L’eina PCD està feta de punta de ganivet de diamant policristal·lí i matriu de carbur a través de sinterització de temperatura alta i alta pressió. No només pot donar un joc complet als avantatges d’una alta duresa, alta conductivitat tèrmica, coeficient de fricció baixa, coeficient d’expansió tèrmica baixa, petita afinitat amb metall i no metall, mòdul elàstic elevat, sense superfície escindida, isotròpica, però també té en compte la gran resistència de l’aliatge dur.
L’estabilitat tèrmica, la duresa d’impacte i la resistència al desgast són els principals indicadors de rendiment de PCD. Com que s’utilitza principalment en un entorn d’alta temperatura i alta tensió, l’estabilitat tèrmica és la cosa més important. L’estudi demostra que l’estabilitat tèrmica del PCD té un gran impacte en la resistència al desgast i la resistència a l’impacte. Les dades mostren que quan la temperatura és superior a 750 ℃, la resistència al desgast i la resistència a l’impacte de la PCD generalment disminueixen un 5% -10%.
L’estat de cristall de la PCD determina les seves propietats. En la microestructura, els àtoms de carboni formen enllaços covalents amb quatre àtoms adjacents, obtenen l'estructura tetraèdrica i, a continuació, formen el cristall atòmic, que té una forta orientació i força d'unió i una gran duresa. Els principals índexs de rendiment de PCD són els següents: ① La duresa pot arribar a 8.000 HV, 8-12 vegades de carbur; ② La conductivitat tèrmica és de 700W / MK, 1,5-9 vegades, fins i tot superior a PCBN i coure; ③ El coeficient de fricció és generalment només 0,1-0,3, molt inferior a 0,4-1 de carbur, reduint significativament la força de tall; ④ El coeficient d’expansió tèrmica és de només 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 de carbur, cosa que pot reduir la deformació tèrmica i millorar la precisió del processament; ⑤ i els materials no metàl·lics són menys afinitat per formar nòduls.
El nitrur de boro cúbic té una forta resistència a l’oxidació i pot processar materials que contenen ferro, però la duresa és inferior al diamant de cristall únic, la velocitat de processament és lenta i l’eficiència és baixa. El diamant de cristall únic té una gran duresa, però la duresa és insuficient. L’anisotropia facilita la dissociació al llarg de la superfície (111) sota l’impacte de la força externa i l’eficiència de processament és limitada. El PCD és un polímer sintetitzat per partícules de diamants de mida micra per determinats mitjans. La naturalesa caòtica de l’acumulació desordenada de partícules condueix a la seva naturalesa isotròpica macroscòpica, i no hi ha cap superfície direccional i de clivatge a la resistència a la tracció. En comparació amb el diamant d’un sol cristall, el límit de gra de PCD redueix efectivament l’anisotropia i optimitza les propietats mecàniques.
1. Principis de disseny de les eines de tall PCD
(1) Selecció raonable de la mida de les partícules PCD
Teòricament, PCD hauria d’intentar perfeccionar els grans i la distribució d’additius entre productes hauria de ser el més uniforme possible per superar l’anisotropia. L’elecció de la mida de les partícules PCD també està relacionada amb les condicions de processament. En general, es pot utilitzar PCD amb alta resistència, bona duresa, bona resistència a l’impacte i gra fi per acabar o acabar amb un gra de gra gruixut per a un mecanitzat general. La mida de les partícules PCD pot afectar significativament el rendiment de desgast de l'eina. La literatura rellevant assenyala que quan el gra de matèria primera és gran, la resistència al desgast augmenta gradualment amb la disminució de la mida del gra, però quan la mida del gra és molt petita, aquesta regla no és aplicable.
Experiments relacionats van seleccionar quatre pols de diamants amb mides mitjanes de partícules de 10um, 5um, 2um i 1um, i es va concloure que: ① amb la disminució de la mida de partícula de la matèria primera, CO es difon de manera més uniforme; Amb la disminució de ②, la resistència al desgast i la resistència a la calor de PCD van disminuir gradualment.
