Алатката PCD е изработена од поликристален дијамантски нож врв и матрица на карбид преку висока температура и тон со висок притисок. Не само што може да даде целосна игра на предностите на висока цврстина, висока термичка спроводливост, низок коефициент на триење, низок коефициент на термичка експанзија, мал афинитет со метален и неметален, висок еластичен модул, без расчистување на површината, изотропна, туку и ја земаат предвид високата јачина на тврдата легура.
Топлинската стабилност, цврстината на влијанието и отпорноста на абење се главните индикатори за перформанси на PCD. Бидејќи најмногу се користи во висока температура и висока стрес околина, термичката стабилност е најважната работа. Студијата покажува дека термичката стабилност на PCD има големо влијание врз неговата отпорност на абење и цврстината на влијанието. Податоците покажуваат дека кога температурата е поголема од 750 ℃, отпорноста на абење и цврстината на влијанието на PCD генерално се намалуваат за 5% -10%.
Кристалната состојба на PCD ги одредува своите својства. Во микроструктурата, јаглеродните атоми формираат ковалентни врски со четири соседни атоми, добијте ја тетраеталната структура, а потоа формирајте го атомскиот кристал, кој има силна ориентација и врзувачка сила и висока цврстина. Главните индекси на перформанси на PCD се следниве: ① Цврстината може да достигне 8000 HV, 8-12 пати од карбид; ② Топлинската спроводливост е 700W / MK, 1,5-9 пати, дури и повисока од PCBN и бакар; ③ Коефициентот на триење е генерално само 0,1-0,3, многу помалку од 0,4-1 од карбид, значително намалување на силата на сечење; ④ Коефициентот на термичка експанзија е само 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 на карбид, што може да ја намали термичката деформација и да ја подобри точноста на обработката; ⑤ и неметалните материјали се помалку афинитет за да формираат нодули.
Кубниот борон нитрид има силна отпорност на оксидација и може да обработува материјали што содржат железо, но цврстината е помала од единечен кристален дијамант, брзината на обработка е бавна и ефикасноста е мала. Единствениот кристален дијамант има голема цврстина, но цврстината е недоволна. Анизотропијата го олеснува дисоцијацијата по должината на (111) површината под влијанието на надворешната сила, а ефикасноста на обработката е ограничена. PCD е полимер синтетизиран со микрони со големина на дијаманти со одредени средства. Хаотичната природа на нарушената акумулација на честички доведува до неговата макроскопска изотропна природа и во јачината на затегнување не постои насока и расцеп. Во споредба со еднокристалниот дијамант, границата со жито на PCD ефикасно ја намалува анизотропијата и ги оптимизира механичките својства.
1. Дизајн принципи на алатки за сечење на PCD
(1) разумен избор на големина на честички на PCD
Теоретски, PCD треба да се обиде да ги рафинира зрната, а дистрибуцијата на адитиви помеѓу производите треба да биде што е можно по униформа за да се надмине анизотропијата. Изборот на големината на честичките PCD е исто така поврзан со условите за обработка. Општо земено, PCD со голема јачина, добра цврстина, добра отпорност на влијание и фино жито може да се користи за завршна обработка или супер завршна обработка, а PCD на грубо жито може да се користи за општа груба машинска обработка. Големината на честичките PCD може значително да влијае на перформансите на абење на алатката. Релевантната литература посочува дека кога суровината жито е големо, отпорноста на абење постепено се зголемува со намалувањето на големината на житото, но кога големината на житото е многу мала, ова правило не е применливо.
Поврзани експерименти избраа четири дијамантски прав со просечни големини на честички од 10um, 5um, 2um и 1um, и беше заклучено дека: ① со намалување на големината на честичките на суровината, CO се шири повеќе рамномерно; Со намалувањето на ②, отпорноста на абење и отпорноста на топлина на PCD постепено се намалуваат.
