PCD-gereedskap is gemaak van polikristallyne diamantmespunt en karbiedmatriks deur middel van hoë temperatuur en hoë druk sintering. Dit kan nie net die voordele van hoë hardheid, hoë termiese geleidingsvermoë, lae wrywingskoëffisiënt, lae termiese uitbreidingskoëffisiënt, klein affiniteit met metaal en nie-metaal, hoë elastisiteitsmodulus, geen splytoppervlak, isotropies benut nie, maar neem ook die hoë sterkte van die harde legering in ag.
Termiese stabiliteit, impaksterkte en slytasieweerstand is die belangrikste prestasie-aanwysers van PCD. Omdat dit meestal in hoë temperatuur- en hoëspanningsomgewings gebruik word, is termiese stabiliteit die belangrikste ding. Die studie toon dat die termiese stabiliteit van PCD 'n groot impak het op die slytasieweerstand en impaksterkte daarvan. Die data toon dat wanneer die temperatuur hoër as 750 ℃ is, die slytasieweerstand en impaksterkte van PCD oor die algemeen met 5% -10% afneem.
Die kristaltoestand van die PCD bepaal die eienskappe daarvan. In die mikrostruktuur vorm koolstofatome kovalente bindings met vier aangrensende atome, verkry die tetraëdriese struktuur, en vorm dan die atoomkristal, wat 'n sterk oriëntasie- en bindkrag, en hoë hardheid het. Die belangrikste prestasie-indekse van PCD is soos volg: ① hardheid kan 8000 HV bereik, 8-12 keer dié van karbied; ② termiese geleidingsvermoë is 700W / mK, 1.5-9 keer hoër as PCBN en koper; ③ wrywingskoëffisiënt is oor die algemeen slegs 0.1-0.3, baie minder as 0.4-1 van karbied, wat die snykrag aansienlik verminder; ④ termiese uitbreidingskoëffisiënt is slegs 0.9x10-6-1.18x10-6,1/5 van karbied, wat termiese vervorming kan verminder en verwerkingsakkuraatheid kan verbeter; ⑤ en nie-metaalmateriale het minder affiniteit om nodules te vorm.
Kubiese boornitried het sterk oksidasieweerstand en kan ysterbevattende materiale verwerk, maar die hardheid is laer as enkelkristaldiamant, die verwerkingspoed is stadig en die doeltreffendheid is laag. Die enkelkristaldiamant het hoë hardheid, maar die taaiheid is onvoldoende. Anisotropie maak dit maklik om langs die (111) oppervlak te dissosieer onder die impak van eksterne krag, en die verwerkingdoeltreffendheid is beperk. PCD is 'n polimeer wat deur mikrongrootte diamantdeeltjies op sekere maniere gesintetiseer word. Die chaotiese aard van die wanordelike ophoping van deeltjies lei tot sy makroskopiese isotropiese aard, en daar is geen rigting- en splitsingsoppervlak in die treksterkte nie. In vergelyking met die enkelkristaldiamant verminder die korrelgrens van PCD die anisotropie effektief en optimaliseer die meganiese eienskappe.
1. Ontwerpbeginsels van PCD-snygereedskap
(1) Redelike keuse van PCD-deeltjiegrootte
Teoreties behoort PCD te probeer om die korrels te verfyn, en die verspreiding van bymiddels tussen produkte moet so eenvormig as moontlik wees om die anisotropie te oorkom. Die keuse van PCD-deeltjiegrootte hou ook verband met die verwerkingstoestande. Oor die algemeen kan PCD met hoë sterkte, goeie taaiheid, goeie impakweerstand en fyn korrel gebruik word vir afwerking of superafwerking, en PCD van growwe korrel kan vir algemene ruwe bewerking gebruik word. Die PCD-deeltjiegrootte kan die slytasieprestasie van die gereedskap aansienlik beïnvloed. Relevante literatuur wys daarop dat wanneer die grondstofkorrel groot is, die slytasieweerstand geleidelik toeneem met die afname van die korrelgrootte, maar wanneer die korrelgrootte baie klein is, is hierdie reël nie van toepassing nie.
