Công cụ PCD được làm bằng đầu dao kim cương đa tinh thể và ma trận cacbua thông qua nhiệt độ cao và thiêu kết áp suất cao. Nó không chỉ có thể chơi đầy đủ cho những lợi thế của độ cứng cao, độ dẫn nhiệt cao, hệ số ma sát thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp, ái lực nhỏ với kim loại và không kim loại, mô đun đàn hồi cao, không có bề mặt phân tách, đẳng hướng, mà còn tính đến cường độ cao của hợp kim cứng.
Độ ổn định nhiệt, độ bền va chạm và khả năng chống mài mòn là các chỉ số hiệu suất chính của PCD. Bởi vì nó chủ yếu được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao và căng thẳng cao, sự ổn định nhiệt là điều quan trọng nhất. Nghiên cứu cho thấy sự ổn định nhiệt của PCD có tác động lớn đến khả năng chống mài mòn và độ bền tác động của nó. Dữ liệu cho thấy khi nhiệt độ cao hơn 750, độ bền của hao mòn và độ bền tác động của PCD thường giảm 5% -10%.
Trạng thái tinh thể của PCD xác định các thuộc tính của nó. Trong cấu trúc vi mô, các nguyên tử carbon tạo thành các liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử liền kề, thu được cấu trúc tứ diện, và sau đó tạo thành tinh thể nguyên tử, có định hướng mạnh và lực liên kết, và độ cứng cao. Các chỉ số hiệu suất chính của PCD như sau: Độ cứng có thể đạt tới 8000 HV, 8-12 lần cacbua; Độ dẫn nhiệt là 700W / mk, 1,5-9 lần, thậm chí cao hơn PCBN và đồng; Hệ số ma sát thường chỉ là 0,1-0,3, ít hơn 0,4-1 cacbua, làm giảm đáng kể lực cắt; Hệ số giãn nở nhiệt chỉ là 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 cacbua, có thể làm giảm biến dạng nhiệt và cải thiện độ chính xác của xử lý; Và vật liệu phi kim loại có ái lực ít hơn để hình thành các nốt.
Boron nitride khối có khả năng chống oxy hóa mạnh và có thể xử lý các vật liệu chứa sắt, nhưng độ cứng thấp hơn kim cương tinh thể đơn, tốc độ xử lý chậm và hiệu quả thấp. Kim cương tinh thể đơn có độ cứng cao, nhưng độ bền là không đủ. Anisotropy giúp dễ dàng phân ly dọc theo bề mặt (111) dưới tác động của lực bên ngoài và hiệu quả xử lý bị hạn chế. PCD là một polymer được tổng hợp bởi các hạt kim cương cỡ micron bằng một số phương tiện nhất định. Bản chất hỗn loạn của sự tích lũy rối loạn của các hạt dẫn đến bản chất đẳng hướng vĩ mô của nó, và không có bề mặt phân tách và phân cắt trong độ bền kéo. So với kim cương đơn tinh thể, ranh giới hạt của PCD làm giảm hiệu quả bất đẳng hướng và tối ưu hóa các tính chất cơ học.
1. Nguyên tắc thiết kế của các công cụ cắt PCD
(1) Lựa chọn hợp lý kích thước hạt PCD
Về mặt lý thuyết, PCD nên cố gắng tinh chỉnh các hạt và việc phân phối các chất phụ gia giữa các sản phẩm phải thống nhất càng tốt để vượt qua bất đẳng hướng. Việc lựa chọn kích thước hạt PCD cũng liên quan đến các điều kiện xử lý. Nói chung, PCD với độ bền cao, độ bền tốt, khả năng chống va đập tốt và hạt mịn có thể được sử dụng để hoàn thiện hoặc hoàn thiện siêu, và PCD của hạt thô có thể được sử dụng để gia công thô nói chung. Kích thước hạt PCD có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hao mòn của công cụ. Tài liệu liên quan chỉ ra rằng khi hạt nguyên liệu lớn lớn, điện trở hao mòn tăng dần khi giảm kích thước hạt, nhưng khi kích thước hạt rất nhỏ, quy tắc này không được áp dụng.