(2) разумен избор на формата на устата на сечилото и дебелината на сечилото
Формата на устата на сечилото главно вклучува четири структури: превртен раб, тап круг, композитен и остар агол на инвертиран раб на кругот. Останатата аголна структура го прави работ остриот, брзината на сечење е брза, може значително да ја намали силата на сечење и закопање, да го подобри квалитетот на површината на производот, е посоодветен за ниска легура на силиконски алуминиум и друга мала цврстина, униформа не-ферозна завршна обработка на метал. Облеката тркалезна структура може да ја пасивира устата на сечилото, формирајќи го аголот R, ефикасно да го спречи кршење на сечилото, погодно за обработка на средна / висока силиконска алуминиумска легура. Во некои специјални случаи, како што се плитко длабочина на сечење и мало хранење со ножеви, се претпочита тапата структура. Превртената структура на работ може да ги зголеми рабовите и аглите, да го стабилизира сечилото, но во исто време ќе го зголеми притисокот и отпорноста на сечење, посоодветен за сечење на силен товар со голема алуминиумска легура на силиконски алуминиум.
Со цел да се олесни EDM, обично изберете тенок PDC лист слој (0,3-1,0мм), плус карбиден слој, вкупната дебелина на алатката е околу 28мм. Карбидниот слој не треба да биде премногу густ за да се избегне стратификација предизвикана од разликата во стресот помеѓу површините за врзување
2, процес на производство на алатки PCD
Процесот на производство на алатката PCD директно ги одредува перформансите на сечење и услугата на алатката, што е клучот за неговата примена и развој. Процесот на производство на алатката PCD е прикажан на Слика 5.
(1) Производство на композитни таблети PCD (PDC)
① Процес на производство на PDC
PDC генерално е составен од природен или синтетички дијамант во прав и средство за врзување на висока температура (1000-2000 ℃) и висок притисок (5-10 банкомат). Агентот за врзување го формира врзувачкиот мост со Tic, Sic, Fe, Co, Ni, итн. Како главни компоненти, а дијамантскиот кристал е вграден во скелетот на врзувачкиот мост во форма на ковалентна врска. PDC генерално се прави во дискови со фиксен дијаметар и дебелина, и мелење и полирано и други соодветни физички и хемиски третмани. Во суштина, идеалната форма на PDC треба да ги задржи одличните физички карактеристики на единечен кристален дијамант колку што е можно, затоа, адитивите во телото на топење треба да бидат што е можно помалку, во исто време, комбинацијата на честички ДД -врска колку што е можно,
② Класификација и избор на врзива
Врзивно средство е најважниот фактор што влијае на термичката стабилност на алатката PCD, што директно влијае на неговата цврстина, отпорност на абење и термичка стабилност. Вообичаени методи за врзување на PCD се: железо, кобалт, никел и други метали за транзиција. CO и W мешан прав се користеше како агент за врзување, а сеопфатната изведба на PCD на тон со тон беше најдобро кога притисокот на синтезата беше 5,5 GPa, температурата на топење беше 1450 ℃ и изолацијата за 4 мин. Sic, tic, WC, Tib2 и други керамички материјали. Топлината стабилност на SIC е подобра од онаа на CO, но цврстината и цврстината на фрактурата се релативно мала. Соодветното намалување на големината на суровината може да ја подобри цврстината и цврстината на PCD. Без лепило, со графит или други извори на јаглерод во ултра-висока температура и висок притисок изгорени во полимер дијамант на нано-скала (NPD). Користењето на графит како претходник за подготовка на НПД е најсложените услови, но синтетичкиот НПД има најголема цврстина и најдобри механички својства.
Избор и контрола на ③ зрна
Прашокот за дијаманти на суровината е клучен фактор што влијае на перформансите на PCD. Пред -третирање на дијамантскиот микроподер, додавајќи мала количина на супстанции кои го попречуваат абнормалниот раст на честичките на дијаманти и разумен избор на адитиви за топење може да го спречи растот на абнормалните честички на дијаманти.
Високата чиста NPD со униформа структура може ефикасно да ја елиминира анизотропијата и дополнително да ги подобри механичките својства. Нанографскиот претходник во прав, подготвен со метод за мелење топка со висока енергија, беше искористен за регулирање на содржината на кислород при пред-ладење со висока температура, трансформирање на графит во дијамант под 18 GPa и 2100-2300 ℃, генерирање на ламела и грануларна НПД, а цврстината се зголеми со намалувањето на дебелината на ламовата.