Verwante eksperimente het vier diamantpoeier met gemiddelde deeltjiegroottes van 10um, 5um, 2um en 1um gekies, en die gevolgtrekking is dat: ① Met die afname van die deeltjiegrootte van die rou materiaal, diffundeer Co meer egalig; met die afname van ②, neem die slytasieweerstand en hittebestandheid van PCD geleidelik af.
(2) Redelike keuse van die lemmondvorm en lemdikte
Die vorm van die lemmond sluit hoofsaaklik vier strukture in: omgekeerde rand, stompsirkel, omgekeerde rand stompsirkel saamgestelde en skerp hoek. Die skerp hoekige struktuur maak die rand skerp, die snyspoed is vinnig, kan die snykrag en braam aansienlik verminder, die oppervlakkwaliteit van die produk verbeter, is meer geskik vir lae silikon aluminiumlegerings en ander lae hardheid, eenvormige nie-ysterhoudende metaalafwerking. Die stomp ronde struktuur kan die lemmond passiveer, 'n R-hoek vorm, wat effektief verhoed dat die lem breek, geskik vir die verwerking van medium/hoë silikon aluminiumlegerings. In sommige spesiale gevalle, soos vlak snydiepte en klein mesvoeding, word die stomp ronde struktuur verkies. Die omgekeerde randstruktuur kan die rande en hoeke vergroot, die lem stabiliseer, maar terselfdertyd die druk en snyweerstand verhoog, meer geskik vir swaar las sny van hoë silikon aluminiumlegerings.
Om EDM te vergemaklik, kies gewoonlik 'n dun PDC-plaatlaag (0.3-1.0 mm), plus die karbiedlaag, die totale dikte van die gereedskap is ongeveer 28 mm. Die karbiedlaag moet nie te dik wees om stratifikasie te vermy wat veroorsaak word deur die spanningsverskil tussen die bindingsoppervlaktes nie.
2, PCD-gereedskapvervaardigingsproses
Die vervaardigingsproses van PCD-gereedskap bepaal direk die snyprestasie en lewensduur van die gereedskap, wat die sleutel tot die toepassing en ontwikkeling daarvan is. Die vervaardigingsproses van die PCD-gereedskap word in Figuur 5 getoon.
(1) Vervaardiging van PCD-saamgestelde tablette (PDC)
① Vervaardigingsproses van die PDC
PDC bestaan gewoonlik uit natuurlike of sintetiese diamantpoeier en bindmiddel by hoë temperatuur (1000-2000 ℃) en hoë druk (5-10 atm). Die bindmiddel vorm die bindingsbrug met TiC, Sic, Fe, Co, Ni, ens. as die hoofkomponente, en die diamantkristal word in die skelet van die bindingsbrug in die vorm van 'n kovalente binding ingebed. PDC word gewoonlik in skywe met vaste deursnee en dikte gemaak, en word geslyp en gepoleer en ander ooreenstemmende fisiese en chemiese behandelings ondergaan. In wese moet die ideale vorm van PDC die uitstekende fisiese eienskappe van enkelkristaldiamant soveel as moontlik behou, daarom moet die bymiddels in die sinterliggaam so min as moontlik wees, terwyl die deeltjie-DD-bindingskombinasie soveel as moontlik gehou word.
