Alat PCD terbuat dari ujung pisau berlian polikristalin dan matriks karbida melalui suhu tinggi dan sintering tekanan tinggi. Ini tidak hanya dapat memberikan permainan penuh pada keuntungan dari kekerasan tinggi, konduktivitas termal tinggi, koefisien gesekan rendah, koefisien ekspansi termal rendah, afinitas kecil dengan logam dan non-logam, modulus elastis tinggi, tidak ada permukaan belahan, isotropik, tetapi juga mempertimbangkan kekuatan tinggi paduan keras.
Stabilitas termal, ketangguhan dampak dan ketahanan aus adalah indikator kinerja utama PCD. Karena sebagian besar digunakan dalam lingkungan suhu tinggi dan stres tinggi, stabilitas termal adalah hal yang paling penting. Studi ini menunjukkan bahwa stabilitas termal PCD memiliki dampak besar pada ketahanan aus dan ketangguhan dampak. Data menunjukkan bahwa ketika suhu lebih tinggi dari 750 ℃, resistensi keausan dan ketangguhan dampak PCD umumnya berkurang 5% -10%.
Keadaan kristal PCD menentukan propertinya. Dalam struktur mikro, atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan empat atom yang berdekatan, mendapatkan struktur tetrahedral, dan kemudian membentuk kristal atom, yang memiliki gaya orientasi dan pengikatan yang kuat, dan kekerasan tinggi. Indeks kinerja utama PCD adalah sebagai berikut: ① Kekerasan dapat mencapai 8000 HV, 8-12 kali karbida; ② Konduktivitas termal adalah 700W / mK, 1,5-9 kali, bahkan lebih tinggi dari PCBN dan tembaga; ③ Koefisien gesekan umumnya hanya 0,1-0,3, lebih dari 0,4-1 karbida, secara signifikan mengurangi gaya pemotongan; ④ Koefisien ekspansi termal hanya 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 karbida, yang dapat mengurangi deformasi termal dan meningkatkan akurasi pemrosesan; ⑤ dan bahan non-logam kurang afinitas untuk membentuk nodul.
Nitrida boron kubik memiliki ketahanan oksidasi yang kuat dan dapat memproses bahan yang mengandung besi, tetapi kekerasannya lebih rendah dari berlian kristal tunggal, kecepatan pemrosesan lambat dan efisiensinya rendah. Berlian kristal tunggal memiliki kekerasan tinggi, tetapi ketangguhannya tidak cukup. Anisotropi memudahkan disosiasi sepanjang (111) permukaan di bawah dampak gaya eksternal, dan efisiensi pemrosesan terbatas. PCD adalah polimer yang disintesis oleh partikel berlian berukuran mikron dengan cara tertentu. Sifat kacau dari akumulasi partikel yang tidak teratur menyebabkan sifat isotropik makroskopisnya, dan tidak ada permukaan arah dan pembelahan dalam kekuatan tarik. Dibandingkan dengan berlian kristal tunggal, batas butir PCD secara efektif mengurangi anisotropi dan mengoptimalkan sifat mekanik.
1. Prinsip -prinsip desain alat pemotong PCD
(1) Pilihan ukuran partikel PCD yang wajar
Secara teoritis, PCD harus mencoba memperbaiki biji -bijian, dan distribusi aditif antar produk harus seragam mungkin untuk mengatasi anisotropi. Pilihan ukuran partikel PCD juga terkait dengan kondisi pemrosesan. Secara umum, PCD dengan kekuatan tinggi, ketangguhan yang baik, ketahanan dampak yang baik dan biji -bijian halus dapat digunakan untuk finishing atau finishing super, dan PCD butiran kasar dapat digunakan untuk pemesinan kasar umum. Ukuran partikel PCD dapat secara signifikan mempengaruhi kinerja keausan alat. Literatur yang relevan menunjukkan bahwa ketika butiran bahan baku besar, resistensi keausan secara bertahap meningkat dengan penurunan ukuran butir, tetapi ketika ukuran butirnya sangat kecil, aturan ini tidak berlaku.