④ Доцна хемиски третман
На иста температура (200 ° ℃) и време (20 ч), ефектот на отстранување на кобалт на Луис киселина-FECL3 беше значително подобар од оној на водата, а оптималниот сооднос на HCl беше 10-15G / 100ml. Топлинската стабилност на PCD се подобрува со зголемувањето на длабочината на отстранувањето на кобалт. За грубо-гранулиран раст PCD, силниот третман со киселина може целосно да го отстрани CO, но има големо влијание врз перформансите на полимерот; Додавање на TIC и WC за промена на синтетичката поликристална структура и комбинирање со силен третман на киселина за подобрување на стабилноста на PCD. Во моментов, процесот на подготовка на PCD материјалите се подобрува, цврстината на производот е добра, анизотропијата е значително подобрена, реализира комерцијално производство, поврзаните индустрии се развиваат брзо.
(2) Обработка на сечилото PCD
① Процес на сечење
PCD има голема цврстина, добра отпорност на абење и висок процес на сечење.
② Постапка за заварување
PDC и телото на ножот со механичко стегање, сврзување и ладење. Сметувањето е да се притисне PDC на матрицата на карбид, вклучително и вакуумско заварување, вакуумско дифузија, загревање на индукција со висока фреквенција, ласерско заварување, итн. Квалитетот на заварувањето е поврзан со флуксот, легурата на заварувањето и температурата на заварувањето. Температурата на заварување (генерално пониска од 700 ° ℃) има најголемо влијание, температурата е превисока, лесна за да предизвика графитизација на PCD, па дури и „прекумерно горење“, што директно влијае на ефектот на заварувањето, а премногу ниската температура ќе доведе до недоволна јачина на заварување. Температурата на заварувањето може да се контролира со времето на изолација и длабочината на црвенилото на PCD.
③ процес на мелење на сечилото
Процесот на мелење на алатката PCD е клучот за процесот на производство. Општо, врвната вредност на сечилото и сечилото е во рамките на 5um, а радиусот на лакот е во рамките на 4um; Предната и задната површина за сечење обезбедуваат одредена завршница на површината, па дури и да ја намалат предната површина за сечење RA на 0,01 μm за да ги исполнат барањата за огледало, направете ги чиповите да течат по должината на предната површина на ножот и да спречат лепење нож.
Процесот на мелење на сечилото вклучува механичко мелење на тркалото за мелење на дијаманти, мелење на електрична искра (EDG), метално врзивно врзивно супер -абразивно мелење на електролитичкото завршување на сечилото за мелење (ELID), обработка на композитно сечило за мелење. Меѓу нив, механичкото мелење на тркалото за мелење на дијаманти е најзрело, најшироко користено.
Поврзани експерименти: ① Грубото тркало за мелење честички ќе доведе до сериозен колапс на сечилото, а големината на честичките на тркалото за мелење се намалува, а квалитетот на сечилото станува подобар; Големината на честичките на ② мелењето тркало е тесно поврзана со квалитетот на сечилото на фино честички или ултрафинирани честички PCD алатки, но има ограничен ефект врз грубите алатки за PCD на честички.
Поврзаните истражувања дома и во странство главно се фокусираат на механизмот и процесот на мелење на сечилото. Во механизмот за мелење на сечилото, термохемиското отстранување и механичкото отстранување се доминантни, а кршливото отстранување и отстранувањето на заморот се релативно мали. При мелење, според јачината и отпорноста на топлина на различните тркала за мелење на дијаманти за врзување, подобрување на брзината и фреквенцијата на замав на тркалото за мелење колку што е можно, избегнувајте кршливост и отстранување на замор, подобрување на процентот на термохемиско отстранување и намалете ја грубоста на површината. Површинската грубост на суво мелење е мала, но лесно се должи на високата температура на обработка, површината на алатката за изгореници,
Процесот на мелење на сечилото треба да обрне внимание на: ① Изберете разумни параметри на процесот на мелење на сечилото, може да го направи квалитетот на работ на устата поубав, предната и задната површина на сечилото ќе заврши повисоко. Сепак, разгледајте ја и високата сила за мелење, голема загуба, ниска ефикасност на мелење, висока цена; ② Изберете разумен квалитет на тркалото за мелење, вклучително и тип на врзивно средство, големина на честички, концентрација, врзивно средство, облекување на тркалото за мелење, со разумни услови за мелење на суво и влажно сечило, може да ја оптимизираат предната и задниот агол на алатката, вредноста на пасивацијата на врвот на ножот и другите параметри, додека го подобруваат квалитетот на површината на алатката.
