Orodje PCD je izdelano iz polikristalnega konice z diamantnim nožem in karbidnim matrico z visoko temperaturo in visokotlačnim sintranjem. Ne more samo dati vso prednosti prednosti visoke trdote, visoke toplotne prevodnosti, nizkega koeficienta trenja, nizkega koeficienta toplotne ekspanzije, majhne afinitete s kovino in nevidnim, visokim elastičnim modulom, brez cepljenja površine, izotropne, ampak tudi upošteva visoko trdnost trde zlitine.
Toplotna stabilnost, udarna žilavost in odpornost na obrabo so glavni kazalniki zmogljivosti PCD. Ker se večinoma uporablja v okolju z visoko temperaturo in visokim stresom, je najpomembnejša toplotna stabilnost. Študija kaže, da ima toplotna stabilnost PCD velik vpliv na njegovo odpornost na obrabo in udarno žilavost. Podatki kažejo, da se, ko je temperatura višja od 750 ℃, upornost in udarna žilavost PCD na splošno zmanjšata za 5% -10%.
Kristalno stanje PCD določa njegove lastnosti. V mikrostrukturi ogljikovi atomi tvorijo kovalentne vezi s štirimi sosednjimi atomi, dobijo tetraedrsko strukturo in nato tvorijo atomsko kristal, ki ima močno orientacijo in vezavno silo ter visoko trdoto. Glavni indeksi zmogljivosti PCD so naslednji: ① Trdota lahko doseže 8000 HV, 8-12-krat karbida; ② toplotna prevodnost je 700 W / mk, 1,5-9 krat, celo višja od PCBN in bakra; ③ koeficient trenja je na splošno le 0,1-0,3, kar je manj kot 0,4-1 karbida, kar znatno zmanjša silo rezanja; ④ Koeficient toplotne ekspanzije je le 0,9x10-6-6-1,18x10-6,1 / 5 karbida, kar lahko zmanjša toplotno deformacijo in izboljša natančnost obdelave; ⑤ in nemetalni materiali so manj afiniteta, da tvorijo vozliče.
Kubični bonski nitrid ima močno oksidacijsko odpornost in lahko predela materiale, ki vsebujejo železo, vendar je trdota nižja od enojnega kristalnega diamanta, hitrost obdelave je počasna in učinkovitost je nizka. Enojni kristalni diamant ima visoko trdoto, a žilavost je nezadostna. Anizotropija olajša disociacijo po (111) površini pod vplivom zunanje sile, učinkovitost obdelave pa je omejena. PCD je polimer, sintetiziran z diamantnimi delci velikosti mikronov z določenimi sredstvi. Kaotična narava neurejenega kopičenja delcev vodi v njegovo makroskopsko izotropno naravo in v natezni trdnosti ni nobene smerne in cepljene površine. V primerjavi z enokristalnim diamantom mejo zrn PCD učinkovito zmanjša anizotropijo in optimizira mehanske lastnosti.
1. Načela oblikovanja orodij za rezanje PCD
(1) razumna izbira velikosti delcev PCD
Teoretično bi moral PCD poskušati izpopolniti zrna, porazdelitev dodatkov med izdelki pa bi morala biti čim bolj enakomerna za premagovanje anizotropije. Izbira velikosti delcev PCD je povezana tudi s pogoji obdelave. Na splošno se lahko PCD z visoko trdnostjo, dobro žilavostjo, dobro odpornostjo na udarce in fino zrno uporablja za zaključek ali super dodelavo, PCD grobega zrna pa lahko uporabi za splošno grobo obdelavo. Velikost delcev PCD lahko znatno vpliva na delovanje obrabe orodja. Ustrezna literatura poudarja, da ko je zrno surovine veliko, se odpornost proti obrabi postopoma povečuje z zmanjšanjem velikosti zrn, ko pa je velikost zrn zelo majhna, to pravilo ni uporabno.
Povezani poskusi so izbrali štiri diamantne prah s povprečnimi velikostmi delcev 10UM, 5UM, 2UM in 1UM, in ugotovljeno je bilo, da: ① z zmanjšanjem velikosti delcev surovine CO razprši bolj enakomerno; Z zmanjšanjem ② se je odpornost proti obrabi in toplotna odpornost PCD postopoma zmanjševala.