Eksperimen terkait yang dipilih empat bubuk berlian dengan ukuran partikel rata -rata 10um, 5um, 2um dan 1um, dan disimpulkan bahwa: ① dengan penurunan ukuran partikel bahan baku, CO berdifusi lebih merata; Dengan penurunan ②, ketahanan aus dan ketahanan panas PCD secara bertahap menurun.
(2) Pilihan yang masuk akal dari bentuk mulut bilah dan ketebalan blade
Bentuk mulut blade terutama mencakup empat struktur: tepi terbalik, lingkaran tumpul, komposit lingkaran tumpul tepi terbalik dan sudut tajam. Struktur sudut yang tajam membuat tepi tajam, kecepatan pemotongan cepat, dapat secara signifikan mengurangi gaya pemotongan dan duri, meningkatkan kualitas permukaan produk, lebih cocok untuk paduan aluminium silikon rendah dan kekerasan rendah lainnya, finishing logam non-ferro yang seragam. Struktur bundar yang tumpul dapat memadatkan mulut bilah, membentuk sudut R, secara efektif mencegah pecahnya blade, cocok untuk memproses paduan aluminium silikon sedang / tinggi. Dalam beberapa kasus khusus, seperti kedalaman pemotongan dangkal dan pemberian pisau kecil, struktur bulat tumpul lebih disukai. Struktur tepi terbalik dapat meningkatkan tepi dan sudut, menstabilkan blade, tetapi pada saat yang sama akan meningkatkan tekanan dan pemotongan resistensi, lebih cocok untuk pemotongan beban berat paduan aluminium silikon tinggi.
Untuk memfasilitasi EDM, biasanya memilih lapisan lembaran PDC tipis (0,3-1.0mm), ditambah lapisan karbida, ketebalan total alat adalah sekitar 28mm. Lapisan karbida seharusnya tidak terlalu tebal untuk menghindari stratifikasi yang disebabkan oleh perbedaan stres antara permukaan ikatan
2, proses pembuatan alat PCD
Proses pembuatan alat PCD secara langsung menentukan kinerja pemotongan dan masa pakai alat, yang merupakan kunci untuk penerapan dan pengembangannya. Proses pembuatan alat PCD ditunjukkan pada Gambar 5.
(1) Pembuatan tablet komposit PCD (PDC)
① Proses pembuatan PDC
PDC umumnya terdiri dari bubuk berlian alami atau sintetis dan zat pengikat pada suhu tinggi (1000-2000 ℃) dan tekanan tinggi (5-10 atm). Agen pengikat membentuk jembatan pengikat dengan TIC, sic, Fe, CO, Ni, dll. Sebagai komponen utama, dan kristal berlian tertanam dalam kerangka jembatan pengikat dalam bentuk ikatan kovalen. PDC umumnya dibuat menjadi disk dengan diameter dan ketebalan tetap, dan menggiling dan dipoles dan perawatan fisik dan kimia lainnya yang sesuai. Intinya, bentuk ideal PDC harus mempertahankan karakteristik fisik berlian kristal tunggal sebanyak mungkin, oleh karena itu, aditif dalam tubuh sintering harus sesedikit mungkin, pada saat yang sama, kombinasi ikatan partikel DD sebanyak mungkin,
② Klasifikasi dan pemilihan pengikat
Binder adalah faktor terpenting yang mempengaruhi stabilitas termal alat PCD, yang secara langsung mempengaruhi kekerasan, ketahanan aus dan stabilitas termal. Metode ikatan PCD umum adalah: besi, kobalt, nikel dan logam transisi lainnya. Bubuk campuran CO dan W digunakan sebagai agen ikatan, dan kinerja komprehensif PCD sintering adalah yang terbaik ketika tekanan sintesis adalah 5,5 GPa, suhu sintering adalah 1450 ℃ dan isolasi untuk 4 menit. Sic, tic, wc, tib2, dan bahan keramik lainnya. SIC Stabilitas termal SiC lebih baik daripada CO, tetapi ketangguhan kekerasan dan patah tulang relatif rendah. Pengurangan ukuran bahan baku yang tepat dapat meningkatkan kekerasan dan ketangguhan PCD. Tidak ada perekat, dengan grafit atau sumber karbon lainnya dalam suhu ultra-tinggi dan tekanan tinggi dibakar menjadi berlian polimer skala nano (NPD). Menggunakan grafit sebagai prekursor untuk menyiapkan NPD adalah kondisi yang paling menuntut, tetapi NPD sintetis memiliki kekerasan tertinggi dan sifat mekanik terbaik.