Các thí nghiệm liên quan đã chọn bốn loại bột kim cương với kích thước hạt trung bình là 10um, 5um, 2um và 1um, và người ta đã kết luận rằng: với sự giảm kích thước hạt của nguyên liệu thô, CO khuếch tán đều hơn; với sự giảm của, điện trở hao mòn và điện trở nhiệt của PCD giảm dần.
(2) Lựa chọn hợp lý của dạng miệng lưỡi và độ dày lưỡi
Hình thức của miệng lưỡi chủ yếu bao gồm bốn cấu trúc: cạnh đảo ngược, vòng tròn cùn, hỗn hợp vòng tròn cùn cạnh và góc sắc nét. Cấu trúc góc cạnh làm cho cạnh sắc nét, tốc độ cắt nhanh, có thể làm giảm đáng kể lực cắt và burr, cải thiện chất lượng bề mặt của sản phẩm, phù hợp hơn với hợp kim nhôm silicon thấp và độ cứng thấp khác, hoàn thiện kim loại màu kim loại đồng nhất. Cấu trúc tròn che khuất có thể thụ động miệng lưỡi, tạo thành góc R, ngăn chặn hiệu quả việc phá vỡ lưỡi, phù hợp để chế biến hợp kim nhôm trung bình / silicon cao. Trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như độ sâu cắt nông và cho ăn bằng dao nhỏ, cấu trúc tròn cùn được ưa thích. Cấu trúc cạnh đảo ngược có thể làm tăng các cạnh và góc, ổn định lưỡi dao, nhưng đồng thời sẽ làm tăng áp suất và điện trở cắt, phù hợp hơn để giảm tải nặng hợp kim nhôm silicon cao.
Để tạo điều kiện cho EDM, thường chọn lớp tấm PDC mỏng (0,3-1.0mm), cộng với lớp cacbua, tổng độ dày của công cụ là khoảng 28mm. Lớp cacbua không nên quá dày để tránh phân tầng do sự khác biệt ứng suất giữa các bề mặt liên kết
2, quy trình sản xuất công cụ PCD
Quá trình sản xuất công cụ PCD trực tiếp xác định hiệu suất cắt và tuổi thọ dịch vụ của công cụ, là chìa khóa cho ứng dụng và phát triển của nó. Quá trình sản xuất của công cụ PCD được hiển thị trong Hình 5.
(1) Sản xuất máy tính bảng tổng hợp PCD (PDC)
Quy trình sản xuất PDC
PDC thường bao gồm bột kim cương tự nhiên hoặc tổng hợp và chất liên kết ở nhiệt độ cao (1000-2000) và áp suất cao (5-10 atm). Tác nhân liên kết tạo thành cây cầu liên kết với tic, sic, fe, co, ni, v.v ... là các thành phần chính và tinh thể kim cương được nhúng trong bộ xương của cây cầu liên kết dưới dạng liên kết cộng hóa trị. PDC thường được làm thành các đĩa có đường kính và độ dày cố định, và mài và đánh bóng và các phương pháp điều trị vật lý và hóa học tương ứng khác. Về bản chất, dạng PDC lý tưởng nên giữ lại các đặc tính vật lý tuyệt vời của kim cương tinh thể đơn càng nhiều càng tốt, do đó, các chất phụ gia trong cơ thể thiêu kết càng ít càng tốt, đồng thời, sự kết hợp liên kết DD của hạt càng nhiều càng tốt,
Phân loại và lựa chọn chất kết dính
Chất kết dính là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự ổn định nhiệt của công cụ PCD, ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, điện trở hao mòn và độ ổn định nhiệt. Các phương pháp liên kết PCD phổ biến là: sắt, coban, niken và các kim loại chuyển tiếp khác. Bột hỗn hợp CO và W được sử dụng làm tác nhân liên kết và hiệu suất toàn diện của PCD thiêu kết là tốt nhất khi áp suất tổng hợp là 5,5 GPa, nhiệt độ thiêu kết là 1450 và cách nhiệt trong 4 phút. SIC, TIC, WC, TIB2 và các vật liệu gốm khác. SIC Độ ổn định nhiệt của SIC tốt hơn so với CO, nhưng độ cứng và độ bền gãy là tương đối thấp. Giảm thích hợp kích thước nguyên liệu có thể cải thiện độ cứng và độ bền của PCD. Không có chất kết dính, với than chì hoặc các nguồn carbon khác ở nhiệt độ cực cao và áp suất cao bị đốt cháy thành một viên kim cương polymer nano (NPD). Sử dụng than chì làm tiền thân để chuẩn bị NPD là điều kiện đòi hỏi khắt khe nhất, nhưng NPD tổng hợp có độ cứng cao nhất và tính chất cơ học tốt nhất.
