Alat PCD diperbuat daripada hujung pisau berlian polihabluran dan matriks karbida melalui pensinteran suhu tinggi dan tekanan tinggi. Ia bukan sahaja boleh memberikan permainan penuh kepada kelebihan kekerasan yang tinggi, kekonduksian haba yang tinggi, pekali geseran rendah, pekali pengembangan haba yang rendah, pertalian kecil dengan logam dan bukan logam, modulus keanjalan tinggi, tiada permukaan membelah, isotropik, tetapi juga mengambil kira kekuatan tinggi aloi keras.
Kestabilan terma, keliatan impak dan rintangan haus adalah petunjuk prestasi utama PCD. Kerana ia kebanyakannya digunakan dalam persekitaran suhu tinggi dan tekanan tinggi, kestabilan haba adalah perkara yang paling penting. Kajian menunjukkan bahawa kestabilan terma PCD mempunyai kesan yang besar terhadap rintangan haus dan keliatan impaknya. Data menunjukkan bahawa apabila suhu lebih tinggi daripada 750 ℃, rintangan haus dan keliatan hentaman PCD secara amnya berkurangan sebanyak 5% -10%.
Keadaan kristal PCD menentukan sifatnya. Dalam struktur mikro, atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan empat atom bersebelahan, memperoleh struktur tetrahedral, dan kemudian membentuk kristal atom, yang mempunyai orientasi yang kuat dan daya ikatan, dan kekerasan yang tinggi. Indeks prestasi utama PCD adalah seperti berikut: ① kekerasan boleh mencapai 8000 HV, 8-12 kali karbida; ② kekonduksian haba ialah 700W / mK, 1.5-9 kali, malah lebih tinggi daripada PCBN dan tembaga; ③ pekali geseran secara amnya hanya 0.1-0.3, lebih kurang daripada 0.4-1 karbida, dengan ketara mengurangkan daya pemotongan; ④ pekali pengembangan haba hanya 0.9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 karbida, yang boleh mengurangkan ubah bentuk haba dan meningkatkan ketepatan pemprosesan; ⑤ dan bahan bukan logam adalah kurang pertalian untuk membentuk nodul.
Cubic boron nitride mempunyai rintangan pengoksidaan yang kuat dan boleh memproses bahan yang mengandungi besi, tetapi kekerasannya lebih rendah daripada berlian kristal tunggal, kelajuan pemprosesan adalah perlahan dan kecekapannya rendah. Berlian kristal tunggal mempunyai kekerasan yang tinggi, tetapi keliatannya tidak mencukupi. Anisotropi memudahkan pemisahan sepanjang (111) permukaan di bawah kesan daya luaran, dan kecekapan pemprosesan adalah terhad. PCD ialah polimer yang disintesis oleh zarah berlian bersaiz mikron dengan cara tertentu. Sifat huru-hara daripada pengumpulan zarah yang tidak teratur membawa kepada sifat isotropik makroskopiknya, dan tiada permukaan berarah dan belahan dalam kekuatan tegangan. Berbanding dengan berlian kristal tunggal, sempadan butiran PCD secara berkesan mengurangkan anisotropi dan mengoptimumkan sifat mekanikal.
1. Prinsip reka bentuk alat pemotong PCD
(1) Pemilihan saiz zarah PCD yang munasabah
Secara teorinya, PCD harus cuba memperhalusi bijirin, dan pengedaran bahan tambahan antara produk harus seragam yang mungkin untuk mengatasi anisotropi. Pemilihan saiz zarah PCD juga berkaitan dengan keadaan pemprosesan. Secara umumnya, PCD dengan kekuatan tinggi, keliatan yang baik, rintangan hentaman yang baik dan bijirin halus boleh digunakan untuk kemasan atau kemasan super, dan PCD bijirin kasar boleh digunakan untuk pemesinan kasar am. Saiz zarah PCD boleh menjejaskan prestasi haus alat dengan ketara. Kesusasteraan yang berkaitan menunjukkan bahawa apabila bijirin bahan mentah besar, rintangan haus secara beransur-ansur meningkat dengan penurunan saiz bijian, tetapi apabila saiz bijirin sangat kecil, peraturan ini tidak terpakai.