(2) Elecció raonable de la boca de la fulla i el gruix de la fulla
La forma de la boca de la fulla inclou principalment quatre estructures: vora invertit, cercle contundent, compost de cercle contundent de vora invertit i angle afilat. L’estructura angular afilada fa que la vora sigui nítida, la velocitat de tall és ràpida, pot reduir significativament la força de tall i la burr, millorar la qualitat de la superfície del producte, és més adequada per a l’aliatge d’alumini de silici baix i altres baixes dures, uniforme de metall no ferrós. L’estructura rodona obtusa pot passar la boca de la fulla, formant un angle R, evitar eficaçment la ruptura de la fulla, adequada per a processament de medi / aliatge d’alumini de silici alt. En alguns casos especials, com ara la profunditat de tall superficial i l’alimentació de ganivets petit, es prefereix l’estructura rodona contundent. L’estructura de la vora invertida pot augmentar les vores i les cantonades, estabilitzar la fulla, però alhora augmentarà la pressió i la resistència de tall, més adequades per a la càrrega de càrrega pesada d’alumini d’alumini alt.
Per tal de facilitar l’EDM, sol triar una fina capa de xapa PDC (0,3-1,0 mm), a més de la capa de carbur, el gruix total de l’eina és d’uns 28 mm. La capa de carbur no ha de ser massa gruixuda per evitar l’estratificació causada per la diferència d’estrès entre les superfícies d’enllaç
2, procés de fabricació d’eines PCD
El procés de fabricació de l’eina PCD determina directament el rendiment de tall i la vida útil de l’eina, que és la clau de la seva aplicació i desenvolupament. El procés de fabricació de l'eina PCD es mostra a la figura 5.
(1) Fabricació de comprimits compostos PCD (PDC)
① Procés de fabricació del PDC
El PDC es compon generalment de pols de diamant natural o sintètic i agent d’unió a alta temperatura (1000-2000 ℃) i alta pressió (5-10 atm). L’agent d’unió forma el pont d’unió amb Tic, Sic, Fe, CO, Ni, etc. Com a components principals, i el cristall de diamants s’incorpora a l’esquelet del pont d’unió en forma d’enllaç covalent. El PDC es converteix generalment en discos amb diàmetre i gruix fix, i trituració i polit i altres tractaments físics i químics corresponents. En essència, la forma ideal de PDC hauria de conservar les excel·lents característiques físiques del diamant de cristall únic al màxim possible, per tant, els additius del cos de sinterització haurien de ser el mínim possible, alhora, la combinació d’enllaç DD de partícules, tant com sigui possible,
② Classificació i selecció d’enquadernadors
L’enllaç és el factor més important que afecta l’estabilitat tèrmica de l’eina PCD, que afecta directament la seva duresa, la resistència al desgast i l’estabilitat tèrmica. Els mètodes comuns d’enllaç PCD són: ferro, cobalt, níquel i altres metalls de transició. La pols mixta CO i W es va utilitzar com a agent d’enllaç, i el rendiment integral del PCD de sinterització va ser millor quan la pressió de síntesi va ser de 5,5 GPa, la temperatura de sinterització va ser de 1450 ℃ i l’aïllament de 4min. Sic, tic, wc, tib2 i altres materials ceràmics. Sic L’estabilitat tèrmica de sic és millor que la de CO, però la duresa i la duresa de la fractura són relativament baixes. La reducció adequada de la mida de la matèria primera pot millorar la duresa i la duresa del PCD. No hi ha adhesiu, amb grafit o altres fonts de carboni a la temperatura ultra-alta i alta pressió cremades en un diamant de polímer a nanoescala (NPD). Utilitzar el grafit com a precursor per preparar NPD és les condicions més exigents, però la NPD sintètica té la major duresa i les millors propietats mecàniques.
Selecció i control de ③ grans
La pols de diamant de matèria primera és un factor clau que afecta el rendiment de la PCD. Pretractar la micropowder de diamants, afegint una petita quantitat de substàncies que dificulten les partícules de diamants anormals del creixement i la selecció raonable d’additius sinteritzadors pot inhibir el creixement de partícules de diamants anormals.
La NPD pura elevada amb una estructura uniforme pot eliminar eficaçment l’anisotropia i millorar encara més les propietats mecàniques. La pols precursora de nanogràfica preparada pel mètode de mòlta de boles d’alta energia es va utilitzar per regular el contingut d’oxigen a la pre-sintera de alta temperatura, transformant el grafit en diamant menor de 18 GPa i 2100-2300 ℃, generant làmina i NPD granular i la duresa va augmentar amb la disminució del gruix de làmepa.