Seleksi dan kontrol ③ biji -bijian
Bubuk berlian bahan baku adalah faktor kunci yang mempengaruhi kinerja PCD. Micropowder berlian pretreating, menambahkan sejumlah kecil zat yang menghambat pertumbuhan partikel berlian abnormal dan pemilihan aditif sintering yang wajar dapat menghambat pertumbuhan partikel berlian abnormal.
NPD murni tinggi dengan struktur seragam dapat secara efektif menghilangkan anisotropi dan lebih lanjut meningkatkan sifat mekanik. Bubuk prekursor nanografi yang disiapkan dengan metode penggilingan bola berenergi tinggi digunakan untuk mengatur kandungan oksigen pada suhu tinggi pra-penafsiran, mengubah grafit menjadi berlian di bawah 18 GPa dan 2100-2300 ℃, menghasilkan lamella dan npd granular, dan kekerasan meningkat dengan penurunan ketebalan lamella.
④ Perawatan Kimia Akhir
Pada suhu yang sama (200 ° ℃) dan waktu (20 jam), efek penghilangan kobalt dari Lewis Acid-FECL3 secara signifikan lebih baik daripada air, dan rasio optimal HCl adalah 10-15g / 100ml. Stabilitas termal PCD meningkat seiring dengan kedalaman penghilangan kobalt meningkat. Untuk PCD pertumbuhan berbutir kasar, perlakuan asam yang kuat dapat sepenuhnya menghilangkan CO, tetapi memiliki pengaruh besar pada kinerja polimer; Menambahkan TIC dan WC untuk mengubah struktur polikristal sintetis dan menggabungkan dengan perlakuan asam yang kuat untuk meningkatkan stabilitas PCD. Saat ini, proses persiapan bahan PCD meningkat, ketangguhan produknya baik, anisotropi telah sangat ditingkatkan, telah mewujudkan produksi komersial, industri terkait berkembang dengan cepat.
(2) Pemrosesan pisau PCD
① Proses pemotongan
PCD memiliki kekerasan tinggi, ketahanan aus yang baik dan proses pemotongan yang sulit.
② Prosedur pengelasan
PDC dan bodi pisau dengan penjepit mekanis, ikatan dan pemarah. Brazing adalah untuk menekan PDC pada matriks karbida, termasuk brazing vakum, pengelasan difusi vakum, pemanas pemanasan induksi frekuensi tinggi, pengelasan laser, dll. Pemanas pemanas induksi frekuensi tinggi memiliki biaya rendah dan pengembalian tinggi, dan telah banyak digunakan. Kualitas pengelasan terkait dengan fluks, paduan pengelasan dan suhu pengelasan. Suhu pengelasan (umumnya lebih rendah dari 700 ° ℃) memiliki dampak terbesar, suhunya terlalu tinggi, mudah menyebabkan grafitisasi PCD, atau bahkan "pembakaran berlebihan", yang secara langsung mempengaruhi efek pengelasan, dan suhu yang terlalu rendah akan menyebabkan kekuatan pengelasan yang tidak mencukupi. Suhu pengelasan dapat dikontrol oleh waktu isolasi dan kedalaman kemerahan PCD.