(2) razumna izbira oblike ust in debeline rezila
Oblika ust rezila vključuje predvsem štiri strukture: obrnjeni rob, tup krog, obrnjen ročni tupi krog in oster kot. Ostra kotna struktura naredi rob oster, hitrost rezanja je hitra, lahko znatno zmanjša silo rezanja in razbijanje, izboljša kakovost površine izdelka, je bolj primerna za nizko silicijevo aluminijevo zlitino in drugo nizko trdoto, enakomerno neželeno dodelavo kovin. Ogromna okrogla struktura lahko pasivira usta rezila in tvori r kot, učinkovito preprečuje lomljenje rezila, primerno za obdelavo srednje / visoko silicijeve aluminijeve zlitine. V nekaterih posebnih primerih, kot sta plitvo globino rezanja in hranjenje majhnega noža, je prednostna okrogla struktura. Obrnjena robna struktura lahko poveča robove in vogale, stabilizira rezilo, hkrati pa bo povečala tlak in rezalno odpornost, primernejša za močne rezanje visoke silicijeve aluminijeve zlitine.
Da bi olajšali EDM, običajno izberete tanko plast PDC pločevine (0,3-1,0 mm), skupaj s karbidnim slojem pa je skupna debelina orodja približno 28 mm. Plast karbida ne sme biti preveč debela, da se prepreči stratifikacija, ki jo povzroči razlika na napetosti med vezanimi površinami
2, postopek izdelave orodij PCD
Proces proizvodnje orodja PCD neposredno določa zmogljivost rezanja in življenjsko dobo orodja, ki je ključ do njegove uporabe in razvoja. Proces proizvodnje orodja PCD je prikazan na sliki 5.
(1) Proizvodnja kompozitnih tablic PCD (PDC)
① Proces izdelave PDC
PDC je na splošno sestavljen iz naravnega ali sintetičnega diamantnega prahu in vezivnega sredstva pri visoki temperaturi (1000-2000 ℃) in visokega tlaka (5-10 atm). Vezavno sredstvo tvori vezavni most s tic, sic, fe, co, ni itd. Kot glavne komponente, diamantni kristal pa je vgrajen v okostje vezivnega mostu v obliki kovalentne vezi. PDC je običajno izdelan v diske s fiksnim premerom in debelino ter brušenje in polirano ter druge ustrezne fizikalne in kemične obdelave. V bistvu bi morala idealna oblika PDC čim bolj ohraniti odlične fizične značilnosti posameznega kristalnega diamanta
② Klasifikacija in izbira veziva
Vezava je najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na toplotno stabilnost orodja PCD, ki neposredno vpliva na njegovo trdoto, odpornost na obrabo in toplotno stabilnost. Skupne metode vezave PCD so: železo, kobalt, nikelj in druge prehodne kovine. CO in W mešani prah je bil uporabljen kot vezivno sredstvo, celovita zmogljivost sintranega PCD pa je bila najboljša, ko je bil tlak sinteze 5,5 GPa, temperatura sintranja 1450 ℃ in izolacija za 4min. Sic, tic, wc, tib2 in drugi keramični materiali. Sic Toplotna stabilnost SIC je boljša od stalnosti CO, vendar sta trdota in zloma žilavost razmeroma nizka. Ustrezno zmanjšanje velikosti surovin lahko izboljša trdoto in žilavost PCD. Brez lepila, z grafitom ali drugimi viri ogljika v ultra visoki temperaturi in visokem tlaku, zgoreli v nanoskalni polimerni diamant (NPD). Uporaba grafita kot predhodnika za pripravo NPD je najzahtevnejši pogoji, vendar ima sintetični NPD najvišjo trdoto in najboljše mehanske lastnosti.
Izbira in nadzor ③ zrn
Diamantni prah surovine je ključni dejavnik, ki vpliva na delovanje PCD. Predobdelava diamantnega mikropowderja in dodajanje majhne količine snovi, ki ovirajo nenormalno rast diamantnih delcev, in razumna izbira sintranih dodatkov lahko zavira rast nenormalnih diamantnih delcev.
Visok čisti NPD z enakomerno strukturo lahko učinkovito odpravi anizotropijo in še izboljša mehanske lastnosti. Nanografski predhodni prah, pripravljen z visokoenergijsko metodo brušenja kroglice, je bil uporabljen za uravnavanje vsebnosti kisika pri visokotemperaturnem predingu, ki je pretvoril grafit v diamant pod 18 GPa in 2100-2300 ℃, pri čemer povečamo lamelo in zrnato NPD, trdota pa se je povečala z zmanjšanjem debeline lamele.