④ Tractament químic tardà
A la mateixa temperatura (200 ° ℃) i temps (20H), l'efecte d'eliminació de cobalt de Lewis àcid-FECL3 va ser significativament millor que la de l'aigua, i la proporció òptima de HCl va ser de 10-15g / 100ml. L’estabilitat tèrmica de la PCD millora a mesura que augmenta la profunditat d’eliminació de cobalt. Per a un PCD de creixement gruixut, un fort tractament amb àcids pot eliminar completament la CO, però té una gran influència en el rendiment del polímer; Afegint TIC i WC per canviar l'estructura de policristal i combinar -se amb un fort tractament amb àcid per millorar l'estabilitat del PCD. Actualment, el procés de preparació dels materials PCD millora, la duresa del producte és bona, l’anisotropia s’ha millorat molt, s’ha realitzat la producció comercial, les indústries relacionades s’estan desenvolupant ràpidament.
(2) Processament de la fulla PCD
① Procés de tall
La PCD té una gran duresa, una bona resistència al desgast i un alt procés de tall difícil.
② Procediment de soldadura
PDC i el cos del ganivet mitjançant pinça mecànica, enllaça i arrossegament. El brazing és pressionar PDC a la matriu del carbur, incloent el brazing de buit, la soldadura de difusió de buit, el calefacció de calefacció per inducció d’alta freqüència, soldadura per làser, etc. La calefacció d’inducció d’alta freqüència té un baix cost i un rendiment elevat i s’ha utilitzat àmpliament. La qualitat de la soldadura està relacionada amb el flux, l’aliatge de soldadura i la temperatura de soldadura. La temperatura de soldadura (generalment inferior a 700 ° ℃) té el major impacte, la temperatura és massa alta, fàcil de provocar una grafitització de PCD, o fins i tot una "cremada excessiva", que afecta directament l'efecte de soldadura i una temperatura massa baixa comportarà una resistència de soldadura insuficient. La temperatura de soldadura es pot controlar pel temps d’aïllament i la profunditat de la vermellor PCD.
③ Procés de trituració de les fulles
El procés de trituració d’eines PCD és la clau per al procés de fabricació. Generalment, el valor màxim de la fulla i la fulla es troba dins de 5um i el radi de l’arc es troba dins de 4um; La superfície de tall frontal i posterior assegura que certs acaben de superfície i fins i tot redueixen la superfície de tall frontal a 0,01 μ m per complir els requisits del mirall, fer que les xips flueixin al llarg de la superfície del ganivet davanter i eviten que s’enganxin el ganivet.
El procés de mòlta de les fulles inclou la mòlta mecànica de la roda de la roda de la fulla de diamant, la mòlta de la fulla de les espurnes elèctriques (EDG), la roda de mòlta abrasiva super dura de metall, la mòlta electrolítica en línia (ELID), la mecanització de mòlta de fulla composta. Entre ells, la mòlta mecànica de la roda de la roda de diamants és la més madura, la més utilitzada.
Experiments relacionats: ① La roda de trituració de partícules gruixuda comportarà un col·lapse greu de les fulles i la mida de les partícules de la roda de mòlta disminueix i la qualitat de la fulla es millora; La mida de les partícules de la roda de rectificació està estretament relacionada amb la qualitat de la fulla de les partícules fines o les eines de PCD de partícules ultrafines, però té un efecte limitat en les eines de PCD de partícules gruixudes.
La investigació relacionada a casa i a l'estranger se centra principalment en el mecanisme i el procés de trituració de les fulles. En el mecanisme de mòlta de la fulla, l’eliminació termoquímica i l’eliminació mecànica són els dominants, i l’eliminació i l’eliminació de fatiga trencadissa són relativament petites. Quan es mulli, segons la resistència i la resistència a la calor de diferents rodes de mòlta de diamants d’agents d’unió, milloreu la velocitat i la freqüència de balanceig de la roda de mòlta en la mesura del possible, eviteu l’eliminació de la britena i la fatiga, milloreu la proporció d’eliminació termoquímica i reduïu la rugositat de la superfície. La rugositat superficial de la mòlta seca és baixa, però fàcilment a causa de la temperatura de processament elevada, la superfície de l’eina de cremada,
El procés de trituració de les fulles ha de parar atenció a: ① Trieu els paràmetres del procés de trituració de les fulles raonables, pot fer que la qualitat de la boca de vora sigui més excel·lent, l’acabat de la superfície de la fulla frontal i posterior. No obstant això, també considereu una gran força de mòlta, una gran pèrdua, una baixa eficiència de trituració, un elevat cost; ② Seleccioneu la qualitat de la roda raonable de la mòlta, incloent -hi el tipus d’enllaç, la mida de les partícules, la concentració, l’enllaç, el guarniment de les rodes de mòlta, amb condicions raonables de fulla seca i de fulla humida, pot optimitzar l’eina davant i la cantonada posterior, el valor de passivació de la punta del ganivet i altres paràmetres, alhora que milloren la qualitat de la superfície de l’eina.
