PCD verkfærið er úr pólýkristallaðri demanthnífsodd og karbíði sem hefur verið sintrað við háan hita og háþrýsting. Það getur ekki aðeins nýtt sér kosti eins og mikla hörku, mikla varmaleiðni, lágan núningstuðul, lágan varmaþenslustuðul, litla sækni í málma og ómálma, mikla teygjanleika, engin klofnun á yfirborði, ísótrópískt efni, heldur einnig tekið tillit til mikils styrks hörðrar málmblöndu.
Hitastöðugleiki, höggþol og slitþol eru helstu afkastavísar PCD. Þar sem það er aðallega notað í umhverfi með miklum hita og miklu álagi er hitastöðugleiki það mikilvægasta. Rannsóknin sýnir að hitastöðugleiki PCD hefur mikil áhrif á slitþol þess og höggþol. Gögnin sýna að þegar hitastigið er hærra en 750°C minnkar slitþol og höggþol PCD almennt um 5% -10%.
Kristalástand PCD ákvarðar eiginleika þess. Í örbyggingu mynda kolefnisatóm samgild tengi við fjögur aðliggjandi atóm, fá fjórflötungsbyggingu og mynda síðan atómkristall með sterkri stefnufestingu og bindingarkrafti og mikilli hörku. Helstu afkastavísar PCD eru eftirfarandi: ① hörkan getur náð 8000 HV, 8-12 sinnum hærri en hjá karbíði; ② varmaleiðni er 700W / mK, 1,5-9 sinnum hærri en hjá PCBN og kopar; ③ núningstuðullinn er almennt aðeins 0,1-0,3, mun minni en hjá 0,4-1 hjá karbíði, sem dregur verulega úr skurðkraftinum; ④ varmaþenslustuðullinn er aðeins 0,9x10-6-1,18x10-6,1/5 hjá karbíði, sem getur dregið úr varmaaflögun og bætt nákvæmni vinnslu; ⑤ og ómálmleg efni hafa minni tilhneigingu til að mynda hnúta.
Kúbískt bórnítríð hefur sterka oxunarþol og getur unnið með járninnihaldandi efni, en hörkan er minni en einkristallademantur, vinnsluhraðinn er hægur og skilvirknin lítil. Einkristallademantur hefur mikla hörku, en seiglan er ófullnægjandi. Ósamhverfun gerir það auðvelt að sundrast á (111) yfirborðinu undir áhrifum utanaðkomandi krafta og vinnsluhagkvæmnin er takmörkuð. PCD er fjölliða sem mynduð er úr míkrómetra-stórum demantögnum með ákveðnum aðferðum. Óreiðukennd eðli agnauppsöfnunarinnar leiðir til makróskóps ísótrópísks eðlis þess og það er ekkert stefnu- og klofningsflötur í togstyrk. Í samanburði við einkristallademantur dregur kornamörk PCD á áhrifaríkan hátt úr ósamhverfuninni og hámarkar vélræna eiginleika.
1. Hönnunarreglur PCD skurðarverkfæra
(1) Sanngjörn val á PCD agnastærð
Fræðilega séð ætti PCD að reyna að fínpússa kornin og dreifing aukefna milli vara ætti að vera eins jöfn og mögulegt er til að vinna bug á ósamhverfu. Val á PCD agnastærð er einnig tengt vinnsluskilyrðum. Almennt séð er hægt að nota PCD með miklum styrk, góðri seiglu, góðri höggþol og fínkorn til frágangs eða ofurfrágangs, og PCD með grófu korni er hægt að nota til almennrar grófvinnslu. PCD agnastærð getur haft veruleg áhrif á slitþol verkfærisins. Viðeigandi ritrýndar heimildir benda á að þegar korn hráefnisins er stórt eykst slitþolið smám saman með minnkandi kornastærð, en þegar kornastærðin er mjög lítil á þessi regla ekki við.
Í tengdum tilraunum voru valin fjögur demantduft með meðalagnastærðum 10µm, 5µm, 2µm og 1µm og niðurstaðan var sú að: ① Með minnkandi agnastærð hráefnisins dreifist Co jafnar; með minnkun á ② minnkaði slitþol og hitaþol PCD smám saman.
