Alat PCD terbuat dari ujung pisau berlian polikristalin dan matriks karbida melalui sintering suhu tinggi dan tekanan tinggi. Alat ini tidak hanya dapat memanfaatkan sepenuhnya keunggulan kekerasan tinggi, konduktivitas termal tinggi, koefisien gesekan rendah, koefisien ekspansi termal rendah, afinitas rendah dengan logam dan non-logam, modulus elastisitas tinggi, tidak ada permukaan yang terbelah, isotropik, tetapi juga memperhitungkan kekuatan tinggi dari paduan keras.
Stabilitas termal, ketahanan benturan, dan ketahanan aus merupakan indikator kinerja utama PCD. Karena PCD paling banyak digunakan dalam lingkungan bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi, stabilitas termal merupakan hal terpenting. Studi menunjukkan bahwa stabilitas termal PCD memiliki dampak besar pada ketahanan aus dan ketahanan benturannya. Data menunjukkan bahwa ketika suhu lebih tinggi dari 750℃, ketahanan aus dan ketahanan benturan PCD umumnya menurun hingga 5%-10%.
Keadaan kristal PCD menentukan sifat-sifatnya. Dalam struktur mikro, atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan empat atom yang berdekatan, memperoleh struktur tetrahedral, dan kemudian membentuk kristal atom, yang memiliki orientasi dan gaya ikat yang kuat, dan kekerasan yang 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, jauh lebih sedikit 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.
Boron nitrida kubik memiliki ketahanan oksidasi yang kuat dan dapat memproses bahan yang mengandung besi, tetapi kekerasannya lebih rendah daripada berlian kristal tunggal, kecepatan pemrosesannya lambat dan efisiensinya rendah. Berlian kristal tunggal memiliki kekerasan tinggi, tetapi ketangguhannya tidak mencukupi. Anisotropi membuatnya mudah terdisosiasi sepanjang permukaan (111) di bawah pengaruh gaya eksternal, dan efisiensi pemrosesannya 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 belahan dalam kekuatan tarik. Dibandingkan dengan berlian kristal tunggal, batas butir PCD secara efektif mengurangi anisotropi dan mengoptimalkan sifat mekanis.
1. Prinsip desain alat pemotong PCD
(1) Pemilihan ukuran partikel PCD yang wajar
Secara teoritis, PCD harus mencoba untuk memperbaiki butiran, dan distribusi aditif antara 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 benturan yang baik dan butiran halus dapat digunakan untuk finishing atau super finishing, dan PCD dengan 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, ketahanan aus secara bertahap meningkat dengan penurunan ukuran butiran, tetapi ketika ukuran butiran sangat kecil, aturan ini tidak berlaku.
Percobaan terkait memilih empat bubuk berlian dengan ukuran partikel rata-rata 10um, 5um, 2um dan 1um, dan disimpulkan bahwa: ① Dengan berkurangnya ukuran partikel bahan baku, Co berdifusi lebih merata; dengan berkurangnya ②, ketahanan aus dan ketahanan panas PCD secara bertahap menurun.
(2) Pilihan bentuk mulut bilah dan ketebalan bilah yang wajar
Bentuk mulut bilah terutama mencakup empat struktur: tepi terbalik, lingkaran tumpul, komposit lingkaran tumpul tepi terbalik dan sudut tajam. Struktur sudut tajam membuat tepi tajam, kecepatan pemotongan cepat, dapat secara signifikan mengurangi gaya pemotongan dan gerinda, meningkatkan kualitas permukaan produk, lebih cocok untuk paduan aluminium silikon rendah dan kekerasan rendah lainnya, finishing logam non-ferrous yang seragam. Struktur bulat tumpul dapat memasivasi mulut bilah, membentuk Sudut R, secara efektif mencegah bilah patah, cocok untuk memproses paduan aluminium silikon sedang / tinggi. Dalam beberapa kasus khusus, seperti kedalaman pemotongan dangkal dan pengumpanan pisau kecil, struktur bulat tumpul lebih disukai. Struktur tepi terbalik dapat meningkatkan tepi dan sudut, menstabilkan bilah, tetapi pada saat yang sama akan meningkatkan tekanan dan ketahanan pemotongan, lebih cocok untuk pemotongan beban berat paduan aluminium silikon tinggi.