Les diferents rodes de mòlta de diamants d’unió tenen característiques diferents i un mecanisme i un efecte de mòlta diferents. La roda de sorra de diamant de l’enllaç de resina és tova, les partícules de mòlta són fàcils de caure prematurament, sense tenir una resistència a la calor, la superfície es deforma fàcilment per la calor, la superfície de la fulla és propensa a marques de desgast, gran rugositat; La roda de la mòlta de diamants de l’enllaç metàl·lic es manté a la trituració de trituració, la bona formabilitat, la superfície, la baixa rugositat superficial de la mòlta de la fulla, l’eficiència més elevada, però, la capacitat d’unió de les partícules de trituració fa que l’auto-xifrel sigui pobre, i l’avantguarda és fàcil de deixar un buit d’impacte, causant greus danys marginals; La roda de la mòlta de diamants de l’enllaç ceràmic té una resistència moderada, un bon rendiment d’autoexcitació, més porus interns, l’eliminació de la pols favfor i la dissipació de calor, poden adaptar-se a una varietat de refrigerant, la baixa temperatura de mòlta, la roda de mòlta és menys desgastada, una bona retenció de forma, la precisió de l’eficiència més alta, però, el cos de la mòlta de diamant i l’enllaç condueix a la formació de pinces a la superfície de l’eina. Utilitzeu segons els materials de processament, eficiència de mòlta integral, durabilitat abrasiva i qualitat superficial de la peça.
La investigació sobre l'eficiència de la mòlta se centra principalment en millorar la productivitat i el cost de control. Generalment, com a criteris d'avaluació s'utilitzen la velocitat de mòlta Q (eliminació de PCD per unitat de temps) i la relació de desgast (proporció d'eliminació de PCD a la pèrdua de rodes).
L’estudi alemany Kenter es molla l’eina PCD amb pressió constant, prova: ① Augmenta la velocitat de la roda de mòlta, la mida de les partícules PDC i la concentració de refrigerant, la velocitat de mòlta i la relació de desgast es redueix; ② Augmenta la mida de la partícula de mòlta, augmenta la pressió constant, augmenta la concentració de diamant a la roda de mòlta, la velocitat de mòlta i l’augment de la proporció de desgast; ③ El tipus d’enllaç és diferent, la taxa de mòlta i la relació de desgast és diferent. Kenter El procés de mòlta de la fulla de l'eina PCD es va estudiar sistemàticament, però la influència del procés de mòlta de les fulles no es va analitzar sistemàticament.
3. Ús i fallada de les eines de tall PCD
(1) Selecció de paràmetres de tall d'eines
Durant el període inicial de l’eina PCD, la boca de vora afilada es va passar gradualment i la qualitat de la superfície del mecanitzat va millorar. La passivació pot eliminar eficaçment el micro -gap i les petites burrs aportades per la mòlta de la fulla, millorar la qualitat de la superfície de la vora del tall i, alhora, formar un radi de vora circular per esprémer i reparar la superfície processada, millorant així la qualitat de la superfície de la peça.
Aliatge d'alumini de la superfície de l'eina PCD, la velocitat de tall és generalment en 4.000 m / min, el processament dels forats es troba generalment en 800 m / min, el processament de metall no ferrós elàstic-plàstic alt hauria de prendre una velocitat de gir més elevada (300-1000m / min). El volum d’alimentació es recomana generalment entre 0,08-0,15 mm/r. Volum d’alimentació massa gran, augment de la força de tall, augment de l’àrea geomètrica residual de la superfície de la peça; Un volum d’alimentació massa petit, augment de la calor de tall i augment del desgast. La profunditat de tall augmenta, la força de tall augmenta, la calor de tall augmenta, la vida disminueix, la profunditat de tall excessiva pot provocar fàcilment un col·lapse de les fulles; Petita profunditat de tall comportarà un enduriment, desgast i fins i tot un col·lapse de les fulles.