(2) Sanngjörn val á lögun blaðsmunns og þykkt blaðsins
Blaðmunninn hefur aðallega fjórar gerðir: öfuga brún, slétta hringlaga brún, öfuga brún með sléttum hringlaga brún og hvöss hornlaga brún. Hvöss hornlaga brún gerir brúnina hvassa, skurðarhraðann er hraðari, getur dregið verulega úr skurðkrafti og skurðarbroti, bætt yfirborðsgæði vörunnar, hentar betur fyrir lágkísil álblöndur og aðrar lághörku málma, jafna áferð á málmlausum málmum. Sleppta, kringlótta brúnin getur gert blaðmunninn óvirkan og myndað R horn, sem kemur í veg fyrir að blaðið brotni á áhrifaríkan hátt, hentugur fyrir vinnslu á miðlungs/háum kísil álblöndu. Í sumum sérstökum tilfellum, svo sem grunnum skurðardýpt og litlum hnífsfóðrun, er slétt, kringlótt brún æskilegri. Öfug brún getur aukið brúnir og horn, stöðugað blaðið, en á sama tíma aukið þrýsting og skurðþol, hentar betur fyrir þungar álagsskurð á háum kísil álblöndu.
Til að auðvelda rafstuðning er venjulega valið þunnt PDC-lag (0,3-1,0 mm) ásamt karbíðlagi, heildarþykkt verkfærisins er um 28 mm. Karbíðlagið ætti ekki að vera of þykkt til að forðast lagskiptingu af völdum spennumunar milli límyfirborðanna.
2, framleiðsluferli PCD verkfæra
Framleiðsluferli PCD-verkfæris hefur bein áhrif á skurðargetu og endingartíma verkfærisins, sem er lykillinn að notkun þess og þróun. Framleiðsluferli PCD-verkfærisins er sýnt á mynd 5.
(1) Framleiðsla á PCD samsettum töflum (PDC)
① Framleiðsluferli PDC
PDC er almennt samsett úr náttúrulegum eða tilbúnum demantsdufti og bindiefni við hátt hitastig (1000-2000℃) og hátt þrýsting (5-10 atm). Bindefnið myndar bindibrú með TiC, Sic, Fe, Co, Ni o.fl. sem aðalþáttum, og demantkristallinn er felld inn í beinagrind bindibrúarinnar í formi samgildra tengis. PDC er almennt búið til í diska með föstum þvermáli og þykkt, og slípað og pússað og með öðrum samsvarandi eðlis- og efnafræðilegum meðferðum. Í meginatriðum ætti kjörform PDC að viðhalda framúrskarandi eðlisfræðilegum eiginleikum einkristallsdemants eins mikið og mögulegt er, þess vegna ættu aukefni í sintrunarhlutanum að vera eins lítil og mögulegt er, á sama tíma, samsetning agna DD tengisins eins mikið og mögulegt er.
② Flokkun og val á bindiefnum
Bindiefnið er mikilvægasti þátturinn sem hefur áhrif á hitastöðugleika PCD-verkfærisins, sem hefur bein áhrif á hörku þess, slitþol og hitastöðugleika. Algengar PCD-límingaraðferðir eru: járn, kóbalt, nikkel og aðrir umbreytingarmálmar. Blandað duft af Co og W var notað sem límefni og heildarafköst sintrunar-PCD voru best þegar myndunarþrýstingurinn var 5,5 GPa, sintrunarhitinn var 1450 ℃ og einangrunin var 4 mínútur. SiC, TiC, WC, TiB2 og önnur keramikefni. SiC Hitastöðugleiki SiC er betri en Co, en hörkan og brotþolið eru tiltölulega lágt. Viðeigandi minnkun á stærð hráefnisins getur bætt hörku og seiglu PCD. Engin lím, með grafíti eða öðrum kolefnisgjöfum við ofurháan hita og háan þrýsting brennt í nanóskala fjölliðudemant (NPD). Notkun grafíts sem forvera til að búa til NPD er krefjandi skilyrði, en tilbúið NPD hefur mesta hörku og bestu vélrænu eiginleikana.
Val og stjórnun á ③ kornum
Hráefnið demantduft er lykilþáttur sem hefur áhrif á afköst PCD. Forvinnsla demantsördufts, viðbót lítils magns af efnum sem hindra óeðlilegan vöxt demantagna og sanngjarnt val á aukefnum í sintrun getur hamlað vexti óeðlilegra demantagna.
Hreint nanógrafít með einsleitri uppbyggingu getur á áhrifaríkan hátt útrýmt anisótrópíu og bætt enn frekar vélræna eiginleika. Nanógrafítforveraduftið, sem var búið til með orkumikilli kúlukvörn, var notað til að stjórna súrefnisinnihaldi við háhitaforsintrun, umbreytti grafíti í demant við 18 GPa og 2100-2300 ℃, myndaði lamella og kornótt nanógrafít, og hörkan jókst með minnkandi þykkt lamella.