② Klassifikasie en seleksie van bindmiddels
Die bindmiddel is die belangrikste faktor wat die termiese stabiliteit van die PCD-gereedskap beïnvloed, wat direk die hardheid, slytasieweerstand en termiese stabiliteit daarvan beïnvloed. Algemene PCD-bindingsmetodes is: yster, kobalt, nikkel en ander oorgangsmetale. Co- en W-gemengde poeier is as die bindmiddel gebruik, en die omvattende werkverrigting van die sinter-PCD was die beste wanneer die sintesedruk 5.5 GPa was, die sintertemperatuur 1450 ℃ was en die isolasie vir 4 minute was. SiC, TiC, WC, TiB2 en ander keramiekmateriale. SiC Die termiese stabiliteit van SiC is beter as dié van Co, maar die hardheid en breuktaaiheid is relatief laag. Gepaste vermindering van die grondstofgrootte kan die hardheid en taaiheid van PCD verbeter. Geen kleefmiddel nie, met grafiet of ander koolstofbronne in die ultra-hoë temperatuur en hoë druk in 'n nanoskaal-polimeerdiamant (NPD) verbrand. Die gebruik van grafiet as die voorloper om NPD voor te berei, is die mees veeleisende toestande, maar die sintetiese NPD het die hoogste hardheid en die beste meganiese eienskappe.
Seleksie en beheer van ③ korrels
Die rou materiaal diamantpoeier is 'n sleutelfaktor wat die werkverrigting van PCD beïnvloed. Voorbehandeling van diamantmikropoeier, die byvoeging van 'n klein hoeveelheid stowwe wat abnormale diamantdeeltjiegroei belemmer en redelike keuse van sinterbymiddels kan die groei van abnormale diamantdeeltjies inhibeer.
Hoë suiwer NPD met 'n eenvormige struktuur kan die anisotropie effektief uitskakel en die meganiese eienskappe verder verbeter. Die nanografietvoorloperpoeier wat deur die hoë-energie-balslypmetode voorberei is, is gebruik om die suurstofinhoud by hoë temperatuur voor-sintering te reguleer, wat grafiet in diamant omskep onder 18 GPa en 2100-2300 ℃, wat lamella- en korrelvormige NPD genereer, en die hardheid het toegeneem met die afname van lamelladikte.
④ Laat chemiese behandeling
By dieselfde temperatuur (200 °℃) en tyd (20 uur) was die kobaltverwyderingseffek van Lewis-suur-FeCl3 aansienlik beter as dié van water, en die optimale verhouding van HCl was 10-15 g / 100 ml. Die termiese stabiliteit van PCD verbeter namate die kobaltverwyderingsdiepte toeneem. Vir grofkorrelrige PCD kan sterk suurbehandeling Co heeltemal verwyder, maar dit het 'n groot invloed op die polimeerprestasie; die byvoeging van TiC en WC om die sintetiese polikristalstruktuur te verander en die kombinasie met sterk suurbehandeling om die stabiliteit van PCD te verbeter. Tans verbeter die voorbereidingsproses van PCD-materiale, die produk se taaiheid is goed, die anisotropie is aansienlik verbeter, kommersiële produksie is gerealiseer en verwante nywerhede ontwikkel vinnig.
(2) Verwerking van die PCD-lem
① snyproses
PCD het hoë hardheid, goeie slytasieweerstand en 'n hoë moeilike snyproses.
② sweisprosedure
PDC en die mesliggaam word meganies vasgeklem, vasgeheg en gesweis. Sweis is om PDC op die karbiedmatriks te druk, insluitend vakuumsweis, vakuumdiffusiesweis, hoëfrekwensie-induksieverhittingssweis, lasersweis, ens. Hoëfrekwensie-induksieverhittingssweis het lae koste en hoë opbrengskoers, en word wyd gebruik. Die sweiskwaliteit hou verband met die vloeimiddel, sweislegering en sweistemperatuur. Die sweistemperatuur (gewoonlik laer as 700 °℃) het die grootste impak. As die temperatuur te hoog is, kan dit maklik PCD-grafitisering veroorsaak, of selfs "oorbrand", wat die sweiseffek direk beïnvloed, en 'n te lae temperatuur sal lei tot onvoldoende sweissterkte. Die sweistemperatuur kan beheer word deur die isolasietyd en die diepte van die PCD-rooiheid.