Lựa chọn và kiểm soát các loại ngũ cốc
Bột kim cương nguyên liệu là một yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của PCD. Micropowder kim cương tiền xử lý, thêm một lượng nhỏ các chất cản trở các hạt kim cương bất thường và lựa chọn hợp lý các chất phụ gia thiêu kết có thể ức chế sự phát triển của các hạt kim cương bất thường.
NPD tinh khiết cao với cấu trúc đồng đều có thể loại bỏ hiệu quả dị hướng và cải thiện hơn nữa các tính chất cơ học. Bột tiền chất nanographite được điều chế bằng phương pháp mài bóng năng lượng cao đã được sử dụng để điều chỉnh hàm lượng oxy ở nhiệt độ cao, biến đổi than chì thành kim cương dưới 18 GPA và 2100-2300, tạo ra lamella và NPD hạt, và độ cứng tăng khi giảm độ dày lamella.
Điều trị hóa chất muộn
Ở cùng nhiệt độ (200 °) và thời gian (20H), hiệu ứng loại bỏ coban của axit Lewis-Fecl3 tốt hơn đáng kể so với nước và tỷ lệ tối ưu của HCl là 10-15g / 100ml. Độ ổn định nhiệt của PCD cải thiện khi độ sâu loại bỏ coban tăng lên. Đối với PCD tăng trưởng hạt thô, xử lý axit mạnh có thể loại bỏ hoàn toàn CO, nhưng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất polymer; Thêm TIC và WC để thay đổi cấu trúc đa tinh thể tổng hợp và kết hợp với xử lý axit mạnh để cải thiện tính ổn định của PCD. Hiện tại, quá trình chuẩn bị vật liệu PCD đang được cải thiện, độ bền của sản phẩm là tốt, bất đẳng hướng đã được cải thiện rất nhiều, đã nhận ra sản xuất thương mại, các ngành công nghiệp liên quan đang phát triển nhanh chóng.
(2) Xử lý lưỡi PCD
Quá trình cắt
PCD có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt và quá trình cắt khó khăn cao.
Thủ tục hàn
PDC và thân dao bằng kẹp cơ học, liên kết và hàn. Việc hàn là nhấn PDC trên ma trận cacbua, bao gồm hàn chân không, hàn khuếch tán chân không, hàn nhiệt cảm ứng tần số cao, hàn laser, v.v. Chất lượng hàn có liên quan đến thông lượng, hợp kim hàn và nhiệt độ hàn. Nhiệt độ hàn (thường thấp hơn 700 °) có tác động lớn nhất, nhiệt độ quá cao, dễ gây ra đồ họa PCD hoặc thậm chí "đốt cháy quá mức", ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng hàn và nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến cường độ hàn không đủ. Nhiệt độ hàn có thể được kiểm soát bởi thời gian cách nhiệt và độ sâu của màu đỏ PCD.