④ Seint efnameðferð
Við sama hitastig (200°℃) og tíma (20 klst.) var áhrif Lewis sýru-FeCl3 til að fjarlægja kóbalt marktækt betri en áhrif vatns, og besta hlutfallið af HCl var 10-15 g / 100 ml. Hitastöðugleiki PCD batnar eftir því sem dýpt kóbaltsins eykst. Fyrir grófkorna PCD getur sterk sýrumeðferð fjarlægt Co að fullu, en hefur mikil áhrif á eiginleika fjölliðunnar; með því að bæta við TiC og WC til að breyta tilbúnu fjölkristallabyggingunni og með því að sameina sterka sýrumeðferð til að bæta stöðugleika PCD. Eins og er er undirbúningsferli PCD efna að batna, seigla vörunnar er góð, ósamhverfan hefur batnað verulega, hefur náð viðskiptaframleiðslu og tengdar atvinnugreinar eru að þróast hratt.
(2) Vinnsla á PCD blaðinu
① skurðarferli
PCD hefur mikla hörku, góða slitþol og mjög erfitt skurðarferli.
② suðuaðferð
PDC og hnífshlutinn eru festir með vélrænni klemmu, límingu og lóðun. Lóðun felst í því að þrýsta PDC á karbítgrunnefnið, þar á meðal lofttæmislóðun, lofttæmisdreifingarsuðu, hátíðni rafhitunarlóðun, leysissuðu og svo framvegis. Hátíðni rafhitunarlóðun hefur lágan kostnað og mikla ávöxtun og hefur verið mikið notuð. Suðugæðin eru tengd flæði, suðumálmblöndu og suðuhita. Suðuhitastigið (almennt lægra en 700°C) hefur mest áhrif. Of hátt hitastig veldur auðveldlega grafítmyndun PCD eða jafnvel „ofbrennslu“ sem hefur bein áhrif á suðuáhrifin og of lágt hitastig leiðir til ófullnægjandi suðustyrks. Hægt er að stjórna suðuhitastiginu með einangrunartíma og dýpt PCD roðnunarinnar.
③ blaðslípunarferli
PCD verkfæraslípunarferlið er lykillinn að framleiðsluferlinu. Almennt er hámarksgildi blaðsins og blaðsins innan 5µm og bogaradíusinn innan 4µm; fram- og afturskurðarflöturinn tryggir ákveðna yfirborðsáferð og minnkar jafnvel framskurðarflötinn Ra niður í 0,01µm til að uppfylla spegilkröfur, láta flísarnar flæða meðfram framhlið hnífsins og koma í veg fyrir að hnífurinn festist.
Slípunarferlið fyrir blað felur í sér vélræna slípun á demantslípihjólum, rafmagnsslípun á neistablöðum (EDG), slípun á ofurhörðum málmbindiefni með rafgreiningu á blaðum (ELID) og slípun á samsettum blöðum. Meðal þeirra er vélræn slípun á demantslípihjólum sú fullkomnasta og mest notaða.
Tengdar tilraunir: ① grófkorna slípihjólið leiðir til alvarlegs hruns blaðsins og agnastærð slípihjólsins minnkar og gæði blaðsins verða betri; agnastærð ② slípihjólsins er nátengd gæðum blaðs fínkorna eða örfínna PCD verkfæra, en hefur takmörkuð áhrif á grófkorna PCD verkfæri.
Tengdar rannsóknir heima og erlendis beinast aðallega að vélbúnaði og ferli blaðslípunar. Í vélbúnaði blaðslípunar eru hitaefnafræðileg fjarlæging og vélræn fjarlæging ríkjandi, og brothætt fjarlæging og þreytu fjarlæging eru tiltölulega lítil. Við slípun er mikilvægt að bæta hraða og sveiflutíðni slípihjólsins eins og kostur er, í samræmi við styrk og hitaþol mismunandi bindiefna, forðast brothættni og þreytu fjarlægingu, bæta hlutfall hitaefnafræðilegrar fjarlægingar og draga úr yfirborðsgrófleika. Yfirborðsgrófleikar við þurrslípun eru lágir, en auðveldlega vegna mikils vinnsluhitastigs, bruna yfirborðs tólsins,
Við slípun blaðsins þarf að huga að eftirfarandi þáttum: ① að velja sanngjarna þætti fyrir slípun blaðsins, sem getur gert gæði brúnarinnar betri og yfirborðsáferð fram- og afturblaðsins betri. Hins vegar skal einnig hafa í huga mikla slípun, mikið tap, litla slípun og mikinn kostnað; ② að velja sanngjarna gæði slípihjólsins, þar á meðal gerð bindiefnisins, agnastærð, styrk, bindiefni, slípun og slípun blaðsins, ásamt sanngjörnum þurr- og blautslípunskilyrðum, getur fínstillt fram- og afturhorn verkfærisins, óvirkjunargildi hnífsoddsins og aðra þætti, og jafnframt bætt yfirborðsgæði verkfærisins.