③ lem slypproses
Die PCD-gereedskapslypproses is die sleutel tot die vervaardigingsproses. Oor die algemeen is die piekwaarde van die lem en die lem binne 5 µm, en die boogradius is binne 4 µm; die voorste en agterste snyoppervlak verseker 'n sekere oppervlakafwerking, en verminder selfs die voorste snyoppervlak Ra tot 0.01 μm om aan die spieëlvereistes te voldoen, die skyfies langs die voorste mesoppervlak te laat vloei en te verhoed dat die mes vassteek.
Lem-slypproses sluit in die meganiese lemslyp van diamantslypwiele, elektriese vonklemslyp (EDG), superharde skuurslypwiel vir metaalbindmiddels, aanlyn elektrolitiese afwerkingslemslyp (ELID), en die bewerking van saamgestelde lemslyp. Onder hulle is die meganiese lemslyp van diamantslypwiele die mees volwasse en mees gebruikte.
Verwante eksperimente: ① die growwe deeltjie-slypwiel sal lei tot ernstige lem-ineenstorting, en die deeltjiegrootte van die slypwiel neem af, en die kwaliteit van die lem word beter; die deeltjiegrootte van ② slypwiel is nou verwant aan die lemkwaliteit van fyn deeltjie- of ultrafyn deeltjie-PCD-gereedskap, maar het beperkte effek op growwe deeltjie-PCD-gereedskap.
Verwante navorsing tuis en in die buiteland fokus hoofsaaklik op die meganisme en proses van lem-slyp. In die lem-slypmeganisme is termochemiese verwydering en meganiese verwydering die dominante, en brosverwydering en moegheidsverwydering is relatief klein. Tydens slyp, volgens die sterkte en hittebestandheid van verskillende bindmiddels se diamant-slypwiele, verbeter die spoed en swaaifrekwensie van die slypwiel soveel as moontlik, vermy brosheid en moegheidsverwydering, verbeter die proporsie van termochemiese verwydering, en verminder die oppervlakruheid. Die oppervlakruheid van droë slyp is laag, maar maklik as gevolg van hoë verwerkingstemperatuur, brand die gereedskapoppervlak,
Tydens die slypproses van die lem moet aandag gegee word aan die volgende: ① die keuse van redelike parameters vir die slypproses kan die kwaliteit van die mond van die lem beter maak, en die oppervlak van die voorste en agterste lem beter afwerk. Neem egter ook die hoë slypkrag, groot verlies, lae slypdoeltreffendheid en hoë koste in ag; ② die keuse van redelike slypwielkwaliteit, insluitend die tipe bindmiddel, deeltjiegrootte, konsentrasie, bindmiddel, slypwielafwerking, en redelike droë en nat lem-slyptoestande kan die voorste en agterste hoeke van die gereedskap, die passiveringswaarde van die mespunt en ander parameters optimaliseer, terwyl die oppervlakkwaliteit van die gereedskap verbeter word.
Verskillende diamantslypwiele het verskillende eienskappe en verskillende slypmeganismes en -effek. Die harsbinder se diamantslypwiel is sag, slypdeeltjies val maklik voortydig af, het geen hittebestandheid nie, die oppervlak word maklik deur hitte vervorm, die lem se slypoppervlak is geneig tot slytasiemerke, groot ruheid; die metaalbinder se diamantslypwiel word skerp gehou deur slyp en vergruis, goeie vormbaarheid en oppervlakvorming, lae oppervlakruheid van die lem se slyp, hoër doeltreffendheid, die bindvermoë van die slypdeeltjies maak die selfslyp swak, en die snykant laat maklik 'n impakgaping, wat ernstige marginale skade veroorsaak; die keramiekbinder se diamantslypwiel het 'n matige sterkte, goeie selfopwekkingsprestasie, meer interne porieë, gunstig vir stofverwydering en hitte-afvoer, kan aanpas by 'n verskeidenheid koelmiddel, die lae slyptemperatuur, die slypwiel is minder slytasie, goeie vormbehoud, die akkuraatheid van die hoogste doeltreffendheid, maar die diamantslyp en die bindmiddel vorm putte op die gereedskapoppervlak. Gebruik volgens die verwerkingsmateriaal, omvattende slypdoeltreffendheid, skuurduursaamheid en oppervlakkwaliteit van die werkstuk.