Untuk memudahkan EDM, biasanya pilih lapisan lembaran PDC tipis (0,3-1,0 mm), ditambah lapisan karbida, ketebalan total alat sekitar 28 mm. Lapisan karbida tidak boleh terlalu tebal untuk menghindari stratifikasi yang disebabkan oleh perbedaan tegangan antara permukaan ikatan.
2, proses pembuatan alat PCD
Proses pembuatan alat PCD secara langsung menentukan kinerja pemotongan dan masa pakai alat, yang merupakan kunci 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 bahan pengikat pada suhu tinggi (1000-2000℃) dan tekanan tinggi (5-10 atm). Bahan 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 cakram dengan diameter dan ketebalan tetap, dan penggilingan dan pemolesan serta perlakuan fisik dan kimia terkait lainnya. Intinya, bentuk ideal PDC harus mempertahankan karakteristik fisik berlian kristal tunggal yang sangat baik sebanyak mungkin, oleh karena itu, aditif dalam badan sintering harus sesedikit mungkin, pada saat yang sama, kombinasi ikatan DD partikel sebanyak mungkin,
② Klasifikasi dan pemilihan binder
Pengikat adalah faktor terpenting yang mempengaruhi stabilitas termal alat PCD, yang secara langsung mempengaruhi kekerasannya, 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 pengikat, dan kinerja komprehensif PCD sintering paling baik ketika tekanan sintesis adalah 5,5 GPa, suhu sintering adalah 1450 ℃ dan isolasi selama 4 menit. SiC, TiC, WC, TiB2, dan bahan keramik lainnya. SiC Stabilitas termal SiC lebih baik daripada Co, tetapi kekerasan dan ketangguhan patah 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 yang dibakar menjadi berlian polimer skala nano (NPD). Menggunakan grafit sebagai prekursor untuk menyiapkan NPD merupakan kondisi yang paling sulit, tetapi NPD sintetis memiliki kekerasan tertinggi dan sifat mekanis terbaik.
Pemilihan dan pengendalian biji-bijian ③
Bubuk berlian bahan baku merupakan faktor kunci yang memengaruhi kinerja PCD. Pengolahan awal bubuk berlian mikro, penambahan sejumlah kecil zat yang menghambat pertumbuhan partikel berlian abnormal, dan pemilihan aditif sintering yang wajar dapat menghambat pertumbuhan partikel berlian abnormal.
NPD dengan kemurnian tinggi dengan struktur seragam dapat secara efektif menghilangkan anisotropi dan lebih meningkatkan sifat mekanis. Bubuk prekursor nanografit yang disiapkan dengan metode penggilingan bola berenergi tinggi digunakan untuk mengatur kandungan oksigen pada pra-sintering suhu tinggi, mengubah grafit menjadi intan di bawah 18 GPa dan 2100-2300℃, menghasilkan lamela dan NPD granular, dan kekerasan meningkat seiring dengan penurunan ketebalan lamela.
④ Perawatan kimia yang terlambat
Pada suhu yang sama (200 °℃) dan waktu (20 jam), efek penghilangan kobalt dari asam Lewis-FeCl3 secara signifikan lebih baik daripada air, dan rasio optimal HCl adalah 10-15g / 100ml. Stabilitas termal PCD meningkat seiring dengan meningkatnya kedalaman penghilangan kobalt. Untuk PCD pertumbuhan berbutir kasar, perlakuan asam kuat dapat menghilangkan Co sepenuhnya, tetapi memiliki pengaruh besar pada kinerja polimer; menambahkan TiC dan WC untuk mengubah struktur polikristal sintetis dan menggabungkan dengan perlakuan asam kuat untuk meningkatkan stabilitas PCD. Saat ini, proses persiapan bahan PCD membaik, ketangguhan produk baik, anisotropi telah sangat ditingkatkan, telah mewujudkan produksi komersial, industri terkait berkembang pesat.
(2) Pengolahan bilah PCD
① proses pemotongan
PCD memiliki kekerasan tinggi, ketahanan aus yang baik, dan proses pemotongan yang sangat sulit.