Mismunandi demantslíphjól úr bindiefni hafa mismunandi eiginleika og mismunandi slípiferli og áhrif. Demantslíphjól úr plastefnisbindiefni eru mjúk, slípiagnirnar detta auðveldlega af fyrir tímann, þær eru ekki hitaþolnar, yfirborðið afmyndast auðveldlega af hita, yfirborð blaðsins er viðkvæmt fyrir sliti og mikil ójöfnur; demantslíphjól úr málmi haldast beittar við slípun og mulning, góð mótunarhæfni, yfirborðsmótun, lítil yfirborðsójöfnur á slípun blaðsins, meiri skilvirkni, en bindingarhæfni slípiagnanna gerir sjálfsslípunina lélega og skurðbrúnin skilur auðveldlega eftir höggbil, sem veldur alvarlegum jaðarskemmdum; demantslíphjól úr keramikbindiefni eru miðlungssterk, góð sjálfsörvun, fleiri innri svitaholur, henta vel fyrir rykhreinsun og varmaleiðni, geta aðlagað sig að ýmsum kælivökvum, lágt slípihitastig, slíphjólið er minna slitið, góð lögun varðveitt, nákvæmni með hámarks skilvirkni, en samspil demantslípunar og bindiefnisins leiðir til myndunar hola á yfirborði verkfærisins. Notkun í samræmi við vinnsluefnið, alhliða slípun, endingu slípunarinnar og yfirborðsgæði vinnustykkisins.
Rannsóknir á skilvirkni slípunar beinast aðallega að því að bæta framleiðni og stjórna kostnaði. Almennt eru slípunarhraðinn Q (fjarlæging PCD á tímaeiningu) og slithlutfallið G (hlutfall PCD-fjarlægingar og taps á slípihjóli) notaðir sem matsviðmið.
Þýski fræðimaðurinn KENTER prófaði eftirfarandi við að slípa PCD tól með föstum þrýstingi: ① eykur hraða slípihjólsins, PDC agnastærð og kælivökvaþéttni minnkar, sem minnkar slípunarhraða og slithlutfall; ② eykur slípunaragnastærð, sem eykur fastan þrýsting, eykur demantþéttni í slípihjólinu, sem auka slípunarhraða og slithlutfall; ③ mismunandi gerð bindiefnis, sem breytir slípunarhraða og slithlutfall. KENTER Rannsóknir á blaðslípunarferli PCD tækja hafa verið kerfisbundnar, en áhrif blaðslípunarferlisins eru ekki kerfisbundið greind.
3. Notkun og bilun PCD skurðarverkfæra
(1) Val á skurðarbreytum verkfæra
Á upphafstímabili PCD-verkfærisins varð beittur brún smám saman óslípaður og gæði yfirborðs vinnslunnar batnuðu. Óslípun getur á áhrifaríkan hátt fjarlægt örbil og smá skurði sem myndast við slípun blaðsins, bætt yfirborðsgæði skurðbrúnarinnar og á sama tíma myndað hringlaga brún til að kreista og gera við unnin yfirborð, og þannig bætt yfirborðsgæði vinnustykkisins.
Við yfirborðsfræsingu á PCD-verkfærum í álfelgu er skurðarhraðinn almennt 4000 m/mín., holuvinnsla almennt 800 m/mín. Vinnsla á teygjanlegum plastefnum úr járnlausum málmum ætti að krefjast meiri beygjuhraða (300-1000 m/mín.). Mælt er með fóðrunarmagni á bilinu 0,08-0,15 mm/snúningi. Of mikið fóðrunarmagn eykur skurðkraftinn og eykur leifarrúmfræðilegt flatarmál vinnustykkisins. Of lítið fóðrunarmagn eykur skurðarhita og aukið slit. Skurðdýpt eykst, skurðkrafturinn eykst, skurðarhitinn eykst og líftími styttist. Of mikið skurðardýpt getur auðveldlega valdið því að blaðið hrynji. Lítið skurðardýpt leiðir til harðnunar, slits og jafnvel blaðsins í vinnslu.