④ Pozno kemična obdelava
Pri isti temperaturi (200 ° ℃) in času (20H) je bil učinek odstranjevanja kobalta Lewis kisline-fecil3 bistveno boljši kot pri vodi, optimalno razmerje HCl pa 10-15G / 100 ml. Toplotna stabilnost PCD se izboljša, ko se poveča globina odstranjevanja kobalta. Za grobozrnato rast PCD lahko močno odstrani CO, vendar ima velik vpliv na delovanje polimera; Dodajanje tik in WC za spreminjanje sintetične polikristalne strukture in združevanje z močnim obdelavo kisline za izboljšanje stabilnosti PCD. Trenutno se postopek priprave materialov PCD izboljšuje, žilavost izdelka je dobra, anizotropija se je močno izboljšala, spoznala, da se komercialna proizvodnja hitro razvija.
(2) Obdelava rezila PCD
① Proces rezanja
PCD ima visoko trdoto, dobro odpornost na obrabo in visok težaven postopek rezanja.
② Postopek varjenja
PDC in telo noža z mehansko sponko, vezanjem in drznimi. Brezanje je pritisniti na PDC na karbidno matrico, vključno z vakuumsko drznostjo, vakuumsko difuzijsko varjenjem, visokofrekvenčno indukcijsko ogrevanje, lasersko varjenje itd. Visokofrekvenčno indukcijsko ogrevanje ima nizke stroške in visok donosnost ter se pogosto uporablja. Kakovost varjenja je povezana s tokom, zlitino varjenja in temperaturo varjenja. Temperatura varjenja (na splošno nižja od 700 ° ℃) ima največji vpliv, temperatura je previsoka, enostavna za povzročitev grafitizacije PCD ali celo "prekomerne gorenja", kar neposredno vpliva na učinek varjenja, prenizka temperatura pa bo vodila do nezadostne trdnosti varjenja. Temperaturo varjenja lahko nadziramo s časom izolacije in globino rdečice PCD.
③ Proces mletja rezil
Proces brušenja orodij PCD je ključ do proizvodnega procesa. Na splošno je najvišja vrednost rezila in rezila znotraj 5UM, polmer loka pa je znotraj 4um; Spredaj in zadnja površina zagotavlja določeno površinsko obdelavo in celo zmanjša sprednjo rezalno površino RA na 0,01 μm, da ustreza potrebam zrcala, čips teče vzdolž sprednje površine noža in prepreči lepljenje noža.
Postopek brušenja rezil vključuje diamantno brušenje Mehansko brušenje rezil, električno brušenje rezil (EDG), kovinsko vezivo super trdo brusilno brusilno kolo na spletu elektrolitsko končno brušenje rezila (ELID), kompozitno obdelavo brušenja rezil. Med njimi je najbolj zrelo, najpogosteje uporabljena je diamantna mehanska brušenje rezila.
Povezani poskusi: ① Kolo grobo brušenje delcev bo privedlo do resnega propada rezila, velikost delcev brušenega kolesa pa se zmanjšuje, kakovost rezila pa postane boljša; Velikost delcev ② brušenega kolesa je tesno povezana s kakovostjo rezila drobnih delcev ali ultrafinih delcev PCD orodij, vendar omejen vpliv na groba orodja PCD.
Povezane raziskave doma in v tujini so predvsem osredotočene na mehanizem in proces brušenja rezil. V mehanizmu za brušenje rezila sta prevladujoča termokemična odstranitev in mehansko odstranjevanje, krhka odstranjevanje in odstranjevanje utrujenosti pa sta relativno majhna. Pri mletju glede na trdnost in toplotno odpornost različnih vezavnih diamantnih platišč za brušenje, čim bolj izboljšajo hitrost in frekvenco nihanja brušenega kolesa, se izogibajte krhljivosti in odstranjevanju utrujenosti, izboljšajte delež termokemične odstranitve ter zmanjšate hrapavost površine. Površinska hrapavost suhega brušenja je nizka, vendar zlahka zaradi visoke temperature obdelave, površine orodja za kurjenje,
Postopek mletja rezil mora biti pozoren na: ① Izberite razumne parametre procesa brušenja rezila, lahko naredijo kakovost ročnih ust bolj odlična, spredaj in hrbtne površine rezila višje. Vendar pa upoštevajte tudi visoko silo za brušenje, veliko izgubo, nizko učinkovitost mletja, visoke stroške; ② Izberite razumno kakovost brušenja koles, vključno z vrsto veziva, velikostjo delcev, koncentracijo, vezivom, prelivom z brusilnim kolesom, z razumnimi pogoji brušenja suhega in mokrega rezila lahko optimizirajo sprednji in zadnji vogal orodja, vrednost pasivacije nožev in druge parametre, hkrati pa izboljšajo kakovost površine orodja.
