PCD -gereedschap is gemaakt van polykristallijne diamanten messpunt en carbidematrix door hoge temperatuur en hoge druk sinteren. Het kan niet alleen volledig spelen aan de voordelen van hoge hardheid, hoge thermische geleidbaarheid, lage wrijvingscoëfficiënt, lage thermische expansiecoëfficiënt, kleine affiniteit met metaal en niet-metaal, hoge elastische modulus, geen spleefoppervlak, isotroop, maar ook rekening houdend met de hoge sterkte van harde legering.
Thermische stabiliteit, impactstuwheid en slijtvastheid zijn de belangrijkste prestatie -indicatoren van PCD. Omdat het meestal wordt gebruikt in hoge temperatuur en hoge spanningomgeving, is thermische stabiliteit het belangrijkste. De studie toont aan dat de thermische stabiliteit van PCD een grote impact heeft op zijn slijtvastheid en impact taaiheid. De gegevens tonen aan dat wanneer de temperatuur hoger is dan 750 ℃, de slijtvastheid en impact taaiheid van PCD in het algemeen met 5% -10% afnemen.
De kristalstatus van de PCD bepaalt zijn eigenschappen. In microstructuur vormen koolstofatomen covalente bindingen met vier aangrenzende atomen, verkrijgen de tetraëdrische structuur en vormen vervolgens het atoomkristal, dat een sterke oriëntatie en bindkracht heeft en een hoge hardheid. De belangrijkste prestatie-indexen van PCD zijn als volgt: ① Hardheid kan 8000 HV, 8-12 keer carbide bereiken; ② Thermische geleidbaarheid is 700 W / mk, 1,5-9 keer, zelfs hoger dan PCBN en koper; ③ Wrijvingscoëfficiënt is over het algemeen slechts 0,1-0,3, veel minder dan 0,4-1 carbide, waardoor de snijkracht aanzienlijk wordt verminderd; ④ Thermische expansiecoëfficiënt is slechts 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 carbide, wat de thermische vervorming kan verminderen en de verwerkingsnauwkeurigheid kan verbeteren; ⑤ en niet-metalen materialen zijn minder affiniteit om knobbeltjes te vormen.
Kubieke boornitride heeft een sterke oxidatieweerstand en kan ijzerhoudende materialen verwerken, maar de hardheid is lager dan een enkele kristaldiamant, de verwerkingssnelheid is langzaam en de efficiëntie is laag. De enkele kristallen diamant heeft een hoge hardheid, maar de taaiheid is onvoldoende. Anisotropie maakt het gemakkelijk om te dissocieren langs (111) oppervlak onder de impact van externe kracht en de verwerkingsefficiëntie is beperkt. PCD is een polymeer gesynthetiseerd door diamantdeeltjes van micron-formaat op bepaalde manieren. De chaotische aard van de ongeordende accumulatie van deeltjes leidt tot zijn macroscopische isotrope aard, en er is geen directioneel en splitsingsoppervlak in de treksterkte. Vergeleken met de single-kristal diamant, vermindert de korrelgrens van PCD de anisotropie effectief en optimaliseert de mechanische eigenschappen.
1. Ontwerpprincipes van PCD -snijgereedschappen
(1) Redelijke selectie van PCD -deeltjesgrootte
Theoretisch moet PCD proberen de korrels te verfijnen, en de verdeling van additieven tussen producten moet zo uniform mogelijk zijn om de anisotropie te overwinnen. De keuze van de PCD -deeltjesgrootte is ook gerelateerd aan de verwerkingsomstandigheden. Over het algemeen kan PCD met hoge sterkte, goede taaiheid, goede impactweerstand en fijn graan worden gebruikt voor afwerking of superafwerking, en PCD van grof graan kan worden gebruikt voor algemene ruwe bewerking. De PCD -deeltjesgrootte kan de slijtageprestaties van het gereedschap aanzienlijk beïnvloeden. Relevante literatuur wijst erop dat wanneer de grondstofkorrel groot is, de slijtvastheid geleidelijk toeneemt met de afname van de korrelgrootte, maar wanneer de korrelgrootte erg klein is, is deze regel niet van toepassing.
Gerelateerde experimenten selecteerden vier diamantpoeder met gemiddelde deeltjesgroottes van 10um, 5um, 2um en 1um, en er werd geconcludeerd dat: ① Met de afname van de deeltjesgrootte van grondstof, CO diffuseert meer gelijkmatig; Met de afname van ② daalde de slijtvastheid en hittebestendigheid van PCD geleidelijk.