Eksperimen berkaitan memilih empat serbuk berlian dengan saiz zarah purata 10um, 5um, 2um dan 1um, dan disimpulkan bahawa: ① Dengan pengurangan saiz zarah bahan mentah, Co meresap lebih sekata; dengan penurunan ②, rintangan haus dan rintangan haba PCD berkurangan secara beransur-ansur.
(2) Pilihan munasabah bentuk mulut bilah dan ketebalan bilah
Bentuk mulut bilah terutamanya merangkumi empat struktur: tepi terbalik, bulatan tumpul, komposit bulatan tumpul tepi terbalik dan sudut tajam. Struktur sudut tajam menjadikan tepi tajam, kelajuan pemotongan pantas, boleh mengurangkan daya pemotongan dan burr dengan ketara, meningkatkan kualiti permukaan produk, lebih sesuai untuk aloi aluminium silikon rendah dan kekerasan rendah lain, kemasan logam bukan ferus seragam. Struktur bulat tumpul boleh memasifkan mulut bilah, membentuk Sudut R, berkesan menghalang pisau pecah, sesuai untuk memproses aloi aluminium silikon sederhana / tinggi. Dalam beberapa kes khas, seperti kedalaman pemotongan cetek dan penyusuan pisau kecil, struktur bulat tumpul lebih disukai. Struktur tepi terbalik boleh meningkatkan tepi dan sudut, menstabilkan bilah, tetapi pada masa yang sama akan meningkatkan tekanan dan rintangan pemotongan, lebih sesuai untuk beban berat memotong aloi aluminium silikon tinggi.
Untuk memudahkan EDM, biasanya memilih lapisan kepingan PDC nipis (0.3-1.0mm), ditambah lapisan karbida, jumlah ketebalan alat adalah kira-kira 28mm. Lapisan karbida tidak boleh terlalu tebal untuk mengelakkan stratifikasi yang disebabkan oleh perbezaan tegasan antara permukaan ikatan
2, proses pembuatan alat PCD
Proses pembuatan alat PCD secara langsung menentukan prestasi pemotongan dan hayat perkhidmatan alat, yang merupakan kunci kepada aplikasi dan pembangunannya. Proses pembuatan alat PCD ditunjukkan dalam Rajah 5.
(1) Pembuatan tablet komposit PCD (PDC)
① Proses pembuatan PDC
PDC biasanya terdiri daripada serbuk berlian asli atau sintetik dan agen pengikat pada suhu tinggi (1000-2000 ℃) dan tekanan tinggi (5-10 atm). Ejen pengikat membentuk jambatan pengikat dengan TiC, Sic, Fe, Co, Ni, dan lain-lain sebagai komponen utama, dan kristal berlian tertanam dalam rangka jambatan pengikat dalam bentuk ikatan kovalen. PDC biasanya dibuat menjadi cakera dengan diameter dan ketebalan tetap, dan pengisaran dan digilap dan lain-lain rawatan fizikal dan kimia yang sepadan. Pada dasarnya, bentuk ideal PDC harus mengekalkan ciri-ciri fizikal cemerlang berlian kristal tunggal sebanyak mungkin, oleh itu, bahan tambahan dalam badan pensinteran haruslah sesedikit mungkin, pada masa yang sama, gabungan ikatan DD zarah sebanyak mungkin,
② Pengelasan dan pemilihan bahan pengikat
Pengikat adalah faktor terpenting yang mempengaruhi kestabilan terma alat PCD, yang secara langsung mempengaruhi kekerasan, rintangan haus dan kestabilan terma. Kaedah pengikatan PCD biasa ialah: besi, kobalt, nikel dan logam peralihan lain. Serbuk campuran Co dan W digunakan sebagai agen pengikatan, dan prestasi komprehensif PCD pensinteran adalah terbaik apabila tekanan sintesis ialah 5.5 GPa, suhu pensinteran ialah 1450 ℃ dan penebat selama 4min. SiC, TiC, WC, TiB2, dan bahan seramik lain. SiC Kestabilan terma SiC adalah lebih baik daripada Co, tetapi kekerasan dan keliatan patah adalah agak rendah. Pengurangan saiz bahan mentah yang sesuai boleh meningkatkan kekerasan dan keliatan PCD. Tiada pelekat, dengan grafit atau sumber karbon lain dalam suhu ultra tinggi dan tekanan tinggi dibakar menjadi berlian polimer skala nano (NPD). Menggunakan grafit sebagai prekursor untuk menyediakan NPD adalah keadaan yang paling mencabar, tetapi NPD sintetik mempunyai kekerasan tertinggi dan sifat mekanikal terbaik.