Različne vezavne diamantne brusilne kolo imajo različne značilnosti ter različen mehanizem brušenja in učinek. Diamantno peščeno kolo z smolo je mehko, delci brušenja je enostavno prezgodaj odpasti, saj nimajo toplotne odpornosti, površina se zlahka deformira s toploto, površina za brušenje rezila je nagnjena k obrambi, veliki hrapavost; Kovinsko vezivo diamantno brušenje je ostro z brusiranjem drobljenja, dobre oblikovanja, površin, nizko površinsko hrapavostjo brušenja rezila, večji učinkovitosti, vendar zaradi vezave brušenja delcev naredi samoostrelo, rezalno pa je enostavno pustiti vrzel, kar povzroči resno mejno poškodbo; Keramično brušenje s keramičnim brušenjem ima zmerno trdnost, dobro zmogljivost samoizbrisanja, več notranjih pore, odstranjevanje prahu in odvajanje toplote, se lahko prilagodi različni hladilni tekočini, nizka temperatura brušenja, brusilno kolo je manj obrabljeno, dobro zadrževanje oblike, natančnost najvišjega učinkovitosti, ki vodijo v barvo diamantnega mračenja. Uporabite v skladu z materiali za obdelavo, celovito učinkovitost mletja, abrazivno trajnost in kakovost površine obdelovanca.
Raziskava učinkovitosti mletja se osredotoča predvsem na izboljšanje stroškov produktivnosti in nadzora. Na splošno se kot merila za ocenjevanje uporabljata hitrost brušenja Q (odstranjevanje PCD na enoto) in razmerje med obrabo G (razmerje med odstranjevanjem PCD in izgubo kolesa).
Nemški znanstvenik Kenter Grinding PCD s konstantnim tlakom, test: ① poveča hitrost brušenja kolesa, velikost delcev PDC in koncentracijo hladilne tekočine, hitrost brušenja in razmerje obrabe se zmanjšata; ② poveča velikost delcev, ki se brusijo, poveča konstanten tlak, poveča koncentracijo diamanta v brusilnem kolesu, hitrost brušenja in razmerje med obrabo; ③ Vrsta veziva je drugačna, hitrost brušenja in obraba je različna. Kenter Proces brušenja rezila orodja PCD je bil sistematično preučen, vendar vpliv postopka brušenja rezila ni bil sistematično analiziran.
3. Uporaba in okvara orodij za rezanje PCD
(1) Izbira parametrov rezanja orodij
V začetnem obdobju orodja PCD so se ostri ročni usti postopoma prenašali in kakovost obdelave površine je postala boljša. Pasivacija lahko učinkovito odstrani mikro vrzel in majhne burre, ki jih prinaša brušenje rezila, izboljša kakovost površine rezalnega roba in hkrati tvori krožni polmer roba, da stisne in popravi predelano površino, s čimer se izboljša kakovost površine obroka.
PCD Aluminijasta zlitina na površini orodja, hitrost rezanja je običajno v 4000m / min, obdelava lukenj je na splošno v 800m / min, obdelava visoke elastično-plastične neželezne kovine mora imeti večjo hitrost obračanja (300-1000m / min). Volumen dovoda se običajno priporoča med 0,08-0,15 mm/r. Prevelik volumen krme, povečana rezalna sila, povečano preostalo geometrijsko območje površine obdelovanca; premajhna volumen dovoda, povečana rezalna toplota in povečana obraba. Globina rezanja se poveča, rezalna sila se poveča, rezalna toplota se poveča, življenjska doba se zmanjša, prekomerna globina rezanja zlahka povzroči propad rezila; Majhna globina rezanja bo privedla do obdelave utrjevanja, obrabe in celo propada rezila.