③ Proses penggilingan blade
Proses penggilingan pahat PCD adalah kunci untuk proses pembuatan. Secara umum, nilai puncak blade dan blade berada dalam 5um, dan jari -jari busur berada dalam 4um; Permukaan pemotongan depan dan belakang memastikan permukaan tertentu, dan bahkan mengurangi permukaan pemotongan depan RA menjadi 0,01 μ m untuk memenuhi persyaratan cermin, membuat chip mengalir di sepanjang permukaan pisau depan dan mencegah pisau yang menempel.
Proses penggilingan blade termasuk roda penggilingan berlian gerinda mekanik mekanik, penggiling blade spark listrik (EDG), pengikat logam super keras roda gerinda abrasif online finishing elektrolit elektrolit bilah (elid), pemesinan penggilingan blade komposit. Di antara mereka, gerinda mekanis roda penggilingan berlian adalah yang paling dewasa, yang paling banyak digunakan.
Eksperimen Terkait: ① Roda gerinda partikel kasar akan menyebabkan keruntuhan blade yang serius, dan ukuran partikel roda gerinda berkurang, dan kualitas blade menjadi lebih baik; Ukuran partikel ② roda gerinda terkait erat dengan kualitas blade dari partikel halus atau alat PCD partikel ultrafine, tetapi memiliki efek terbatas pada alat PCD partikel kasar.
Penelitian terkait di rumah dan luar negeri terutama berfokus pada mekanisme dan proses penggilingan blade. Dalam mekanisme penggilingan blade, pemindahan termokimia dan pemindahan mekanis adalah dominan, dan pemindahan rapuh dan pelepasan kelelahan relatif kecil. Saat menggiling, sesuai dengan kekuatan dan ketahanan panas dari berbagai roda penggilingan berlian zat pengikat, tingkatkan kecepatan dan frekuensi ayunan roda gerinda sejauh mungkin, hindari kerapuhan dan pelepasan kelelahan, tingkatkan proporsi penghilangan termokimia, dan kurangi kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan gerinda kering rendah, tetapi mudah karena suhu pemrosesan yang tinggi, permukaan pahat terbakar,
Proses penggilingan blade perlu memperhatikan: ① Pilih parameter proses penggilingan blade yang masuk akal, dapat membuat kualitas mulut tepi lebih baik, permukaan blade depan dan belakang lebih tinggi. Namun, juga mempertimbangkan kekuatan penggilingan yang tinggi, kerugian besar, efisiensi penggilingan rendah, biaya tinggi; ② Pilih kualitas roda penggilingan yang wajar, termasuk tipe pengikat, ukuran partikel, konsentrasi, pengikat, pembalut roda gerinda, dengan kondisi penggilingan blade kering dan basah yang masuk akal, dapat mengoptimalkan pojok depan dan belakang pahat, nilai pasif ujung pisau dan parameter lainnya, sambil meningkatkan kualitas permukaan alat.
Roda penggilingan berlian pengikat yang berbeda memiliki karakteristik yang berbeda, dan mekanisme dan efek penggilingan yang berbeda. Roda pasir berlian pengikat resin adalah partikel yang lembut dan gerinda mudah jatuh sebelum waktunya, tidak memiliki ketahanan panas, permukaannya mudah dideformasi oleh panas, permukaan gerinda blade rentan terhadap bekas yang dipakai, kekasaran besar; Roda penggilingan berlian pengikat logam dijaga agar tetap tajam dengan meremehkan, kemampuan formasi yang baik, permukaan, kekasaran permukaan yang rendah dari gerinda bilah, efisiensi yang lebih tinggi, namun, kemampuan pengikatan partikel penggilingan membuat orang yang lebih buruk, dan ujung tombak mudah untuk meninggalkan celah dampak, menyebabkan kerusakan marginal yang serius; Roda gerinda berlian pengikat keramik memiliki kekuatan sedang, kinerja eksitasi yang baik, lebih banyak pori-pori internal, fav untuk menghilangkan debu dan disipasi panas, dapat beradaptasi dengan berbagai pendingin, suhu penggilingan rendah, roda gerinda lebih sedikit usang, retensi bentuk yang baik, akurasi efisiensi tertinggi, body dari penggilingan diamond dan binding di arah giliran yang berlian dan binding. Gunakan sesuai dengan bahan pemrosesan, efisiensi penggilingan yang komprehensif, daya tahan abrasif dan kualitas permukaan benda kerja.
