PCD-ilo estas farita el polikristala diamanta tranĉilpinto kaj karbida matrico per alta temperaturo kaj altprema sinterizado. Ĝi ne nur plene utiligas la avantaĝojn de alta malmoleco, alta varmokondukteco, malalta frikcia koeficiento, malalta termika ekspansiokoeficiento, malgranda afineco kun metaloj kaj nemetaloj, alta elasta modulo, neniu fenda surfaco, izotropeco, sed ankaŭ konsideras la altan forton de malmola alojo.
Termika stabileco, fraprezisto kaj eluziĝrezisto estas la ĉefaj indikiloj de rendimento de PCD. Ĉar ĝi estas plejparte uzata en altaj temperaturoj kaj altaj streĉaj medioj, termika stabileco estas la plej grava afero. La studo montras, ke la termika stabileco de PCD havas grandan efikon sur ĝian eluziĝreziston kaj frapreziston. La datumoj montras, ke kiam la temperaturo estas pli alta ol 750℃, la eluziĝrezisto kaj fraprezisto de PCD ĝenerale malpliiĝas je 5%-10%.
La kristala stato de la PCD determinas ĝiajn ecojn. En mikrostrukturo, karbonatomoj formas kovalentajn ligojn kun kvar apudaj atomoj, akiras la tetraedran strukturon, kaj poste formas la atomkristalon, kiu havas fortan orientiĝon kaj ligforton, kaj altan malmolecon. La ĉefaj rendimentaj indeksoj de PCD estas jenaj: ① malmoleco povas atingi 8000 HV, 8-12-oble pli ol karbido; ② varmokondukteco estas 700W/mK, 1,5-9-oble pli alta ol PCBN kaj kupro; ③ frikcia koeficiento estas ĝenerale nur 0,1-0,3, multe malpli ol 0,4-1 de karbido, signife reduktante la tranĉforton; ④ termika ekspansia koeficiento estas nur 0,9x10⁻⁶ = 1,18x10⁻⁶,1/5 de karbido, kio povas redukti termikan deformadon kaj plibonigi la prilaboran precizecon; ⑤ kaj nemetalaj materialoj havas malpli da afineco por formi nodetojn.
Kuba bora nitrido havas fortan oksidiĝan reziston kaj povas prilabori fer-entenantajn materialojn, sed la malmoleco estas pli malalta ol tiu de unu-kristala diamanto, la prilabora rapido estas malrapida kaj la efikeco estas malalta. La unu-kristala diamanto havas altan malmolecon, sed la tenebleco estas nesufiĉa. Anizotropio faciligas disiĝon laŭlonge de (111) surfaco sub la efiko de ekstera forto, kaj la prilabora efikeco estas limigita. PCD estas polimero sintezita per mikron-grandaj diamantaj partikloj per certaj rimedoj. La kaosa naturo de la malorda amasiĝo de partikloj kondukas al ĝia makroskopa izotropa naturo, kaj ne ekzistas direkta kaj fenda surfaco en la streĉa forto. Kompare kun la unu-kristala diamanto, la grenlimo de PCD efike reduktas la anizotropion kaj optimumigas la mekanikajn ecojn.
1. Dezajnaj principoj de PCD-tranĉiloj
(1) Racia elekto de PCD-partikla grandeco
Teorie, PCD (PCD) devus provi rafini la grajnojn, kaj la distribuo de aldonaĵoj inter produktoj devus esti kiel eble plej unuforma por superi la anizotropion. La elekto de la PCD-partikla grandeco ankaŭ rilatas al la prilaboraj kondiĉoj. Ĝenerale parolante, PCD kun alta forto, bona tenaceco, bona fraprezisto kaj fajna grajno povas esti uzata por finpolurado aŭ superfinpolurado, kaj PCD kun kruda grajno povas esti uzata por ĝenerala malglata maŝinado. La PCD-partikla grandeco povas signife influi la eluziĝan rendimenton de la ilo. Rilata literaturo atentigas, ke kiam la kruda materiala grajno estas granda, la eluziĝrezisto iom post iom pliiĝas kun la malpliiĝo de la grajnograndeco, sed kiam la grajnograndeco estas tre malgranda, ĉi tiu regulo ne aplikeblas.