Pemilihan dan kawalan ③ bijirin
Serbuk berlian bahan mentah adalah faktor utama yang mempengaruhi prestasi PCD. Prarawat serbuk mikro berlian, menambahkan sedikit bahan yang menghalang pertumbuhan zarah berlian yang tidak normal dan pemilihan bahan tambahan pensinteran yang munasabah boleh menghalang pertumbuhan zarah berlian yang tidak normal.
NPD tulen yang tinggi dengan struktur seragam boleh menghapuskan anisotropi dengan berkesan dan meningkatkan lagi sifat mekanikal. Serbuk prekursor nanografit yang disediakan dengan kaedah pengisaran bebola tenaga tinggi digunakan untuk mengawal kandungan oksigen pada pra-sintering suhu tinggi, mengubah grafit menjadi berlian di bawah 18 GPa dan 2100-2300 ℃, menghasilkan lamella dan NPD berbutir, dan kekerasan meningkat dengan penurunan ketebalan lamella.
④ Rawatan kimia lewat
Pada suhu yang sama (200 ° ℃) dan masa (20j), kesan penyingkiran kobalt asid Lewis-FeCl3 adalah jauh lebih baik daripada air, dan nisbah optimum HCl ialah 10-15g / 100ml. Kestabilan terma PCD bertambah baik apabila kedalaman penyingkiran kobalt meningkat. Untuk PCD pertumbuhan berbutir kasar, rawatan asid kuat boleh membuang Co sepenuhnya, tetapi mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi polimer; menambah TiC dan WC untuk menukar struktur polihablur sintetik dan menggabungkan dengan rawatan asid kuat untuk meningkatkan kestabilan PCD. Pada masa ini, proses penyediaan bahan PCD bertambah baik, keliatan produk adalah baik, anisotropi telah bertambah baik, telah merealisasikan pengeluaran komersil, industri berkaitan berkembang pesat.
(2) Pemprosesan bilah PCD
① proses pemotongan
PCD mempunyai kekerasan yang tinggi, rintangan haus yang baik dan proses pemotongan yang sukar tinggi.
② prosedur kimpalan
PDC dan badan pisau dengan pengapit mekanikal, ikatan dan pematerian. Brazing adalah untuk menekan PDC pada matriks karbida, termasuk pematerian vakum, kimpalan resapan vakum, pematerian pemanasan aruhan frekuensi tinggi, kimpalan laser, dll. Pateri pemanasan aruhan frekuensi tinggi mempunyai kos rendah dan pulangan yang tinggi, dan telah digunakan secara meluas. Kualiti kimpalan adalah berkaitan dengan fluks, aloi kimpalan dan suhu kimpalan. Suhu kimpalan (biasanya lebih rendah daripada 700 ° ℃) mempunyai impak yang paling besar, suhu terlalu tinggi, mudah menyebabkan grafitisasi PCD, atau bahkan "terlalu-membakar", yang secara langsung memberi kesan kepada kesan kimpalan, dan suhu terlalu rendah akan membawa kepada kekuatan kimpalan yang tidak mencukupi. Suhu kimpalan boleh dikawal oleh masa penebat dan kedalaman kemerahan PCD.