② prosedur pengelasan
PDC dan badan pisau dengan penjepit mekanis, pengikatan, dan penyolderan. Penyambungan adalah menekan PDC pada matriks karbida, termasuk penyolderan vakum, pengelasan difusi vakum, penyolderan pemanasan induksi frekuensi tinggi, pengelasan laser, dll. Penyambungan pemanasan induksi frekuensi tinggi memiliki biaya rendah dan hasil tinggi, dan telah digunakan secara luas. Kualitas pengelasan terkait dengan fluks, paduan las, dan suhu pengelasan. Suhu pengelasan (umumnya lebih rendah dari 700 °℃) memiliki dampak terbesar, suhunya terlalu tinggi, mudah menyebabkan grafitasi PCD, atau bahkan "terbakar berlebihan", yang secara langsung memengaruhi 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 pisau
Proses penggilingan alat PCD merupakan kunci proses produksi. Umumnya, nilai puncak bilah dan bilah berada dalam 5um, dan radius busur berada dalam 4um; permukaan pemotongan depan dan belakang memastikan penyelesaian permukaan tertentu, dan bahkan mengurangi permukaan pemotongan depan Ra menjadi 0,01 μm untuk memenuhi persyaratan cermin, membuat serpihan mengalir di sepanjang permukaan pisau depan dan mencegah pisau menempel.
Proses penggilingan bilah meliputi penggilingan bilah mekanis roda gerinda berlian, penggilingan bilah percikan listrik (EDG), penggilingan bilah abrasif super keras pengikat logam daring penggilingan bilah akhir elektrolitik (ELID), pemesinan penggilingan bilah komposit. Di antara semuanya, penggilingan bilah mekanis roda gerinda berlian adalah yang paling matang, yang paling banyak digunakan.
Percobaan terkait: ① roda gerinda partikel kasar akan menyebabkan kerusakan bilah yang serius, dan ukuran partikel roda gerinda berkurang, dan kualitas bilah menjadi lebih baik; ukuran partikel roda gerinda ② terkait erat dengan kualitas bilah alat PCD partikel halus atau partikel sangat halus, tetapi memiliki efek terbatas pada alat PCD partikel kasar.
Penelitian terkait di dalam dan luar negeri terutama berfokus pada mekanisme dan proses penggilingan bilah. Dalam mekanisme penggilingan bilah, penghilangan termokimia dan penghilangan mekanis adalah yang dominan, dan penghilangan getas dan penghilangan lelah relatif kecil. Saat menggiling, sesuai dengan kekuatan dan ketahanan panas dari roda gerinda berlian agen pengikat yang berbeda, tingkatkan kecepatan dan frekuensi ayunan roda gerinda sejauh mungkin, hindari penghilangan kerapuhan dan kelelahan, tingkatkan proporsi penghilangan termokimia, dan kurangi kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan penggilingan kering rendah, tetapi mudah karena suhu pemrosesan yang tinggi, permukaan alat terbakar,
Proses penggilingan bilah perlu memperhatikan: ① pilih parameter proses penggilingan bilah yang wajar, dapat membuat kualitas ujung ujung lebih baik, permukaan bilah depan dan belakang lebih baik. Namun, pertimbangkan juga gaya penggilingan tinggi, kehilangan besar, efisiensi penggilingan rendah, biaya tinggi; ② pilih kualitas roda gerinda yang wajar, termasuk jenis pengikat, ukuran partikel, konsentrasi, pengikat, pembalut roda gerinda, dengan kondisi penggilingan bilah kering dan basah yang wajar, dapat mengoptimalkan sudut depan dan belakang alat, nilai pasivasi ujung pisau dan parameter lainnya, sekaligus meningkatkan kualitas permukaan alat.