③ Quá trình mài lưỡi
Quá trình mài công cụ PCD là chìa khóa cho quá trình sản xuất. Nói chung, giá trị cực đại của lưỡi và lưỡi dao nằm trong phạm vi 5um và bán kính vòng cung nằm trong vòng 4um; Bề mặt cắt trước và sau đảm bảo hoàn thiện bề mặt nhất định, và thậm chí làm giảm bề mặt cắt phía trước RA xuống 0,01 m để đáp ứng các yêu cầu của gương, làm cho các chip chảy dọc theo bề mặt dao trước và ngăn dao dính.
Quá trình mài lưỡi bao gồm mài bánh xe kim cương cơ học, mài lưỡi Spark (EDG), Binder Kim loại siêu cứng Bánh xe mài mài mòn trực tuyến Nghiền điện phân (ELID), gia công mài lưỡi composite. Trong số đó, mài lưỡi cơ học bánh xe kim cương là trưởng thành nhất, được sử dụng rộng rãi nhất.
Các thí nghiệm liên quan: Bánh xe mài hạt thô sẽ dẫn đến sự sụp đổ lưỡi nghiêm trọng và kích thước hạt của bánh mài giảm, và chất lượng của lưỡi dao trở nên tốt hơn; Kích thước hạt của bánh mì có liên quan chặt chẽ đến chất lượng lưỡi của các công cụ PCD hạt mịn hoặc hạt siêu mịn, nhưng có tác dụng hạn chế đối với các công cụ PCD hạt thô.
Nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào cơ chế và quá trình mài lưỡi. Trong cơ chế mài lưỡi, loại bỏ nhiệt hóa và loại bỏ cơ học là sự chiếm ưu thế, và loại bỏ giòn và loại bỏ mệt mỏi là tương đối nhỏ. Khi mài, theo cường độ và điện trở nhiệt của các bánh mài kim cương tác nhân liên kết khác nhau, cải thiện tốc độ và tần số xoay của bánh xe càng nhiều càng tốt, tránh giảm độ giòn và loại bỏ mệt mỏi, cải thiện tỷ lệ loại bỏ nhiệt hóa và giảm độ nhám bề mặt. Độ nhám bề mặt của mài khô thấp, nhưng dễ dàng do nhiệt độ xử lý cao, bề mặt công cụ đốt,
Quá trình mài lưỡi cần phải chú ý đến: Chọn các thông số quá trình mài lưỡi hợp lý, có thể làm cho chất lượng miệng cạnh tuyệt vời hơn, mặt trước và mặt sau bề mặt hoàn thiện cao hơn. Tuy nhiên, cũng xem xét lực mài cao, tổn thất lớn, hiệu quả mài thấp, chi phí cao; ② Chọn chất lượng bánh mài hợp lý, bao gồm loại chất kết dính, kích thước hạt, nồng độ, chất kết dính, băng bánh mài, với điều kiện mài lưỡi khô và ướt hợp lý, có thể tối ưu hóa góc trước và góc sau, giá trị thụ động đầu dao và các thông số khác, trong khi cải thiện chất lượng bề mặt của công cụ.