③ proses mengisar bilah
Proses pengisaran alat PCD adalah kunci kepada proses pembuatan. Secara amnya, nilai puncak bilah dan bilah adalah dalam lingkungan 5um, dan jejari arka berada dalam 4um; permukaan pemotongan depan dan belakang memastikan kemasan permukaan tertentu, malah mengurangkan permukaan pemotongan hadapan Ra kepada 0.01 μ m untuk memenuhi keperluan cermin, membuat cip mengalir di sepanjang permukaan pisau hadapan dan mengelakkan pisau melekat.
Proses pengisaran bilah termasuk roda pengisar berlian pengisaran bilah mekanikal, pengisaran bilah percikan elektrik (EDG), pengikat logam roda pengisar kasar kasar super keras pengisaran bilah penamat elektrolitik dalam talian (ELID), pemesinan pengisaran bilah komposit. Antaranya, roda pengisaran berlian mengisar bilah mekanikal adalah yang paling matang, yang paling banyak digunakan.
Eksperimen yang berkaitan: ① roda pengisar zarah kasar akan membawa kepada keruntuhan bilah yang serius, dan saiz zarah roda pengisar berkurangan, dan kualiti bilah menjadi lebih baik; saiz zarah ② roda pengisaran berkait rapat dengan kualiti bilah zarah halus atau alat PCD zarah ultrahalus, tetapi mempunyai kesan terhad pada alat PCD zarah kasar.
Penyelidikan berkaitan di dalam dan di luar negara terutamanya tertumpu pada mekanisme dan proses pengisaran bilah. Dalam mekanisme pengisaran bilah, penyingkiran termokimia dan penyingkiran mekanikal adalah yang dominan, dan penyingkiran rapuh dan penyingkiran keletihan adalah agak kecil. Apabila mengisar, mengikut kekuatan dan rintangan haba roda pengisar berlian ejen pengikat yang berbeza, tingkatkan kelajuan dan kekerapan ayunan roda pengisar sejauh mungkin, elakkan kerapuhan dan penyingkiran keletihan, meningkatkan perkadaran penyingkiran termokimia, dan mengurangkan kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan pengisaran kering adalah rendah, tetapi mudah disebabkan oleh suhu pemprosesan yang tinggi, permukaan alat terbakar,
Proses mengisar bilah perlu memberi perhatian kepada: ① memilih parameter proses pengisaran bilah yang munasabah, boleh menjadikan kualiti mulut tepi lebih cemerlang, kemasan permukaan bilah depan dan belakang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, pertimbangkan juga daya pengisaran yang tinggi, kerugian besar, kecekapan pengisaran yang rendah, kos yang tinggi; ② pilih kualiti roda pengisaran yang munasabah, termasuk jenis pengikat, saiz zarah, kepekatan, pengikat, pembalut roda pengisaran, dengan keadaan pengisaran bilah kering dan basah yang munasabah, boleh mengoptimumkan sudut depan dan belakang alat, nilai pasif hujung pisau dan parameter lain, sambil meningkatkan kualiti permukaan alat.
Roda pengisaran berlian pengikat yang berbeza mempunyai ciri-ciri yang berbeza, dan mekanisme dan kesan pengisaran yang berbeza. Roda pasir berlian pengikat resin adalah lembut, Zarah pengisaran mudah gugur sebelum waktunya, Tidak mempunyai rintangan haba, Permukaan mudah berubah bentuk oleh haba, Permukaan pengisar bilah terdedah untuk memakai tanda, Kekasaran besar; Roda pengisar berlian pengikat logam dikekalkan tajam dengan mengisar menghancurkan, Kebolehbentukan yang baik, permukaan, Kekasaran permukaan rendah pengisaran bilah, Kecekapan yang lebih tinggi, Walau bagaimanapun, keupayaan mengikat zarah pengisaran menjadikan mengasah sendiri miskin, Dan kelebihan pemotongan mudah untuk meninggalkan jurang impak, Menyebabkan kerosakan marginal yang serius; Roda pengisar berlian pengikat seramik mempunyai kekuatan sederhana, Prestasi pengujaan diri yang baik, Lebih banyak liang dalaman, Favfor penyingkiran habuk dan pelesapan haba, Boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai penyejuk, Suhu pengisaran yang rendah, Roda pengisar kurang haus, Pengekalan bentuk yang baik, Ketepatan kecekapan tertinggi, Walau bagaimanapun, badan pengisaran dan pengikat berlian membawa kepada pembentukan alat pengisar dan pengikat pada permukaan alat. Gunakan mengikut bahan pemprosesan, kecekapan pengisaran komprehensif, ketahanan kasar dan kualiti permukaan bahan kerja.