(2) Obraz obrazec
Obdelovalnik obdelave orodij zaradi trenja, visoke temperature in drugih razlogov je obraba neizogibna. Običaj diamantnega orodja je sestavljena iz treh stopenj: začetna faza hitre obrabe (znana tudi kot prehodna faza), stabilna faza obrabe s konstantno hitrostjo obrabe in poznejše faze hitre obrabe. Faza hitre obrabe kaže, da orodje ne deluje in zahteva regresiranje. Oblike obrabe orodij za rezanje vključujejo obrabo lepila (hladno varilno obrabo), difuzijsko obrabo, abrazivno obrabo, oksidacijsko obrabo itd.
Oblika obrabe orodij PCD, ki se razlikuje od tradicionalnih orodij, je lepilna obraba, difuzijska obraba in poškodba polikristalne plasti. Med njimi je škoda polikristalne plasti glavni razlog, ki se manifestira, ko se subtilni propad rezila povzroči zunanji udarci ali izguba lepila v PDC, kar tvori vrzel, ki pripada fizični mehanski poškodbi, kar lahko privede do zmanjšanja natančnosti obdelave in odstranjevanja dela. Velikost delcev PCD, oblika rezila, kot rezila, material obdelovanca in parametri obdelave bodo vplivali na trdnost rezila in silo rezila, nato pa povzročijo poškodbo polikristalne plasti. V inženirski praksi je treba v skladu s pogoji obdelave izbrati ustrezno velikost delcev surovin, parametre orodja in parametre obdelave.
4. Razvojni trend orodij za rezanje PCD
Trenutno se je ponudba orodja PCD razširila od tradicionalnega obračanja na vrtanje, rezkanje, rezanje visokih hitrosti in se pogosto uporablja doma in v tujini. Hiter razvoj električnih vozil ni prinesel le vpliva na tradicionalno avtomobilsko industrijo, temveč je tudi v industriji orodij prinesla brez primere izzive, s čimer je pozival industrijo orodij, naj pospeši optimizacijo in inovacije.
Široka uporaba orodij za rezanje PCD se je poglobila in spodbujala raziskave in razvoj orodij za rezanje. S poglabljanjem raziskav so specifikacije PDC vse manjše in manjše, optimizacija kakovosti zrnja, enakomernost zmogljivosti, hitrost brušenja in razmerje obrabe je višja in večja, oblikovanje in diverzifikacija strukture. Raziskovalna navodila orodij PCD vključujejo: ① Raziskave in razvoj tanke plasti PCD; ② Raziskuje in razvija nove orodne materiale PCD; ③ Raziskava za boljše varjenje orodij PCD in nadaljnje zmanjšanje stroškov; ④ Raziskave izboljšajo postopek brušenja rezil PCD za izboljšanje učinkovitosti; ⑤ Raziskave optimizirajo parametre orodij PCD in uporablja orodja v skladu z lokalnimi pogoji; ⑥ Raziskave racionalno izberejo parametre rezanja v skladu s predelanimi materiali.
Kratek povzetek
(1) Učinkovitost rezanja orodij PCD, nadomešča pomanjkanje številnih orodij za karbide; Obenem je cena precej nižja od enojnega kristalnega diamantnega orodja v sodobnem rezanju, obetavno orodje;
(2) Glede na vrsto in zmogljivost predelanih materialov je razumna izbira velikosti delcev in parametrov orodij PCD, ki je predpostavka za izdelavo in uporabo orodij,
(3) Material PCD ima visoko trdoto, ki je idealen material za rezanje okrožja nože, hkrati pa prinaša težave tudi pri proizvodnji orodij za rezanje. Pri izdelavi, da bi celovito upoštevali potrebe po težavi in obdelavi, da bi dosegli najboljše stroške;
(4) Materiali za obdelavo PCD v okrožju Knife bi morali razumno izbrati parametre rezanja na podlagi doseganja uspešnosti izdelka, kolikor je mogoče, da bi podaljšali življenjsko dobo orodja, da bi dosegli ravnovesje življenjske dobe orodja, učinkovitosti proizvodnje in kakovosti izdelka;
"
Ta članek je pridobljen iz "Superhard Material Network"
Čas objave: Mar-25-2025