(2) Redelijke keuze van de mondvorm van de mes en de dikte van de mes
De vorm van mesmond omvat voornamelijk vier structuren: omgekeerde rand, stompe cirkel, omgekeerde rand stompe cirkelcomposiet en scherpe hoek. De scherpe hoekstructuur maakt de rand scherp, de snijsnelheid is snel, kan de snijkracht en de braam aanzienlijk verminderen, de oppervlaktekwaliteit van het product verbeteren, is meer geschikt voor lage siliciumaluminiumlegering en andere lage hardheid, uniforme non-ferrometaalafwerking. De stompe ronde structuur kan de mesmond passiveren, waardoor R -hoek wordt gevormd, effectief voorkomen dat het mes breken, geschikt voor het verwerken van medium / hoge siliciumaluminiumlegering. In sommige speciale gevallen, zoals ondiepe snijkiepte en kleine mesvoeding, heeft de stompe ronde structuur de voorkeur. De omgekeerde randstructuur kan de randen en hoeken vergroten, het mes stabiliseren, maar tegelijkertijd de druk verhogen en weerstand snijden, geschikter voor zware belasting snijden hoge silicium aluminiumlegering.
Om EDM te vergemakkelijken, kiest u meestal een dunne PDC-bladlaag (0,3-1,0 mm), plus de carbidelaag, is de totale dikte van het gereedschap ongeveer 28 mm. De carbide -laag moet niet te dik zijn om stratificatie te voorkomen die wordt veroorzaakt door het stressverschil tussen de bindingsoppervlakken
2, PCD -productieproces
Het productieproces van PCD -tool bepaalt rechtstreeks de snijprestaties en levensduur van de tool, die de sleutel is tot de toepassing en ontwikkeling ervan. Het productieproces van het PCD -tool wordt weergegeven in figuur 5.
(1) Productie van PCD -composiettabletten (PDC)
① productieproces van de PDC
PDC is over het algemeen samengesteld uit natuurlijk of synthetisch diamantpoeder en bindmiddel bij hoge temperatuur (1000-2000 ℃) en hoge druk (5-10 atm). Het bindmiddel vormt de bindende brug met TIC, SIC, Fe, CO, Ni, enz. Als de belangrijkste componenten, en het diamantkristal is ingebed in het skelet van de bindingsbrug in de vorm van covalente binding. PDC wordt in het algemeen tot schijven gemaakt met een vaste diameter en dikte, en slijpen en gepolijst en andere overeenkomstige fysische en chemische behandelingen. In essentie moet de ideale vorm van PDC de uitstekende fysieke kenmerken van enkele kristaldiamant zoveel mogelijk behouden, daarom moeten de additieven in het sinterlichaam zo min mogelijk, tegelijkertijd de deeltjes -dd bindcombinatie zoveel mogelijk zijn,
② Classificatie en selectie van bindmiddelen
Het bindmiddel is de belangrijkste factor die de thermische stabiliteit van het PCD -tool beïnvloedt, die direct zijn hardheid, slijtvastheid en thermische stabiliteit beïnvloedt. Veel voorkomende PCD -bindingsmethoden zijn: ijzer, kobalt, nikkel en andere overgangsmetalen. CO en W gemengd poeder werden gebruikt als het bindmiddel, en de uitgebreide prestaties van de sinterende PCD waren het beste toen de synthesdruk 5,5 GPa was, de sintertemperatuur was 1450 ℃ en de isolatie voor 4 minuten. SIC, TIC, WC, TIB2 en andere keramische materialen. SIC De thermische stabiliteit van SiC is beter dan die van CO, maar de hardheid en breuktaaiheid zijn relatief laag. De juiste vermindering van de grondstofgrootte kan de hardheid en taaiheid van PCD verbeteren. Geen lijm, met grafiet of andere koolstofbronnen in de ultrahoge temperatuur en hoge druk verbrand in een nanoschaal polymeer diamant (NPD). Het gebruik van grafiet als de voorloper om NPD te bereiden is de meest veeleisende voorwaarden, maar de synthetische NPD heeft de hoogste hardheid en de beste mechanische eigenschappen.
Selectie en controle van ③ korrels
Het grondstofdiamantpoeder is een sleutelfactor die de prestaties van PCD beïnvloedt. Het voorbehandelende diamant micropower, het toevoegen van een kleine hoeveelheid stoffen die de groei van abnormale diamantdeeltjes belemmeren en een redelijke selectie van sinterditieven kan de groei van abnormale diamantdeeltjes remmen.