Rilataj eksperimentoj selektis kvar diamantajn pulvorojn kun averaĝaj partiklaj grandecoj de 10 µm, 5 µm, 2 µm kaj 1 µm, kaj oni konkludis, ke: ① Kun la malpliiĝo de la partikla grandeco de la kruda materialo, Co difuzas pli egale; kun la malpliiĝo de ②, la eluziĝrezisto kaj varmorezisto de PCD iom post iom malpliiĝis.
(2) Racia elekto de la formo kaj dikeco de la klingobuŝo
La formo de la klingobuŝo ĉefe inkluzivas kvar strukturojn: inversa rando, malakra cirklo, inversa rando malakra cirklo kun kombinaĵo kaj akra angulo. La akra angula strukturo igas la randon akra, la tranĉrapido estas rapida, povas signife redukti la tranĉforton kaj lapojn, plibonigi la surfacan kvaliton de la produkto, estas pli taŭga por malalt-siliciaj aluminiaj alojoj kaj aliaj malalt-malmolecoj, unuforma finpoluro de neferaj metaloj. La obtuza ronda strukturo povas pasivigi la klingobuŝon, formante R-angulon, efike malhelpante la klingorompiĝon, taŭga por prilaborado de meza/alt-siliciaj aluminiaj alojoj. En iuj specialaj kazoj, kiel malprofunda tranĉprofundo kaj malgranda tranĉilalimentado, la malakra ronda strukturo estas preferata. La inversa randostrukturo povas pligrandigi la randojn kaj angulojn, stabiligi la klingon, sed samtempe pliigos la premon kaj tranĉreziston, pli taŭga por peza ŝarĝo tranĉante alt-silician aluminiajn alojojn.
Por faciligi elektroerozion, kutime elektu maldikan tavolon de PDC-folio (0,3-1,0 mm), plus la karbidan tavolon, la totala dikeco de la ilo estas ĉirkaŭ 28 mm. La karbida tavolo ne estu tro dika por eviti tavoliĝon kaŭzitan de la streĉa diferenco inter la ligsurfacoj.
2, PCD-ilo-fabrikadprocezo
La fabrikada procezo de PCD-ilo rekte determinas la tranĉan rendimenton kaj servodaŭron de la ilo, kio estas la ŝlosilo al ĝia apliko kaj disvolviĝo. La fabrikada procezo de la PCD-ilo estas montrita en Figuro 5.
(1) Fabrikado de PCD-kompozitaj tablojdoj (PDC)
① Fabrikada procezo de la PDC
PDC ĝenerale konsistas el natura aŭ sinteza diamanta pulvoro kaj ligilo je alta temperaturo (1000-2000℃) kaj alta premo (5-10 atmosferoj). La ligilo formas la ligilon kun TiC, Sic, Fe, Co, Ni, ktp. kiel ĉefaj komponantoj, kaj la diamanta kristalo estas enigita en la skeleton de la ligilo en la formo de kovalenta ligo. PDC ĝenerale estas farita en diskojn kun fiksa diametro kaj dikeco, kaj estas frotita kaj polurita kaj submetita al aliaj respondaj fizikaj kaj kemiaj traktadoj. Esence, la ideala formo de PDC devus konservi la bonegajn fizikajn karakterizaĵojn de unu-kristala diamanto kiel eble plej multe, tial la aldonaĵoj en la sintriĝanta korpo devus esti kiel eble plej malmultaj, samtempe la partikla DD-liga kombinaĵo kiel eble plej multe.