(2) Forma de desgast
PROCESSIÓ DE TREBALLS TREBALLA, A causa de la fricció, la temperatura alta i altres motius, el desgast és inevitable. El desgast de l’eina de diamants consta de tres etapes: la fase inicial de desgast ràpida (també coneguda com a fase de transició), la fase de desgast estable amb una velocitat de desgast constant i la posterior fase de desgast ràpida. La fase de desgast ràpida indica que l'eina no funciona i requereix esborrament. Les formes de desgast d’eines de tall inclouen desgast adhesiu (desgast de soldadura en fred), desgast de difusió, desgast abrasiu, desgast d’oxidació, etc.
Diferent de les eines tradicionals, la forma de desgast d’eines PCD és el desgast adhesiu, el desgast de difusió i els danys de la capa policristal·lina. Entre ells, el dany de la capa de policristall és el motiu principal, que es manifesta com el col·lapse subtil de la fulla causada per un impacte extern o la pèrdua d’adhesiu en PDC, formant un buit, que pertany a danys mecànics físics, que poden provocar la reducció de la precisió de processament i la ferralla de les peces de treball. La mida de les partícules PCD, la forma de la fulla, l’angle de la fulla, el material de la peça i els paràmetres de processament afectaran la força de la fulla i la força de tall de la fulla i, a continuació, provocaran el dany de la capa de policristal. En la pràctica d’enginyeria, s’han de seleccionar la mida de les partícules de matèria primera adequada, els paràmetres d’eines i els paràmetres de processament segons les condicions de processament.
4. Tendència de desenvolupament de les eines de tall PCD
Actualment, la gamma d’aplicacions d’eina PCD s’ha ampliat des del gir tradicional fins a la perforació, el fresat, el tall d’alta velocitat i s’ha utilitzat àmpliament a casa i a l’estranger. El ràpid desenvolupament de vehicles elèctrics no només ha aportat un impacte a la indústria automobilística tradicional, sinó que també ha aportat reptes sense precedents a la indústria de les eines, instant la indústria de les eines a accelerar l’optimització i la innovació.
L’àmplia aplicació d’eines de tall PCD ha aprofundit i promogut la investigació i el desenvolupament d’eines de tall. Amb l’aprofundiment de la investigació, les especificacions de PDC són cada cop més petites i més petites, l’optimització de la qualitat del refinament del gra, la uniformitat de rendiment, la taxa de mòlta i la proporció de desgast és més elevada i més elevada, la diversificació de forma i estructura. Les indicacions de recerca d’eines PCD inclouen: ① Recerca i desenvolupar una capa PCD fina; ② Investiga i desenvolupa nous materials d’eines PCD; ③ Investigació per soldar les eines de PCD i reduir encara més el cost; ④ La investigació millora el procés de trituració de les fulles d’eines PCD per millorar l’eficiència; ⑤ La investigació optimitza els paràmetres d’eines PCD i utilitza eines segons les condicions locals; ⑥ La investigació selecciona racionalment els paràmetres de tall segons els materials processats.
Breu resum
(1) El rendiment de tall d’eines PCD, compensa l’escassetat de moltes eines de carbur; Al mateix temps, el preu és molt inferior a l’eina de diamants de cristall únic, en el tall modern, és una eina prometedora;
(2) Segons el tipus i el rendiment dels materials processats, una selecció raonable de la mida de partícules i els paràmetres de les eines PCD, que és la premissa de la fabricació i ús d'eines,
(3) El material PCD té una gran duresa, que és el material ideal per tallar el comtat de ganivets, però també aporta la dificultat per a la fabricació d'eines de tall. Quan la fabricació, considereu de forma exhaustiva la dificultat del procés i les necessitats de processament, per aconseguir el millor rendiment de costos;
(4) Materials de processament de PCD al comtat de Knife, hauríem de seleccionar raonablement paràmetres de tall, a partir de complir el rendiment del producte, en la mesura del possible per ampliar la vida útil de l'eina per aconseguir l'equilibri de la vida de l'eina, l'eficiència de producció i la qualitat del producte;
(5) investigar i desenvolupar nous materials d’eines PCD per superar els seus inconvenients inherents
Aquest article prové del "Xarxa de Material Superhard"
Posada Posada: el 25 de març del 2025