Hoge pure NPD met een uniforme structuur kan de anisotropie effectief elimineren en de mechanische eigenschappen verder verbeteren. De nanografische voorloperpoeder bereid door energierijke ballengraderingsmethode werd gebruikt om het zuurstofgehalte te reguleren bij pre-sintering met hoge temperatuur, grafiet transformerend in diamant onder 18 GPa en 2100-2300 ℃, het genereren van lamella en korrelige NPD, en de hardheid nam toe met de afname van lamelladheid.
④ Late chemische behandeling
Bij dezelfde temperatuur (200 ° ℃) en tijd (20 uur) was het kobaltverwijderingseffect van Lewis Acid-Fecl3 aanzienlijk beter dan dat van water, en de optimale verhouding HCl was 10-15 g / 100 ml. De thermische stabiliteit van PCD verbetert naarmate de kobaltverwijderingsdiepte toeneemt. Voor grove korrelige PCD kan een sterke zuurbehandeling CO volledig verwijderen, maar heeft grote invloed op de prestaties van de polymeer; TIC en WC toevoegen om de synthetische polykristalstructuur te veranderen en te combineren met een sterke zure behandeling om de stabiliteit van PCD te verbeteren. Op dit moment is het voorbereidingsproces van PCD -materialen verbeterd, de productstuwheid is goed, de anisotropie is sterk verbeterd, heeft de commerciële productie gerealiseerd, gerelateerde industrieën ontwikkelen zich snel.
(2) Verwerking van het PCD -mes
① Snijdproces
PCD heeft een hoge hardheid, goede slijtvastheid en een hoog moeilijk snijproces.
② Lasprocedure
PDC en het meslichaam door mechanische klem, binding en vechten. Steed is om PDC op de carbidematrix te drukken, waaronder vacuümcrazing, vacuümdiffusielassen, hoge frequentie -inductie verwarming, laserslassen, enz. Hoge frequentie -inductie verwarming heeft lage kosten en hoog rendement en is veel gebruikt. De laskwaliteit is gerelateerd aan de flux, laslegering en lastemperatuur. Laspemperatuur (in het algemeen lager dan 700 ° ℃) heeft de grootste impact, de temperatuur is te hoog, gemakkelijk om PCD-grafitisatie te veroorzaken, of zelfs "overdreven", wat direct het laseffect beïnvloedt, en een te lage temperatuur zal leiden tot onvoldoende lassterkte. De lastemperatuur kan worden geregeld door de isolatietijd en de diepte van PCD -roodheid.
③ Blade slijpproces
PCD Tool -slijpproces is de sleutel tot het productieproces. Over het algemeen ligt de piekwaarde van het mes en het mes binnen 5um en de boogradius ligt binnen 4UM; Het voor- en achterste snijoppervlak zorgt voor een bepaalde oppervlakte -afwerking en verminder zelfs het voorste snijoppervlak RA tot 0,01 μm om aan de spiegelvereisten te voldoen, laat de chips stroom langs het oppervlak van de voorste mes stromen en voorkomend mes.
Het slijproces van het mes omvat het malen van het diamantslijpende wiel mechanisch messlijpen, elektrisch vonkmesmalen (EDG), metalen binder superhard schuurwiel online elektrolytisch afwerking mes slijpen (elid), composiet messlijpende bewerking. Onder hen is het mechanische mes van het diamantslijpende wiel het meest volwassen, het meest gebruikt.
Gerelateerde experimenten: ① Het grove deeltjesslijpwiel zal leiden tot ernstige instorting van mes en de deeltjesgrootte van het slijprad neemt af en de kwaliteit van het mes wordt beter; De deeltjesgrootte van ② slijpwiel is nauw verwant aan de meskwaliteit van fijn deeltjes of ultrafijn deeltjes PCD -tools, maar heeft een beperkt effect op grove deeltjes -PCD -tools.
Gerelateerd onderzoek in binnen- en buitenland richt zich vooral op het mechanisme en het proces van messlijpen. In het messlijpingsmechanisme zijn thermochemische verwijdering en mechanische verwijdering de dominante, en brosse verwijdering en vermoeidheidsverwijdering zijn relatief klein. Bij het slijpen, volgens de sterkte en hittebestendigheid van verschillende bindmiddel diamantslijpende wielen, verbetert u de snelheid en zwaaitefrequentie van het slijpwiel zo ver mogelijk, vermijd brosheid en vermoeidheidsverwijdering, verbetert het aandeel thermochemische verwijdering en verminder de oppervlakte -ruwheid. De oppervlakteruwheid van droog slijpen is laag, maar gemakkelijk te wijten aan een hoge verwerkingstemperatuur, verbrandingsgereedschapsoppervlak,
Blade slijpproces moet aandacht besteden aan: ① Kies redelijke messlijpprocesparameters, kan de randmondkwaliteit meer uitstekend maken, voor- en achterste mes oppervlakte -afwerking hoger. Overweeg echter ook een hoge slijpkracht, groot verlies, lage slijpefficiëntie, hoge kosten; ② Selecteer een redelijke slijpwielkwaliteit, inclusief het type binder, deeltjesgrootte, concentratie, bindmiddel, slijpwielverdeling, met redelijke droge en natte mes slijpomstandigheden, kan de gereedschap voor en achterhoek, messpunt passiveringswaarde en andere parameters optimaliseren, terwijl de oppervlaktekwaliteit van het gereedschap wordt verbeterd.