Penelitian tentang efisiensi penggilingan terutama berfokus pada peningkatan produktivitas dan biaya kontrol. Secara umum, laju penggilingan Q (penghapusan PCD per satuan waktu) dan rasio keausan G (rasio penghapusan PCD terhadap kehilangan roda penggilingan) digunakan sebagai kriteria evaluasi.
Cendekiawan Jerman Kenter Grinding PCD Alat dengan tekanan konstan, uji: ① Meningkatkan kecepatan roda gerinda, ukuran partikel PDC dan konsentrasi pendingin, laju gerinda dan rasio keausan berkurang; ② Meningkatkan ukuran partikel penggilingan, meningkatkan tekanan konstan, meningkatkan konsentrasi berlian di roda gerinda, laju gerinda dan peningkatan rasio keausan; ③ Jenis pengikat berbeda, laju gerinda dan rasio keausan berbeda. Kenter Proses penggilingan blade dari alat PCD dipelajari secara sistematis, tetapi pengaruh proses penggilingan blade tidak dianalisis secara sistematis.
3. Penggunaan dan Kegagalan Alat Pemotongan PCD
(1) Pemilihan parameter pemotongan pahat
Selama periode awal alat PCD, mulut tepi tajam secara bertahap dilewati, dan kualitas permukaan pemesinan menjadi lebih baik. Pasifik dapat secara efektif menghilangkan celah mikro dan gerinda kecil yang dibawa oleh penggilingan blade, meningkatkan kualitas permukaan ujung tombak, dan pada saat yang sama, membentuk jari -jari tepi melingkar untuk memeras dan memperbaiki permukaan yang diproses, sehingga meningkatkan kualitas permukaan benda kerja.
Aluminium aluminium PCD PCD Paduan aluminium, kecepatan pemotongan umumnya dalam 4000m / menit, pemrosesan lubang umumnya dalam 800m / menit, pemrosesan logam non-ferrool elastis tinggi harus mengambil kecepatan belokan yang lebih tinggi (300-1000m / menit). Volume umpan umumnya direkomendasikan antara 0,08-0,15mm/r. Volume umpan yang terlalu besar, peningkatan gaya pemotongan, peningkatan area geometris residual dari permukaan benda kerja; Volume umpan yang terlalu kecil, peningkatan panas pemotongan, dan peningkatan keausan. Kedalaman pemotongan meningkat, gaya pemotongan meningkat, panas pemotongan meningkat, kehidupan berkurang, kedalaman pemotongan yang berlebihan dapat dengan mudah menyebabkan keruntuhan pisau; Kedalaman pemotongan kecil akan menyebabkan pengerasan, keausan, dan bahkan runtuhnya pisau.
(2) bentuk aus
Benda kerja pemrosesan alat, karena gesekan, suhu tinggi dan alasan lainnya, keausan tidak bisa dihindari. Keausan alat berlian terdiri dari tiga tahap: fase keausan cepat awal (juga dikenal sebagai fase transisi), fase keausan yang stabil dengan laju keausan konstan, dan fase keausan cepat berikutnya. Fase keausan yang cepat menunjukkan bahwa alat ini tidak berfungsi dan membutuhkan penyesalan. Bentuk keausan alat pemotong termasuk keausan perekat (keausan pengelasan dingin), keausan difusi, keausan abrasif, keausan oksidasi, dll.