(2) Slitform
Slit á vinnustykki við vinnslu verkfæra er óhjákvæmilegt vegna núnings, mikils hitastigs og annarra ástæðna. Slit demantverkfærisins samanstendur af þremur stigum: upphafsslit (einnig þekkt sem umbreytingarstig), stöðugt slit með jöfnum slithraða og síðan hraðslit. Hraðslit gefur til kynna að verkfærið sé ekki í lagi og þurfi að slípa það aftur. Slitgerðir skurðarverkfæra eru meðal annars límslit (kaldsuðuslit), dreifislit, núningslit, oxunarslit o.s.frv.
Ólíkt hefðbundnum verkfærum er slit á PCD verkfærum límslit, dreifislit og skemmdir á pólýkristalla laginu. Meðal þeirra eru skemmdir á pólýkristalla laginu aðalástæðan, sem birtist sem lúmskt blaðbrot af völdum utanaðkomandi áhrifa eða taps á lími í PDC, sem myndar bil, sem tilheyrir líkamlegum vélrænum skemmdum, sem getur leitt til minnkaðrar vinnslunákvæmni og brots á vinnustykkjunum. Agnastærð PCD, lögun blaðsins, blaðhorn, efni vinnustykksins og vinnslubreytur hafa áhrif á styrk blaðsins og skurðkraft og valda síðan skemmdum á pólýkristalla laginu. Í verkfræði ætti að velja viðeigandi agnastærð hráefnis, verkfærabreytur og vinnslubreytur í samræmi við vinnsluskilyrðin.
4. Þróunarþróun PCD skurðarverkfæra
Nú á dögum hefur notkunarsvið PCD-verkfæra stækkað frá hefðbundinni beygju til borunar, fræsingar og hraðskurðar og hefur verið mikið notað heima og erlendis. Hrað þróun rafknúinna ökutækja hefur ekki aðeins haft áhrif á hefðbundinn bílaiðnað, heldur einnig skapað fordæmalausar áskoranir fyrir verkfæraiðnaðinn, sem hvetur verkfæraiðnaðinn til að flýta fyrir hagræðingu og nýsköpun.
Víðtæk notkun PCD skurðartækja hefur dýpkað og eflt rannsóknir og þróun á skurðartólum. Með aukinni rannsóknum eru PDC forskriftirnar sífellt að minnka, gæði kornhreinsunar eru hagræddar, afköstin eru einsleit, slípunarhraði og slithlutfall eru sífellt hærri og fjölbreytni í lögun og uppbyggingu. Rannsóknarstefnur PCD verkfæra eru meðal annars: ① rannsóknir og þróun þunns PCD lags; ② rannsóknir og þróun nýrra PCD verkfæraefna; ③ rannsóknir til að bæta suðu PCD verkfæra og lækka enn frekar kostnað; ④ rannsóknir bæta slípunarferli PCD verkfærablaða til að auka skilvirkni; ⑤ rannsóknir hámarka færibreytur PCD verkfæra og nota verkfæri í samræmi við staðbundnar aðstæður; ⑥ rannsóknir velja skynsamlega skurðarfæribreytur í samræmi við unnin efni.
stutt samantekt
(1) Skurður á PCD verkfærum bætir upp fyrir skort á mörgum karbítverkfærum; á sama tíma er verðið mun lægra en einkristalls demantverkfæri, sem eru efnileg verkfæri í nútíma skurði;
(2) Samkvæmt gerð og afköstum unninna efna er sanngjarnt val á agnastærð og breytum PCD verkfæra, sem er forsenda framleiðslu og notkunar verkfæra,
(3) PCD-efnið hefur mikla hörku, sem er tilvalið efni til að skera hnífa, en það veldur einnig erfiðleikum við framleiðslu á skurðarverkfærum. Við framleiðslu skal taka tillit til erfiðleika ferlisins og vinnsluþarfa til að ná sem bestum kostnaði.
(4) Í PCD vinnsluefnum í hnífasýslu ættum við að velja skurðarbreytur á sanngjarnan hátt, byggt á afköstum vörunnar, eins langt og mögulegt er til að lengja endingartíma verkfærisins til að ná jafnvægi á milli endingartíma verkfærisins, framleiðsluhagkvæmni og gæða vörunnar.
(5) Rannsaka og þróa ný PCD verkfæraefni til að vinna bug á innbyggðum göllum þeirra.
Þessi grein er fengin úr „ofurhörð efnisnet"
Birtingartími: 25. mars 2025