② Klasifiko kaj elekto de ligiloj
La ligilo estas la plej grava faktoro, kiu influas la termikan stabilecon de la PCD-ilo, kaj ĝi rekte influas ĝian malmolecon, eluziĝreziston kaj termikan stabilecon. Oftaj PCD-ligaj metodoj estas: fero, kobalto, nikelo kaj aliaj transiraj metaloj. Miksita pulvoro de Co kaj W estis uzata kiel liganto, kaj la ampleksa efikeco de la sintezado de PCD estis plej bona kiam la sinteza premo estis 5.5 GPa, la sintezado-temperaturo estis 1450 ℃ kaj la izolado dum 4 minutoj. SiC, TiC, WC, TiB2 kaj aliaj ceramikaj materialoj estas uzataj. SiC havas termikan stabilecon de SiC pli bonan ol tiu de Co, sed la malmoleco kaj romporezisto estas relative malaltaj. Taŭga redukto de la kruda materiala grandeco povas plibonigi la malmolecon kaj rezistecon de PCD. Neniu gluaĵo, kaj grafito aŭ aliaj karbonaj fontoj estas bruligitaj en nanoskalan polimeran diamanton (NPD) sub ultra-alta temperaturo kaj alta premo. Uzi grafiton kiel antaŭulon por prepari NPD estas la plej postulemaj kondiĉoj, sed la sinteza NPD havas la plej altan malmolecon kaj la plej bonajn mekanikajn ecojn.
Selektado kaj kontrolo de ③ grajnoj
La kruda materialo, diamanta pulvoro, estas ŝlosila faktoro influanta la rendimenton de PCD. Antaŭtraktado de diamanta mikropulvoro, aldono de malgranda kvanto da substancoj malhelpantaj la kreskon de nenormalaj diamantpartikloj kaj racia elekto de sinteraj aldonaĵoj povas inhibicii la kreskon de nenormalaj diamantpartikloj.
Altpura NPD kun uniforma strukturo povas efike elimini la anizotropion kaj plue plibonigi la mekanikajn ecojn. La nanografita antaŭpulvoro preparita per alt-energia globa muelada metodo estis uzata por reguligi oksigenan enhavon ĉe alttemperatura antaŭ-sinterizado, transformante grafiton en diamanton sub 18 GPa kaj 2100-2300℃, generante lamelojn kaj grajnecan NPD, kaj la malmoleco pliiĝis kun la malpliiĝo de la lameldikeco.
④ Malfrua kemia traktado
Je la sama temperaturo (200 °℃) kaj tempo (20h), la kobaltforiga efiko de Lewis-acido-FeCl3 estis signife pli bona ol tiu de akvo, kaj la optimuma proporcio de HCl estis 10-15g/100ml. La termika stabileco de PCD pliboniĝas kun la pliiĝo de la kobaltforiga profundo. Por krudgrajna kreskoPCD, forta acida traktado povas tute forigi Co, sed havas grandan influon sur la polimera rendimento; aldono de TiC kaj WC por ŝanĝi la sintezan polikristalan strukturon kaj kombinado kun forta acida traktado por plibonigi la stabilecon de PCD. Nuntempe, la preparprocezo de PCD-materialoj pliboniĝas, la produktoforteco estas bona, la anizotropio multe pliboniĝis, atingis komercan produktadon, kaj rilataj industrioj rapide disvolviĝas.
(2) Prilaborado de la PCD-klingo
① tranĉprocezo
PCD havas altan malmolecon, bonan eluziĝreziston kaj altan malfacilan tranĉprocezon.
② velda proceduro
PDC kaj la tranĉilkorpo per mekanika krampo, ligado kaj lutado. Lutado estas premi PDC sur la karbidan matricon, inkluzive de vakua lutado, vakua difuza veldado, altfrekvenca induktohejta lutado, lasera veldado, ktp. Altfrekvenca induktohejta lutado havas malaltan koston kaj altan rendimenton, kaj estas vaste uzata. La veldkvalito rilatas al la fluo, veldalojo kaj veldtemperaturo. Veldtemperaturo (ĝenerale sub 700 °℃) havas la plej grandan efikon, tro alta temperaturo facile kaŭzas PCD-grafitiĝon, aŭ eĉ "trobruliĝon", kio rekte influas la veldan efikon, kaj tro malalta temperaturo kondukos al nesufiĉa veldforto. La veldtemperaturo povas esti kontrolita per la izoladotempo kaj la profundo de PCD-ruĝiĝo.