Berbeda dari alat tradisional, bentuk keausan alat PCD adalah keausan perekat, keausan difusi dan kerusakan lapisan polikristalin. Di antara mereka, kerusakan lapisan polikristal adalah alasan utama, yang dimanifestasikan sebagai runtuhnya pisau halus yang disebabkan oleh dampak eksternal atau hilangnya perekat dalam PDC, membentuk celah, yang termasuk kerusakan mekanis fisik, yang dapat menyebabkan pengurangan presisi pemrosesan dan memo dari benda kerja. Ukuran partikel PCD, bentuk blade, sudut pisau, bahan benda kerja dan parameter pemrosesan akan mempengaruhi kekuatan blade blade dan gaya pemotongan, dan kemudian menyebabkan kerusakan lapisan polikristal. Dalam praktik rekayasa, ukuran partikel bahan baku yang sesuai, parameter pahat dan parameter pemrosesan harus dipilih sesuai dengan kondisi pemrosesan.
4. Tren Pengembangan Alat Pemotongan PCD
Saat ini, kisaran aplikasi alat PCD telah diperluas dari belokan tradisional ke pengeboran, penggilingan, pemotongan berkecepatan tinggi, dan telah banyak digunakan di rumah dan di luar negeri. Perkembangan cepat kendaraan listrik tidak hanya membawa dampak pada industri mobil tradisional, tetapi juga membawa tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya ke industri alat, mendesak industri alat untuk mempercepat optimasi dan inovasi.
Aplikasi luas alat pemotong PCD telah memperdalam dan mempromosikan penelitian dan pengembangan alat pemotong. Dengan pendalaman penelitian, spesifikasi PDC semakin kecil dan lebih kecil, optimasi kualitas penyempurnaan biji -bijian, keseragaman kinerja, tingkat gerinda dan rasio keausan lebih tinggi dan lebih tinggi, diversifikasi bentuk dan struktur. Arah penelitian alat PCD meliputi: ① Meneliti dan mengembangkan lapisan PCD tipis; ② Meneliti dan mengembangkan bahan alat PCD baru; ③ Penelitian untuk alat PCD pengelasan yang lebih baik dan lebih lanjut mengurangi biaya; ④ Penelitian meningkatkan proses penggilingan pisau pisau PCD untuk meningkatkan efisiensi; ⑤ Penelitian mengoptimalkan parameter alat PCD dan menggunakan alat sesuai dengan kondisi lokal; ⑥ Penelitian secara rasional memilih parameter pemotongan sesuai dengan bahan yang diproses.
Ringkasan singkat
(1) kinerja pemotongan alat PCD, menebus kekurangan banyak alat karbida; Pada saat yang sama, harganya jauh lebih rendah dari alat berlian kristal tunggal, dalam pemotongan modern, adalah alat yang menjanjikan;
(2) Menurut jenis dan kinerja bahan olahan, pilihan yang masuk akal dari ukuran partikel dan parameter alat PCD, yang merupakan premis dari pembuatan dan penggunaan alat,
(3) Bahan PCD memiliki kekerasan tinggi, yang merupakan bahan yang ideal untuk memotong pisau, tetapi juga membawa kesulitan untuk memotong manufaktur alat. Saat manufaktur, untuk secara komprehensif mempertimbangkan kesulitan proses dan kebutuhan pemrosesan, untuk mencapai kinerja biaya terbaik;
(4) Bahan pemrosesan PCD di Knife County, kita harus memilih parameter pemotongan secara wajar, berdasarkan memenuhi kinerja produk, sejauh mungkin untuk memperpanjang umur layanan alat untuk mencapai keseimbangan umur pahat, efisiensi produksi, dan kualitas produk;
(5) Meneliti dan mengembangkan bahan alat PCD baru untuk mengatasi kelemahan yang melekatnya
Artikel ini bersumber dari "Jaringan Material Superhard"
Waktu posting: Mar-25-2025