Bánh xe mài kim cương liên kết khác nhau có các đặc điểm khác nhau, và cơ chế mài và hiệu ứng khác nhau. Bánh xe cát kim cương chất kết dính nhựa là mềm, các hạt mài rất dễ rơi ra sớm, không có sức cản nhiệt, bề mặt dễ dàng bị biến dạng bởi nhiệt, bề mặt mài lưỡi dễ bị mòn, độ nhám lớn; Bánh xe mài kim cương kim loại được giữ sắc nét bằng cách nghiền nát, khả năng định dạng tốt, bề mặt, độ nhám bề mặt thấp của mài lưỡi, hiệu quả cao hơn, tuy nhiên, khả năng liên kết của các hạt mài làm cho việc tự xua đuổi kém và cạnh cắt rất dễ để lại khoảng cách ảnh hưởng, gây ra thiệt hại biên nghiêm trọng; Bánh xe mài kim cương bằng gốm có độ bền vừa phải, hiệu suất tự kích thích tốt, nhiều lỗ chân lông bên trong, yêu thích loại bỏ bụi và tản nhiệt, có thể thích ứng với nhiều loại chất làm mát, nhiệt độ mài thấp, bánh mài ít bị mòn, khả năng giữ độ chính xác của công suất cao nhất. Sử dụng theo các vật liệu xử lý, hiệu quả mài toàn diện, độ bền mài mòn và chất lượng bề mặt của phôi.
Nghiên cứu về hiệu quả mài chủ yếu tập trung vào việc cải thiện năng suất và chi phí kiểm soát. Nói chung, tốc độ mài Q (loại bỏ PCD trên mỗi đơn vị thời gian) và tỷ lệ hao mòn g (tỷ lệ loại bỏ PCD với tổn thất bánh xe) được sử dụng làm tiêu chí đánh giá.
Học giả người Đức Công cụ mài PCD Kenter với áp suất không đổi, kiểm tra: Tăng tốc độ bánh mài, kích thước hạt PDC và nồng độ chất làm mát, tỷ lệ mài và tỷ lệ hao mòn được giảm; Tăng kích thước hạt mài, tăng áp suất không đổi, làm tăng nồng độ kim cương trong bánh mài, tốc độ mài và tỷ lệ hao mòn tăng; Loại chất kết dính là khác nhau, tỷ lệ mài và tỷ lệ hao mòn là khác nhau. KENTER Quá trình mài lưỡi của công cụ PCD đã được nghiên cứu một cách có hệ thống, nhưng ảnh hưởng của quá trình mài lưỡi không được phân tích một cách có hệ thống.
3. Sử dụng và thất bại của các công cụ cắt PCD
(1) Lựa chọn các tham số cắt công cụ
Trong giai đoạn ban đầu của công cụ PCD, miệng cạnh sắc nét dần dần và chất lượng bề mặt gia công trở nên tốt hơn. Sự thụ động có thể loại bỏ hiệu quả khoảng cách vi mô và các khối nhỏ do mài lưỡi, cải thiện chất lượng bề mặt của cạnh cắt, đồng thời, tạo thành bán kính cạnh tròn để vắt và sửa chữa bề mặt được xử lý, do đó cải thiện chất lượng bề mặt của phôi.
Hợp kim nhôm bề mặt công cụ PCD, tốc độ cắt thường trong 4000m / phút, xử lý lỗ thường ở 800m / phút, xử lý kim loại màu kim loại đàn hồi cao sẽ có tốc độ quay cao hơn (300-1000m / phút). Khối lượng thức ăn thường được khuyến nghị trong khoảng 0,08-0,15mm/r. Khối lượng thức ăn quá lớn, tăng lực cắt, tăng diện tích hình học còn lại của bề mặt phôi; Khối lượng thức ăn quá nhỏ, tăng nhiệt cắt và tăng hao mòn. Độ sâu cắt tăng, lực cắt tăng, nhiệt độ tăng tăng, tuổi thọ giảm, độ sâu cắt quá mức có thể dễ dàng gây ra sự sụp đổ của lưỡi cắt; Độ sâu cắt nhỏ sẽ dẫn đến gia công cứng, hao mòn và thậm chí sụp đổ lưỡi.