Die navorsing oor slypdoeltreffendheid fokus hoofsaaklik op die verbetering van produktiwiteit en beheerkoste. Oor die algemeen word slyptempo Q (PCD-verwydering per tydseenheid) en slytasieverhouding G (verhouding van PCD-verwydering tot slypwielverlies) as evalueringskriteria gebruik.
Duitse geleerde KENTER slyp PCD-gereedskap met konstante druk, toets: 1 verhoog die slypwielspoed, PDC-deeltjiegrootte en koelmiddelkonsentrasie, die slyptempo en slytasieverhouding word verminder; 2 verhoog die slypdeeltjiegrootte, verhoog die konstante druk, verhoog die konsentrasie van diamant in die slypwiel, slyptempo en slytasieverhouding neem toe; 3 bindmiddeltipe is anders, die slyptempo en slytasieverhouding is anders. KENTER Die lem-slypproses van PCD-gereedskap is sistematies bestudeer, maar die invloed van die lem-slypproses is nie sistematies geanaliseer nie.
3. Gebruik en mislukking van PCD-snygereedskap
(1) Seleksie van gereedskapsnyparameters
Gedurende die aanvanklike periode van die PCD-gereedskap het die skerp randmond geleidelik gepassiteer, en die oppervlakkwaliteit van die bewerking het verbeter. Passivering kan die mikrosplete en klein brame wat deur die lem-slyp veroorsaak word, effektief verwyder, die oppervlakkwaliteit van die snykant verbeter, en terselfdertyd 'n sirkelvormige randradius vorm om die verwerkte oppervlak te druk en te herstel, en sodoende die oppervlakkwaliteit van die werkstuk te verbeter.
PCD-gereedskapoppervlakfrees aluminiumlegering, snyspoed is gewoonlik 4000 m/min, gatverwerking is gewoonlik 800 m/min, verwerking van hoogs elastiese plastiese nie-ysterhoudende metale moet 'n hoër draaispoed (300-1000 m/min) neem. 'n Voervolume word gewoonlik tussen 0.08-0.15 mm/r aanbeveel. Te groot voervolume, verhoogde snykrag, verhoogde oorblywende geometriese area van die werkstukoppervlak; te klein voervolume, verhoogde snyhitte en verhoogde slytasie. Die snydiepte neem toe, die snykrag neem toe, die snyhitte neem toe, die lewensduur neem af, en oormatige snydiepte kan maklik lei tot die ineenstorting van die lem; 'n klein snydiepte sal lei tot verharding, slytasie en selfs die ineenstorting van die lem.
(2) Slytvorm
Werkstukverwerkingswerkstukke, as gevolg van wrywing, hoë temperatuur en ander redes, is slytasie onvermydelik. Die slytasie van die diamantgereedskap bestaan uit drie stadiums: die aanvanklike vinnige slytasiefase (ook bekend as die oorgangsfase), die stabiele slytasiefase met 'n konstante slytasietempo, en die daaropvolgende vinnige slytasiefase. Die vinnige slytasiefase dui aan dat die gereedskap nie werk nie en herslyp moet word. Die slytasievorme van snygereedskap sluit in kleefslytasie (koue sweisslytasie), diffusieslytasie, skuurslytasie, oksidasieslytasie, ens.