Verschillende bindende diamanten slijpwiel hebben verschillende kenmerken en ander slijpmechanisme en effect. Harsbinder diamant zandwiel is zacht, slijpdeeltjes zijn gemakkelijk te vroeg af te vallen, met geen hittebestendigheid, het oppervlak wordt gemakkelijk vervormd door het hitte, messlijpoppervlak is gevoelig voor slijtage, grote ruwheid; Metalen bindmiddel diamant slijpwiel wordt scherp gehouden door slijpen te slijpen, goede vormbaarheid, opduiken, ruwheid met een lage oppervlakte van het messlijpen, hogere efficiëntie, maar het bindingsvermogen van slijpende deeltjes maakt de zelfscherping slecht, en de snijrand is gemakkelijk om een impact gap te laten, ernstige marginale schade veroorzaakt; Keramisch binder diamant slijpwiel heeft een matige sterkte, goede zelfuitwinningsprestaties, meer interne poriën, Favfor Dust Removal en warmtedissipatie, kan zich aanpassen aan een verscheidenheid aan koelvloeistof, de lage slijptemperatuur, het slijpwiel is minder versleten, goede vormbehoud, de nauwkeurigheid van de hoogste efficiëntie, het lichaam van de gereedschapsoppervlak op de vorming van de vorming van de diamantige oppervlakte. Gebruik volgens de verwerkingsmaterialen, uitgebreide slijpefficiëntie, schurende duurzaamheid en oppervlaktekwaliteit van het werkstuk.
Het onderzoek naar het slijpen van de efficiëntie is vooral gericht op het verbeteren van de productiviteits- en controlekosten. In het algemeen worden slijpsnelheid Q (PCD -verwijdering per eenheidstijd) en slijtage -verhouding G (verhouding van PCD -verwijdering tot slijpwielverlies) gebruikt als evaluatiecriteria.
De Duitse geleerde Kenter slijpen PCD -tool met constante druk, test: ① verhoogt de slijpwielsnelheid, PDC -deeltjesgrootte en koelvloeistofconcentratie, de slijpsnelheid en slijtage worden verlaagd; ② Verhoogt de slijpdeeltjesgrootte, verhoogt de constante druk, verhoogt de concentratie van diamant in het slijpwiel, de slijpsnelheid en de slijtageverhouding; ③ Bindertype is anders, de slijpsnelheid en slijtage zijn anders. Kenter Het messlijpproces van PCD -tool werd systematisch bestudeerd, maar de invloed van het messlijpproces werd niet systematisch geanalyseerd.
3. Gebruik en falen van PCD -snijgereedschappen
(1) Selectie van parameters voor het snijden van gereedschappen
Tijdens de eerste periode van PCD -gereedschap ging de scherpe randmond geleidelijk door en werd de kwaliteit van het bewerkingsoppervlak beter. Passivering kan de microopening en kleine bramen die worden gebracht door het messlijpen effectief verwijderen, de oppervlaktekwaliteit van de snijkant verbeteren en tegelijkertijd een cirkelvormige randradius vormen om het verwerkte oppervlak te persen en te repareren, waardoor de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk wordt verbeterd.
PCD-gereedschapsoppervlakfreesaluminiumlegering, snijsnelheid is over het algemeen in 4000 m / min, gatverwerking is over het algemeen in 800 m / min, de verwerking van hoog elastisch-plastic non-ferrous metaal moet een hogere draaisnelheid (300-1000 m / min) nemen (300-1000 m / min). Het voedingsvolume wordt over het algemeen aanbevolen tussen 0,08-0,15 mm/r. Een te groot voervolume, verhoogde snijkracht, verhoogd resterende geometrische gebied van het werkstukoppervlak; Te klein voervolume, verhoogde snijwarmte en verhoogde slijtage. De snijdiepte neemt toe, de snijkracht neemt toe, de snijwarmte neemt toe, de levensduur neemt af, overmatige snij diepte kan gemakkelijk instorting van mes veroorzaken; Kleine snijdiepte zal leiden tot bewerkingsharden, slijtage en zelfs ineenstorting van het lemmet.