Roda gerinda berlian pengikat yang berbeda memiliki karakteristik yang berbeda, dan mekanisme serta efek penggerindaan yang berbeda. Roda pasir berlian pengikat resin lunak, Partikel penggerindaan mudah rontok sebelum waktunya, Tidak memiliki ketahanan panas, Permukaan mudah berubah bentuk karena panas, Permukaan penggerindaan bilah rentan terhadap tanda keausan, Kekasaran besar; Roda gerinda berlian pengikat logam tetap tajam dengan penghancuran penggilingan, Kemampuan bentuk yang baik, permukaan, Kekasaran permukaan bilah gerinda rendah, Efisiensi lebih tinggi, Namun, kemampuan pengikatan partikel penggerindaan membuat penajaman sendiri buruk, Dan ujung tombak mudah meninggalkan celah benturan, Menyebabkan kerusakan marjinal yang serius; Roda gerinda berlian pengikat keramik memiliki kekuatan sedang, Kinerja eksitasi sendiri yang baik, Lebih banyak pori-pori internal, Mendukung penghilangan debu dan pembuangan panas, Dapat beradaptasi dengan berbagai pendingin, Suhu penggerindaan rendah, Roda gerinda kurang aus, Retensi bentuk yang baik, Akurasi efisiensi tertinggi, Namun, badan penggerindaan berlian dan pengikat menyebabkan pembentukan lubang pada permukaan alat. Gunakan sesuai dengan bahan pengolahan, efisiensi penggilingan komprehensif, daya tahan abrasif dan kualitas permukaan benda kerja.
Penelitian tentang efisiensi penggilingan terutama berfokus pada peningkatan produktivitas dan pengendalian biaya. Umumnya, laju penggilingan Q (penghapusan PCD per satuan waktu) dan rasio keausan G (rasio penghapusan PCD terhadap kehilangan roda gerinda) digunakan sebagai kriteria evaluasi.
Sarjana Jerman KENTER menggiling alat PCD dengan tekanan konstan, uji: ① meningkatkan kecepatan roda gerinda, ukuran partikel PDC dan konsentrasi cairan pendingin, laju penggilingan dan rasio keausan berkurang; ② meningkatkan ukuran partikel gerinda, meningkatkan tekanan konstan, meningkatkan konsentrasi berlian di roda gerinda, laju penggilingan dan rasio keausan meningkat; ③ jenis pengikat berbeda, laju penggilingan dan rasio keausan berbeda. KENTER Proses penggilingan bilah alat PCD dipelajari secara sistematis, tetapi pengaruh proses penggilingan bilah tidak dianalisis secara sistematis.
3. Penggunaan dan kegagalan alat pemotong PCD
(1) Pemilihan parameter pemotongan alat
Selama periode awal alat PCD, mulut ujung tajam berangsur-angsur mengalami passit, dan kualitas permukaan pemesinan menjadi lebih baik. Pasivasi dapat secara efektif menghilangkan celah mikro dan gerinda kecil yang disebabkan oleh penggerindaan bilah, meningkatkan kualitas permukaan ujung potong, dan pada saat yang sama, membentuk radius tepi melingkar untuk meremas dan memperbaiki permukaan yang diproses, sehingga meningkatkan kualitas permukaan benda kerja.
Penggilingan permukaan alat PCD paduan aluminium, kecepatan pemotongan umumnya dalam 4000m / mnt, pemrosesan lubang umumnya dalam 800m / mnt, pemrosesan logam non-ferrous plastik elastis tinggi harus mengambil kecepatan putar yang lebih tinggi (300-1000m / mnt). Volume umpan umumnya direkomendasikan antara 0,08-0,15mm / r. Volume umpan yang terlalu besar, gaya pemotongan meningkat, area geometri sisa permukaan benda kerja meningkat; volume umpan yang terlalu kecil, peningkatan panas pemotongan, dan peningkatan keausan. Kedalaman pemotongan meningkat, gaya pemotongan meningkat, panas pemotongan meningkat, masa pakai berkurang, kedalaman pemotongan yang berlebihan dapat dengan mudah menyebabkan bilah runtuh; kedalaman pemotongan yang kecil akan menyebabkan pengerasan pemesinan, keausan, dan bahkan bilah runtuh.
(2) Bentuk keausan
Benda kerja pemrosesan perkakas, akibat gesekan, suhu tinggi, dan alasan lainnya, keausan tidak dapat dihindari. Keausan perkakas berlian terdiri dari tiga tahap: fase keausan cepat awal (juga dikenal sebagai fase transisi), fase keausan stabil dengan laju keausan konstan, dan fase keausan cepat berikutnya. Fase keausan cepat menunjukkan bahwa perkakas tidak berfungsi dan perlu digerinda ulang. Bentuk keausan perkakas potong meliputi keausan adhesif (keausan pengelasan dingin), keausan difusi, keausan abrasif, keausan oksidasi, dll.