Anders as tradisionele gereedskap, is die slytasievorm van PCD-gereedskap kleefslytasie, diffusieslytasie en polikristallyne laagskade. Onder hulle is die skade aan die polikristallyne laag die hoofrede, wat manifesteer as die subtiele lem-ineenstorting wat veroorsaak word deur eksterne impak of die verlies van kleefmiddel in PDC, wat 'n gaping vorm, wat behoort aan fisiese meganiese skade, wat kan lei tot die vermindering van verwerkingspresisie en die afval van werkstukke. PCD-deeltjiegrootte, lemvorm, lemhoek, werkstukmateriaal en verwerkingsparameters sal die lem se lemsterkte en snykrag beïnvloed, en dan die skade aan die polikristallyne laag veroorsaak. In ingenieurspraktyk moet die toepaslike grondstofdeeltjiegrootte, gereedskapparameters en verwerkingsparameters gekies word volgens die verwerkingstoestande.
4. Ontwikkelingstendens van PCD-snygereedskap
Tans is die toepassingsreeks van PCD-gereedskap uitgebrei van tradisionele draaiwerk tot boorwerk, freeswerk en hoëspoed-snywerk, en word dit wyd gebruik in die binneland en in die buiteland. Die vinnige ontwikkeling van elektriese voertuie het nie net 'n impak op die tradisionele motorbedryf gehad nie, maar ook ongekende uitdagings vir die gereedskapbedryf gebring, wat die gereedskapbedryf aangespoor het om die optimalisering en innovasie te versnel.
Die wye toepassing van PKD-snygereedskap het die navorsing en ontwikkeling van snygereedskap verdiep en bevorder. Met die verdieping van navorsing word PKD-spesifikasies al hoe kleiner, optimalisering van korrelverfyningskwaliteit, prestasie-eenvormigheid, slyptempo en slytasieverhouding is al hoe hoër, vorm- en struktuurdiversifikasie. Die navorsingsrigtings van PKD-gereedskap sluit in: ① navorsing en ontwikkeling van dun PKD-laag; ② navorsing en ontwikkeling van nuwe PKD-gereedskapmateriale; ③ navorsing om PKD-gereedskap te verbeter en koste verder te verminder; ④ navorsing verbeter die PKD-gereedskaplemslypproses om doeltreffendheid te verbeter; ⑤ navorsing optimaliseer PKD-gereedskapparameters en gebruik gereedskap volgens plaaslike toestande; ⑥ navorsing kies rasioneel snyparameters volgens die verwerkte materiale.
kort opsomming
(1) PCD-gereedskap se snyprestasie vergoed vir die tekort aan baie karbiedgereedskap; terselfdertyd is die prys baie laer as enkelkristal diamantgereedskap, en is 'n belowende gereedskap vir moderne snywerk;
(2) Volgens die tipe en werkverrigting van die verwerkte materiale, 'n redelike keuse van die deeltjiegrootte en parameters van PCD-gereedskap, wat die uitgangspunt van gereedskapvervaardiging en -gebruik is,
(3) PCD-materiaal het 'n hoë hardheid, wat die ideale materiaal is vir die sny van messe, maar dit bring ook probleme mee vir die vervaardiging van snygereedskap. Wanneer vervaardiging plaasvind, moet die proses se moeilikheidsgraad en verwerkingsbehoeftes deeglik in ag geneem word om die beste koste-prestasie te behaal;
(4) PCD-verwerkingsmateriaal in mesdistrik, moet ons snyparameters redelikerwys kies, gebaseer op die voldoening aan die produkprestasie, om die lewensduur van die gereedskap so ver as moontlik te verleng om die balans tussen gereedskapslewe, produksiedoeltreffendheid en produkkwaliteit te bereik;
(5) Navorsing en ontwikkeling van nuwe PCD-gereedskapmateriale om die inherente nadele daarvan te oorkom.
Hierdie artikel is afkomstig van die "superharde materiaalnetwerk"
Plasingstyd: 25 Maart 2025