③ klinga muelado
La procezo de muelado de PCD-iloj estas la ŝlosilo al la fabrikado. Ĝenerale, la pinta valoro de la klingo kaj la klingo estas ene de 5 μm, kaj la radiuso de la arko estas ene de 4 μm; la antaŭa kaj malantaŭa tranĉsurfacoj certigas certan surfacan finpoluron, kaj eĉ reduktas la antaŭan tranĉsurfacon Ra al 0.01 μm por plenumi la spegulajn postulojn, igante la pecetojn flui laŭlonge de la antaŭa tranĉsurfaco kaj malhelpante la algluiĝon de la tranĉilo.
La procezo de klingomuelado inkluzivas la mekanikan klingomueladon per diamantaj mueliloj, la elektran sparkan klingomueladon (EDG), la retan elektrolitikan finpoluran klingomueladon per metalaj ligiloj kun supermalmola abrazia muelilo (ELID), kaj la maŝinadon de kompozitaj klingomueliloj. Inter ili, la mekanika klingomuelado per diamantaj mueliloj estas la plej matura kaj la plej vaste uzata.
Rilataj eksperimentoj: ① la krudpartikla muelilo kondukos al grava kolapso de la klingo, kaj la partikla grandeco de la muelilo malpliiĝos, kaj la kvalito de la klingo pliboniĝos; la partikla grandeco de ② la muelilo estas proksime rilata al la klingokvalito de fajnpartiklaj aŭ ultrafajnpartiklaj PCD-iloj, sed havas limigitan efikon sur krudpartiklaj PCD-iloj.
Rilata esplorado hejme kaj eksterlande ĉefe fokusiĝas al la mekanismo kaj procezo de klinga muelado. En la klinga muelmekanismo, termokemia forigo kaj mekanika forigo estas la dominaj, dum fragila forigo kaj laciĝa forigo estas relative malgrandaj. Dum muelado, laŭ la forto kaj varmorezisto de malsamaj ligilo-agentejaj diamantaj muelradoj, plibonigu la rapidon kaj svingofrekvencon de la muelrado kiom eble plej multe, evitu fragilecon kaj laciĝan forigon, plibonigu la proporcion de termokemia forigo, kaj reduktu la surfacan malglataĵon. La surfaca malglataĵo de seka muelado estas malalta, sed facile bruligas la ilsurfacon pro la alta prilabora temperaturo.
Dum la klinga muelado, oni devas atenti jenon: ① elekti akcepteblajn parametrojn por la klinga muelado, tio povas plibonigi la kvaliton de la randobuŝo kaj plibonigi la finpoluron de la antaŭa kaj malantaŭa klingo. Tamen, oni ankaŭ konsideru altan muelan forton, grandan perdon, malaltan muelan efikecon kaj altan koston; ② elekti akcepteblan kvaliton de la muelilo, inkluzive de la tipo de ligilo, la grandeco de la partiklo, la koncentriĝo de ligilo kaj la prilaborado de la muelilo. Kun akcepteblaj kondiĉoj por seka kaj malseka muelado de la klingo, oni povas optimumigi la antaŭajn kaj malantaŭajn angulojn de la ilo, la pasivigon de la pinto de la tranĉilo kaj aliajn parametrojn, samtempe plibonigante la surfacan kvaliton de la ilo.
Malsamaj diamantaj muelradoj kun ligilo havas malsamajn karakterizaĵojn, kaj malsamajn muelmekanismojn kaj efikojn. Rezina ligilo diamanta sablorado estas mola, muelpartikloj facile defalas trofrue, ne havas varmoreziston, la surfaco facile deformiĝas pro varmo, la klinga muelsurfaco emas al eluziĝmarkoj, granda malglateco, metala ligilo diamanta muelrado estas akra per muelpremo, bona formeblo, surfaco, malalta surfaca malglateco de la klinga muelrado, pli alta efikeco, tamen, la ligkapablo de la muelpartikloj igas la memakrigiĝon malbona, kaj la tranĉrando facile lasas frakaskadon, kaŭzante gravajn marĝenajn difektojn; ceramika ligilo diamanta muelrado havas moderan forton, bonan memekscitan funkciadon, pli da internaj poroj, favoran por polvoforigo kaj varmodisradiado, povas adaptiĝi al diversaj malvarmigaĵoj, malaltan mueltemperaturon, la muelrado estas malpli eluzita, bonan formoretenon, la precizecon de plej alta efikeco, tamen, la korpo de diamanta muelado kaj ligilo kondukas al la formado de kavaĵoj sur la ilsurfaco. Uzu laŭ la prilaboraj materialoj, ampleksa muela efikeco, abrazia daŭreco kaj surfaca kvalito de la laborpeco.
