em 4000m / min, o processamento de orifícios geralmente está em 800m / min, o processamento de metal não ferrose elástico de alto-plástico deve levar uma velocidade de giro mais alta (300-1000m / min). O volume de alimentação é geralmente recomendado entre 0,08-0,15 mm/r. Volume de alimentação muito grande, aumento da força de corte, aumento da área geométrica residual da superfície da peça de trabalho; Volume de alimentação muito pequeno, aumento do calor de corte e aumento do desgaste. A profundidade de corte aumenta, a força de corte aumenta, o calor de corte aumenta, a vida diminui, a profundidade excessiva de corte pode causar facilmente colapso da lâmina; Pequena profundidade de corte levará ao endurecimento da usinagem, desgaste e até colapso da lâmina.
(2) Forma de desgaste
A peça de trabalho de processamento de ferramentas, devido a atrito, alta temperatura e outros motivos, o desgaste é inevitável. O desgaste da ferramenta de diamante consiste em três estágios: a fase inicial de desgaste rápido (também conhecido como fase de transição), a fase de desgaste estável com uma taxa de desgaste constante e a fase de desgaste rápido subsequente. A fase de desgaste rápido indica que a ferramenta não está funcionando e requer relevante. As formas de desgaste das ferramentas de corte incluem desgaste adesivo (desgaste de soldagem a frio), desgaste de difusão, desgaste abrasivo, desgaste da oxidação, etc.
Diferente das ferramentas tradicionais, a forma de desgaste das ferramentas PCD é o desgaste adesivo, o desgaste da difusão e os danos na camada policristalina. Entre eles, o dano da camada policristal é o principal motivo, que se manifesta à medida que o colapso sutil da lâmina causado pelo impacto externo ou pela perda de adesivo no PDC, formando uma lacuna, que pertence a danos mecânicos físicos, o que pode levar à redução da precisão do processamento e à sucata de peças de trabalho. O tamanho da partícula PCD, a forma da lâmina, o ângulo da lâmina, o material da peça de trabalho e os parâmetros de processamento afetarão a resistência da lâmina e a força de corte e, em seguida, causarão o dano da camada policristal. Na prática de engenharia, o tamanho da partícula de matéria -prima apropriada, os parâmetros da ferramenta e os parâmetros de processamento devem ser selecionados de acordo com as condições de processamento.
4. Tendência de desenvolvimento de ferramentas de corte de PCD
Atualmente, a faixa de aplicação da ferramenta PCD foi expandida da transformação tradicional para a perfuração, a moagem, o corte de alta velocidade e tem sido amplamente utilizado em casa e no exterior. O rápido desenvolvimento de veículos elétricos não apenas trouxe impacto à indústria de automóveis tradicional, mas também trouxe desafios sem precedentes à indústria de ferramentas, pedindo à indústria de ferramentas que acelere a otimização e a inovação.
A ampla aplicação de ferramentas de corte de PCD aprofundou e promoveu a pesquisa e o desenvolvimento de ferramentas de corte. Com o aprofundamento da pesquisa, as especificações do PDC estão ficando cada vez menores, otimização da qualidade do refinamento de grãos, uniformidade do desempenho, taxa de retificação e taxa de desgaste é cada vez maior, a diversificação de forma e estrutura. As instruções de pesquisa das ferramentas de PCD incluem: ① Pesquisa e desenvolver camada fina de PCD; ② Pesquisa e desenvolve novos materiais de ferramentas para PCD; ③ Pesquisa para melhorar as ferramentas de soldagem do PCD e reduzir ainda mais o custo; ④ A pesquisa melhora o processo de retificação da lâmina da ferramenta PCD para melhorar a eficiência; ⑤ A pesquisa otimiza os parâmetros da ferramenta PCD e usa ferramentas de acordo com as condições locais; ⑥ A pesquisa seleciona racionalmente parâmetros de corte de acordo com os materiais processados.
breve resumo
(1) desempenho de corte da ferramenta PCD, compensa a escassez de muitas ferramentas de carboneto; Ao mesmo tempo, o preço é muito menor que a ferramenta de diamante de cristal único, no corte moderno, é uma ferramenta promissora;
(2) De acordo com o tipo e o desempenho dos materiais processados, uma seleção razoável do tamanho das partículas e parâmetros das ferramentas PCD, que é a premissa de fabricação e uso de ferramentas,
(3) O material PCD tem uma alta dureza, que é o material ideal para cortar o Condado de Knife, mas também traz a dificuldade para o corte da fabricação de ferramentas. Ao fabricar, considerar de maneira abrangente as dificuldades de dificuldade e processamento do processo, a fim de obter o melhor desempenho de custo;
(4) Materiais de processamento de PCD no Condado de Knife, devemos selecionar razoavelmente parâmetros de corte, com base no desempenho do desempenho do produto, na medida do possível, para prolongar a vida útil da ferramenta para alcançar o equilíbrio da vida da ferramenta, eficiência da produção e qualidade do produto;
(5) Pesquise e desenvolva novos materiais de ferramentas para PCD para superar suas desvantagens inerentes
Este artigo é proveniente do "Rede de Materiais Superhard"
Hora de postagem: 25-2025 de março