Penyelidikan mengenai kecekapan pengisaran tertumpu terutamanya pada peningkatan produktiviti dan kos kawalan. Secara amnya, kadar pengisaran Q (penyingkiran PCD per unit masa) dan nisbah haus G (nisbah penyingkiran PCD kepada kehilangan roda pengisaran) digunakan sebagai kriteria penilaian.
Pakar Jerman KENTER mengisar alat PCD dengan tekanan malar, ujian: ① meningkatkan kelajuan roda pengisaran, saiz zarah PDC dan kepekatan penyejuk, kadar pengisaran dan nisbah haus dikurangkan; ② meningkatkan saiz zarah pengisaran, meningkatkan tekanan berterusan, meningkatkan kepekatan berlian dalam roda pengisaran, kadar pengisaran dan peningkatan nisbah haus; ③ jenis pengikat adalah berbeza, kadar pengisaran dan nisbah haus adalah berbeza. KENTER Proses mengisar bilah alat PCD dikaji secara sistematik, tetapi pengaruh proses mengisar bilah tidak dianalisis secara sistematik.
3. Penggunaan dan kegagalan alat pemotong PCD
(1) Pemilihan parameter pemotongan alat
Semasa tempoh awal alat PCD, mulut tepi tajam secara beransur-ansur berlalu, dan kualiti permukaan pemesinan menjadi lebih baik. Pempasifan berkesan boleh menghilangkan jurang mikro dan burr kecil yang dibawa oleh pengisaran bilah, meningkatkan kualiti permukaan canggih, dan pada masa yang sama, membentuk jejari tepi bulat untuk memerah dan membaiki permukaan yang diproses, sekali gus meningkatkan kualiti permukaan bahan kerja.
Permukaan alat PCD pengilangan aloi aluminium, kelajuan pemotongan biasanya dalam 4000m / min, pemprosesan lubang biasanya dalam 800m / min, pemprosesan logam bukan ferus elastik-plastik tinggi harus mengambil kelajuan pusingan yang lebih tinggi (300-1000m / min). Jumlah suapan biasanya disyorkan antara 0.08-0.15mm/r. Isipadu suapan yang terlalu besar, peningkatan daya pemotongan, peningkatan kawasan geometri sisa permukaan bahan kerja; isipadu suapan terlalu kecil, haba pemotongan meningkat, dan kehausan meningkat. Kedalaman pemotongan meningkat, daya pemotongan meningkat, haba pemotongan meningkat, hayat berkurangan, kedalaman pemotongan yang berlebihan boleh menyebabkan keruntuhan bilah dengan mudah; kedalaman pemotongan yang kecil akan membawa kepada pengerasan pemesinan, haus dan juga keruntuhan bilah.
(2) Pakai borang
Bahan kerja pemprosesan alat, disebabkan oleh geseran, suhu tinggi dan sebab-sebab lain, haus tidak dapat dielakkan. Kehausan alat berlian terdiri daripada tiga peringkat: fasa haus pantas awal (juga dikenali sebagai fasa peralihan), fasa haus yang stabil dengan kadar haus malar, dan fasa haus pantas berikutnya. Fasa haus pantas menunjukkan bahawa alat tidak berfungsi dan memerlukan pengisaran semula. Bentuk haus alat pemotong termasuk haus pelekat (haus kimpalan sejuk), haus resapan, haus kasar, haus pengoksidaan, dsb.