Различни врзувачки тркала за мелење на дијаманти имаат различни карактеристики и различен механизам за мелење и ефект. Врска со дијамантски песок на врзивно средство од смола е меко, честичките за мелење лесно се намалуваат предвреме, немајќи отпорност на топлина, површината лесно се деформира со топлината, површината за мелење на сечилото е склона кон носење ознаки, голема грубост; Металниот врзувач за мелење на дијаманти, мелење на тркалото се чува остри со мелење на дробење, добра формабилност, површина, ниска грубост на површината на мелењето на сечилото, поголема ефикасност, сепак, врзувачката способност на мелење честички го прави самоострожувањето слаба, а работ на сечење е лесно да се остави јазот на удар, предизвикувајќи сериозно маргинално оштетување; Керамичкиот врзивно врзивно тркало за мелење на дијаманти има умерена јачина, добри перформанси за самоистојание, повеќе внатрешни пори, отстранување на прашина и дисипација на топлина, може да се прилагоди на најразлична течност за ладење, ниската температура на мелење, тркалото за мелење е помалку носено, добро задржување на формата, точноста на точноста на највисоката ефикасност, сепак, телото на дијамантската мечка и доведува до формирање на јами на алатката. Користете според материјалите за обработка, сеопфатна ефикасност на мелење, абразивна издржливост и квалитетот на површината на работното парче.
Истражувањето за ефикасност на мелење главно се фокусира на подобрување на трошоците за продуктивност и контрола. Општо, стапката на мелење Q (отстранување на PCD по единица време) и сооднос на абење G (сооднос на отстранување на PCD до загуба на тркалото за мелење) се користат како критериуми за проценка.
Германскиот научник Кентер мелење алатка за PCD со постојан притисок, тест: ① Ја зголемува брзината на мелење на тркалото, големината на честичките на PDC и концентрацијата на течноста за ладење, стапката на мелење и односот на абење се намалени; ② Ја зголемува големината на честичките за мелење, го зголемува постојаниот притисок, ја зголемува концентрацијата на дијамантот во тркалото за мелење, стапката на мелење и зголемувањето на односот на абење; ③ Типот на врзивно средство е различен, стапката на мелење и односот на абење е различен. Kenter Процесот на мелење на сечилото на алатката PCD беше проучен систематски, но влијанието на процесот на мелење на сечилото не беше анализирано систематски.
3 Употреба и неуспех на алатките за сечење PCD
(1) Избор на параметри за сечење на алатки
За време на почетниот период на алатката PCD, остриот раб на устата постепено се поминува, а квалитетот на површината на машината стана подобар. Пасивацијата може ефикасно да го отстрани микро јазот и малите закопчиња донесени од мелењето на сечилото, да го подобрат квалитетот на површината на работ на работ, а во исто време, да формираат кружен радиус на работ за да ја исцедат и поправат обработената површина, со што се подобрува квалитетот на површината на работното парче.
Алуминиумска легура на алатката PCD, алуминиумска легура, брзината на сечење е генерално во 4000м / мин, обработката на дупките е генерално во 800м / мин, обработката на високо-еластично-пластичен не-ферозен метал треба да заземе поголема брзина на вртење (300-1000м / мин). Волуменот на добиточна храна генерално се препорачува помеѓу 0,08-0,15мм/р. Премногу голем волумен на добиточна храна, зголемена сила на сечење, зголемена преостаната геометриска површина на површината на работното парче; Премногу мал волумен на добиточна храна, зголемена топлина за сечење и зголемена абење. Длабочината на сечење се зголемува, силата на сечење се зголемува, се зголемува топлината на сечење, животот се намалува, прекумерната длабочина на сечење може лесно да предизвика колапс на сечилото; Малата длабочина на сечење ќе доведе до зацврстување на машината, абење, па дури и колапс на сечилото.