Berbeda dengan perkakas tradisional, bentuk keausan perkakas PCD adalah keausan adhesif, keausan difusi, dan kerusakan lapisan polikristalin. Di antara semuanya, kerusakan lapisan polikristalin adalah alasan utamanya, yang terwujud sebagai keruntuhan bilah halus yang disebabkan oleh benturan eksternal atau hilangnya adhesif di PDC, membentuk celah, yang termasuk kerusakan mekanis fisik, yang dapat menyebabkan pengurangan presisi pemrosesan dan skrap benda kerja. Ukuran partikel PCD, bentuk bilah, sudut bilah, material benda kerja, dan parameter pemrosesan akan memengaruhi kekuatan bilah bilah dan gaya pemotongan, dan kemudian menyebabkan kerusakan lapisan polikristalin. Dalam praktik teknik, ukuran partikel bahan baku, parameter perkakas, dan parameter pemrosesan yang tepat harus dipilih sesuai dengan kondisi pemrosesan.
4. Tren perkembangan alat pemotong PCD
Saat ini, jangkauan aplikasi alat PCD telah diperluas dari pembubutan tradisional ke pengeboran, penggilingan, pemotongan kecepatan tinggi, dan telah digunakan secara luas di dalam dan luar negeri. Perkembangan pesat kendaraan listrik tidak hanya membawa dampak pada industri otomotif tradisional, tetapi juga membawa tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya pada industri perkakas, yang mendesak industri perkakas untuk mempercepat pengoptimalan dan inovasi.
Penerapan alat pemotong PCD secara luas telah memperdalam dan mendorong penelitian serta pengembangan alat pemotong. Dengan pendalaman penelitian, spesifikasi PDC semakin mengecil, pengoptimalan kualitas penyempurnaan butiran, keseragaman kinerja, laju penggilingan dan rasio keausan semakin tinggi, bentuk dan diversifikasi struktur. Arah penelitian alat PCD meliputi: ① penelitian dan pengembangan lapisan PCD tipis; ② penelitian dan pengembangan material alat PCD baru; ③ penelitian untuk pengelasan alat PCD yang lebih baik dan lebih mengurangi biaya; ④ penelitian meningkatkan proses penggilingan bilah alat PCD untuk meningkatkan efisiensi; ⑤ penelitian mengoptimalkan parameter alat PCD dan menggunakan alat sesuai dengan kondisi setempat; ⑥ penelitian secara rasional memilih parameter pemotongan sesuai dengan material yang diproses.
ringkasan singkat
(1) Kinerja pemotongan alat PCD, menebus kekurangan banyak alat karbida; pada saat yang sama, harganya jauh lebih rendah daripada alat berlian kristal tunggal, dalam pemotongan modern, merupakan alat yang menjanjikan;
(2) Menurut jenis dan kinerja bahan yang diproses, pemilihan ukuran partikel dan parameter alat PCD yang wajar, yang merupakan premis pembuatan dan penggunaan alat,
(3) Material PCD memiliki kekerasan yang tinggi, yang merupakan material ideal untuk daerah pisau pemotong, tetapi juga menimbulkan kesulitan dalam pembuatan alat pemotong. Saat memproduksi, pertimbangkan secara komprehensif kesulitan proses dan kebutuhan pemrosesan, untuk mencapai kinerja biaya terbaik;
(4) Bahan pemrosesan PCD di daerah pisau, kita harus memilih parameter pemotongan secara wajar, atas dasar memenuhi kinerja produk, sejauh mungkin untuk memperpanjang masa pakai alat untuk mencapai keseimbangan masa pakai alat, efisiensi produksi, dan kualitas produk;
(5) Meneliti dan mengembangkan material alat PCD baru untuk mengatasi kekurangannya
Artikel ini bersumber dari "jaringan material superkeras"
Waktu posting: 25-Mar-2025