Berbeza dengan alat tradisional, bentuk haus alatan PCD ialah haus pelekat, haus resapan dan kerosakan lapisan polihabluran. Antaranya, kerosakan lapisan polikristal adalah sebab utama, yang ditunjukkan sebagai keruntuhan bilah halus yang disebabkan oleh kesan luaran atau kehilangan pelekat dalam PDC, membentuk jurang, yang tergolong dalam kerosakan mekanikal fizikal, yang boleh membawa kepada pengurangan ketepatan pemprosesan dan sisa bahan kerja. Saiz zarah PCD, bentuk bilah, Sudut bilah, bahan bahan kerja dan parameter pemprosesan akan menjejaskan kekuatan bilah bilah dan daya pemotongan, dan kemudian menyebabkan kerosakan lapisan polihablur. Dalam amalan kejuruteraan, saiz zarah bahan mentah yang sesuai, parameter alat dan parameter pemprosesan hendaklah dipilih mengikut keadaan pemprosesan.
4. Trend pembangunan alat pemotong PCD
Pada masa ini, rangkaian aplikasi alat PCD telah diperluaskan daripada pusingan tradisional kepada penggerudian, pengilangan, pemotongan berkelajuan tinggi, dan telah digunakan secara meluas di dalam dan luar negara. Perkembangan pesat kenderaan elektrik bukan sahaja membawa impak kepada industri automobil tradisional, tetapi juga membawa cabaran yang tidak pernah berlaku sebelum ini kepada industri alat, menggesa industri alat untuk mempercepatkan pengoptimuman dan inovasi.
Aplikasi luas alat pemotong PCD telah memperdalam dan mempromosikan penyelidikan dan pembangunan alat pemotong. Dengan penyelidikan yang mendalam, spesifikasi PDC semakin kecil, pengoptimuman kualiti penghalusan bijirin, keseragaman prestasi, kadar pengisaran dan nisbah haus semakin tinggi dan lebih tinggi, kepelbagaian bentuk dan struktur. Arahan penyelidikan alat PCD termasuk: ① menyelidik dan membangunkan lapisan PCD nipis; ② menyelidik dan membangunkan bahan alat PCD baharu; ③ penyelidikan untuk mengimpal alat PCD yang lebih baik dan seterusnya mengurangkan kos; ④ penyelidikan menambah baik proses pengisaran bilah alat PCD untuk meningkatkan kecekapan; ⑤ penyelidikan mengoptimumkan parameter alat PCD dan menggunakan alatan mengikut keadaan setempat; ⑥ penyelidikan secara rasional memilih parameter pemotongan mengikut bahan yang diproses.
ringkasan ringkas
(1) prestasi pemotongan alat PCD, mengimbangi kekurangan banyak alat karbida; pada masa yang sama, harganya jauh lebih rendah daripada alat berlian kristal tunggal, dalam pemotongan moden, adalah alat yang menjanjikan;
(2) Mengikut jenis dan prestasi bahan yang diproses, pemilihan saiz zarah dan parameter alat PCD yang munasabah, yang merupakan premis pembuatan dan penggunaan alat,
(3) Bahan PCD mempunyai kekerasan yang tinggi, yang merupakan bahan yang ideal untuk memotong daerah pisau, tetapi ia juga membawa kesukaran untuk pembuatan alat pemotong. Apabila pembuatan, untuk mempertimbangkan secara menyeluruh kesukaran proses dan keperluan pemprosesan, untuk mencapai prestasi kos terbaik;
(4) Bahan pemprosesan PCD di daerah pisau, kita harus secara munasabah memilih parameter pemotongan, berdasarkan memenuhi prestasi produk, sejauh mungkin untuk memanjangkan hayat perkhidmatan alat untuk mencapai keseimbangan hayat alat, kecekapan pengeluaran dan kualiti produk;
(5) Menyelidik dan membangunkan bahan alat PCD baharu untuk mengatasi kelemahan yang wujud
Artikel ini bersumberkan daripada "rangkaian bahan superhard"
Masa siaran: Mac-25-2025