(2) Hình thức mặc
Công cụ xử lý phôi, do ma sát, nhiệt độ cao và các lý do khác, hao mòn là không thể tránh khỏi. Độ mòn của công cụ kim cương bao gồm ba giai đoạn: giai đoạn mòn nhanh ban đầu (còn được gọi là pha chuyển tiếp), pha mòn ổn định với tốc độ hao mòn không đổi và pha mòn nhanh sau đó. Pha mòn nhanh chỉ ra rằng công cụ này không hoạt động và yêu cầu hồi tưởng. Các hình thức hao mòn của các dụng cụ cắt bao gồm hao mòn dính (hao mòn lạnh), hao mòn khuếch tán, hao mòn, hao mòn oxy hóa, v.v.
Khác với các công cụ truyền thống, dạng hao mòn của các công cụ PCD là hao mòn, hao mòn khuếch tán và tổn thương lớp đa tinh thể. Trong số đó, thiệt hại của lớp đa tinh thể là lý do chính, được biểu hiện là sự sụp đổ lưỡi tinh tế gây ra bởi tác động bên ngoài hoặc mất chất kết dính trong PDC, tạo thành một khoảng cách, thuộc về thiệt hại cơ học vật lý, có thể dẫn đến việc giảm độ chính xác của xử lý và quét. Kích thước hạt PCD, dạng lưỡi, góc lưỡi, vật liệu phôi và các thông số xử lý sẽ ảnh hưởng đến cường độ lưỡi dao và lực cắt, sau đó gây ra thiệt hại của lớp đa tinh thể. Trong thực tiễn kỹ thuật, kích thước hạt nguyên liệu thô, thông số công cụ và các tham số xử lý nên được chọn theo các điều kiện xử lý.
4. Xu hướng phát triển của các công cụ cắt PCD
Hiện tại, phạm vi ứng dụng của công cụ PCD đã được mở rộng từ chuyển truyền thống sang khoan, phay, cắt tốc độ cao và đã được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước. Sự phát triển nhanh chóng của xe điện không chỉ ảnh hưởng đến ngành công nghiệp ô tô truyền thống, mà còn mang đến những thách thức chưa từng có cho ngành công cụ, kêu gọi ngành công cụ tăng tốc tối ưu hóa và đổi mới.
Việc áp dụng rộng rãi các công cụ cắt PCD đã làm sâu sắc hơn và thúc đẩy nghiên cứu và phát triển các công cụ cắt. Với sự sâu sắc của nghiên cứu, các thông số kỹ thuật PDC ngày càng nhỏ hơn, tối ưu hóa chất lượng tinh chế hạt, tính đồng nhất về hiệu suất, tỷ lệ mài và tỷ lệ hao mòn cao hơn và cao hơn, đa dạng hóa hình dạng và cấu trúc. Các hướng nghiên cứu của các công cụ PCD bao gồm: ① Nghiên cứu và phát triển lớp PCD mỏng; Nghiên cứu và phát triển vật liệu công cụ PCD mới; Nghiên cứu để hàn tốt hơn các công cụ PCD và giảm chi phí hơn nữa; Nghiên cứu cải thiện quy trình mài lưỡi công cụ PCD để cải thiện hiệu quả; Nghiên cứu tối ưu hóa các tham số công cụ PCD và sử dụng các công cụ theo các điều kiện địa phương; Nghiên cứu lựa chọn hợp lý các tham số cắt theo các vật liệu được xử lý.
Tóm tắt ngắn gọn
(1) hiệu suất cắt công cụ PCD, bù đắp cho sự thiếu hụt của nhiều công cụ cacbua; Đồng thời, giá thấp hơn nhiều so với công cụ kim cương tinh thể đơn, trong việc cắt hiện đại, là một công cụ đầy hứa hẹn;
.
. Khi sản xuất, để xem xét toàn diện các khó khăn và nhu cầu xử lý của quy trình, để đạt được hiệu suất chi phí tốt nhất;
.
(5) Nghiên cứu và phát triển các vật liệu công cụ PCD mới để khắc phục những nhược điểm vốn có của nó
Bài viết này có nguồn gốc từ "Mạng vật liệu siêu hình"
Thời gian đăng: Mar-25-2025