(2) форма на абење
Работно парче за обработка на алатки, како резултат на триење, висока температура и други причини, абењето е неизбежно. Носењето на алатката за дијаманти се состои од три фази: почетната фаза на брзо абење (исто така позната како фаза на транзиција), стабилна фаза на абење со постојана стапка на абење и последователна фаза на брзо абење. Фазата на брза абење означува дека алатката не работи и бара регремирање. Формите за абење на алатки за сечење вклучуваат лепило за абење (абење на ладно заварување), абење на дифузија, абразивно абење, абење на оксидација, итн.
Различни од традиционалните алатки, формата на абење на алатките PCD е абење на лепило, абење на дифузија и оштетување на поликристален слој. Меѓу нив, оштетувањето на поликристалниот слој е главната причина, која се манифестира како суптилен колапс на сечилото предизвикан од надворешно влијание или губење на лепило во PDC, формирање на јаз, што припаѓа на физичко механичко оштетување, што може да доведе до намалување на прецизноста на обработката и остатоци од работни парчиња. Големината на честичките на PCD, формата на сечилото, аголот на сечилото, материјалот за работно парче и параметрите за обработка ќе влијаат на јачината на сечилото и силата на сечење, а потоа ќе предизвикаат оштетување на поликристалниот слој. Во инженерската пракса, соодветната големина на честички на суровини, параметрите на алатките и параметрите за обработка треба да бидат избрани според условите за обработка.
4. Тренд за развој на алатки за сечење PCD
Во моментов, опсегот на апликации на PCD алатката е проширен од традиционалното свртување кон дупчење, мелење, сечење со голема брзина и е широко користен дома и во странство. Брзиот развој на електрични возила не само што донесе влијание врз традиционалната автомобилска индустрија, туку и донесе невидени предизвици во индустријата за алатки, повикувајќи ја индустријата за алатки да ја забрза оптимизацијата и иновациите.
Широката примена на алатките за сечење PCD го продлабочи и промовираше истражувањето и развојот на алатките за сечење. Со продлабочување на истражувањето, спецификациите на PDC стануваат помали и помали, оптимизација на квалитетот на рафинирање на жито, униформност на перформансите, стапката на мелење и односот на абење е повисока и поголема, диверзификација на формата и структурата. Упатствата за истражување на алатките за PCD вклучуваат: ① истражување и развивање на тенок PCD слој; ② Истражување и развива нови материјали за алатки PCD; ③ Истражување за подобро заварување на алатките за PCD и дополнително да се намалат трошоците; ④ Истражувањето го подобрува процесот на мелење на сечилото на алатката PCD за подобрување на ефикасноста; ⑤ Истражувањето ги оптимизира параметрите на алатката PCD и користи алатки според локалните услови; ⑥ Истражување рационално избира параметри за сечење според обработените материјали.
Кратко резиме
(1) перформанси за сечење на алатки PCD, го надополнуваат недостигот на многу алатки за карбид; Во исто време, цената е далеку пониска од единечна алатка за кристал дијамант, при современо сечење, е ветувачка алатка;
(2) Според видот и перформансите на обработените материјали, разумен избор на големината на честичките и параметрите на алатките PCD, што е премиса на производство и употреба на алатки,
(3) Материјалот PCD има голема цврстина, што е идеален материјал за сечење на округот нож, но исто така носи тешкотија за производство на алатки за сечење. При производство, за сеопфатно да се разгледаат потешкотиите во процесот и потребите за обработка, со цел да се постигнат најдобрите перформанси на трошоците;
(4) Материјали за обработка на PCD во округот Нож, треба разумно да избереме параметри за сечење, врз основа на исполнување на перформансите на производот, колку што е можно за да го продолжиме услужниот век на алатката со цел да се постигне билансот на живот на алатката, ефикасноста на производството и квалитетот на производот;
(5) Истражување и развивање нови материјали за алатки PCD за надминување на неговите својствени недостатоци
Оваа статија е добиена од „Материјална мрежа на Суперхард"
Време на објавување: Мар-25-2025