(2) Draag vorm
Toolverwerking werkstuk, vanwege wrijving, hoge temperatuur en andere redenen, slijtage is onvermijdelijk. De slijtage van het diamantgereedschap bestaat uit drie fasen: de initiële snelle slijtage (ook bekend als de overgangsfase), de stabiele slijtage met een constante slijtage en de daaropvolgende snelle slijtage. De snelle slijtage -fase geeft aan dat het gereedschap niet werkt en hoeft te hervinden. De slijtagevormen van snijgereedschap omvatten lijmslijtage (koude lasslijtage), diffusievlaging, schurende slijtage, oxidatievorm, enz.
Anders dan traditionele gereedschappen, is de slijtagevorm van PCD -gereedschap lijmslijtage, diffusiedlaire en polykristallijne laagschade. Onder hen is de schade van de polykristallaag de belangrijkste reden, die zich manifesteert als de subtiele ineenstorting van het mes veroorzaakt door externe impact of het verlies van lijm in PDC, die een opening vormt, die tot fysieke mechanische schade toebrengen, die kan leiden tot de vermindering van de verwerkingsprecisie en het stuk werkstukken. PCD -deeltjesgrootte, mesvorm, meshoek, werkstukmateriaal en verwerkingsparameters hebben invloed op de messterkte en snijkracht van de mes en veroorzaken vervolgens de schade van de polykristallaag. In de technische praktijk moeten de juiste grondstofdeeltjesgrootte, gereedschapsparameters en verwerkingsparameters worden geselecteerd volgens de verwerkingsvoorwaarden.
4. Ontwikkelingstrend van PCD -snijgereedschappen
Momenteel is het applicatiebereik van PCD-tool uitgebreid van traditionele wending tot boren, frezen, snel snijden en is in binnen- en buitenland op grote schaal gebruikt. De snelle ontwikkeling van elektrische voertuigen heeft niet alleen de impact op de traditionele auto -industrie veroorzaakt, maar heeft ook ongekende uitdagingen voor de gereedschapsindustrie gebracht, waardoor de gereedschapsindustrie de optimalisatie en innovatie had aangewakkerd.
De brede toepassing van PCD -snijgereedschappen heeft het onderzoek en de ontwikkeling van snijtools verdiept en gepromoot. Met de verdieping van onderzoek worden PDC -specificaties kleiner en kleiner, graanverfijningskwaliteitsoptimalisatie, prestatie -uniformiteit, slijpsnelheid en slijtage -verhouding is hoger en hoger, vorm en structuurdiversificatie. De onderzoeksrichtingen van PCD -tools omvatten: ① Onderzoek en ontwikkel dunne PCD -laag; ② Onderzoek en ontwikkelt nieuwe PCD -toolmaterialen; ③ Onderzoek om PCD -tools beter te lassen en de kosten verder te verlagen; ④ Onderzoek verbetert het slijpproces van het PCD -gereedschapsmes om de efficiëntie te verbeteren; ⑤ Onderzoek optimaliseert PCD -toolparameters en gebruikt tools volgens lokale omstandigheden; ⑥ Onderzoek selecteert rationeel snijparameters volgens de verwerkte materialen.
Korte samenvatting
(1) PCD -tools snijdende prestaties, maken het tekort van veel carbide -tools goed; Tegelijkertijd is de prijs veel lager dan een diamantgereedschap met één kristal, bij modern snijden, een veelbelovend hulpmiddel;
(2) Volgens het type en de prestaties van de verwerkte materialen, een redelijke selectie van de deeltjesgrootte en parameters van PCD -tools, wat het uitgangspunt is van de productie en het gebruik van gereedschappen,
(3) PCD -materiaal heeft een hoge hardheid, wat het ideale materiaal is voor het snijden van Knife County, maar het brengt ook de moeilijkheid voor de productie van het snijgereedschap. Bij de productie, om de proces moeilijkheid en verwerkingsbehoeften volledig te overwegen, om de beste kostenprestaties te bereiken;
(4) PCD -verwerkingsmaterialen in Knife County, moeten we redelijkerwijs snijparameters selecteren, op basis van het voldoen aan de productprestaties, voor zover mogelijk om de levensduur van de tool te verlengen om de balans van gereedschapsleven, productie -efficiëntie en productkwaliteit te bereiken;
(5) Onderzoek en ontwikkel nieuwe PCD -toolmaterialen om zijn inherente nadelen te overwinnen
Dit artikel is afkomstig van de "Superhard Material Network"
Posttijd: Mar-25-2025