La esplorado pri muelada efikeco ĉefe celas plibonigi produktivecon kaj kontroli kostojn. Ĝenerale, la muelrapideco Q (forigo de PCD por unuo de tempo) kaj la eluziĝproporcio G (proporcio inter forigo de PCD kaj perdo de muelrado) estas uzataj kiel takskriterioj.
Germana akademiulo KENTER, kiu muelis PCD-ilon kun konstanta premo, testos jenajn: ① pliigas la rapidon de la muelilo, la PDC-partikla grandeco kaj la koncentriĝo de la fridigaĵo, la muelila rapideco kaj eluziĝa proporcio reduktiĝas; ② pliigas la grandecon de la muelilaj partikloj, pliigas la konstantan premon, pliigas la koncentriĝon de diamanto en la muelilo, la muelila rapideco kaj eluziĝa proporcio pliiĝas; ③ la tipo de ligilo malsamas, la muelila rapideco kaj eluziĝa proporcio malsamas. KENTER La klinga muelprocezo de PCD-ilo estis sisteme studita, sed la influo de la klinga muelprocezo ne estis sisteme analizita.
3. Uzo kaj paneo de PCD-tranĉiloj
(1) Selektado de ilotranĉaj parametroj
Dum la komenca periodo de PCD-ilo, la akra rando iom post iom pasiviĝis, kaj la maŝinprilabora surfaco-kvalito pliboniĝis. Pasivigo povas efike forigi la mikro-interspacojn kaj malgrandajn lapojn kaŭzitajn de la klingo-muelado, plibonigi la surfacon de la tranĉrando, kaj samtempe formi cirklan randradiuson por premi kaj ripari la prilaboritan surfacon, tiel plibonigante la surfacon de la laborpeco.
Por frezado de surfacoj de PCD-ilo, la tranĉrapido ĝenerale estas 4000m/min, la truoprilaborado ĝenerale estas 800m/min. Por prilaborado de alt-elastaj-plastaj neferaj metaloj, la turnrapido estas pli alta (300-1000m/min). La rekomendinda furaĝvolumeno estas ĝenerale inter 0,08-0,15mm/r. Tro granda furaĝvolumeno kaŭzas pli grandan tranĉforton, pli grandan restan geometrian areon de la laborsurfaco; tro malgranda furaĝvolumeno kaŭzas pli grandan tranĉvarmon, kaj pli grandan eluziĝon. La tranĉprofundo pliiĝas, la tranĉforto pliiĝas, la tranĉvarmo pliiĝas, la vivdaŭro malpliiĝas. Troa tranĉprofundo povas facile kaŭzi kolapson de la klingo; malgranda tranĉprofundo kondukos al maŝinada malmoliĝo, eluziĝo kaj eĉ kolapso de la klingo.
(2) Eluziĝa formo
Dum la prilaborado de iloj, pro frotado, alta temperaturo kaj aliaj kialoj, eluziĝo estas neevitebla. La eluziĝo de diamanta ilo konsistas el tri stadioj: la komenca rapida eluziĝa fazo (ankaŭ konata kiel la transira fazo), la stabila eluziĝa fazo kun konstanta eluziĝrapideco, kaj la posta rapida eluziĝa fazo. La rapida eluziĝa fazo indikas, ke la ilo ne funkcias kaj postulas reakiron. La eluziĝaj formoj de tranĉiloj inkluzivas alteniĝan eluziĝon (malvarma velda eluziĝo), difuzan eluziĝon, abrazian eluziĝon, oksidiĝan eluziĝon, ktp.
Malsame ol tradiciaj iloj, la formo de eluziĝo de PCD-iloj estas gluiĝa eluziĝo, difuza eluziĝo kaj difekto de la polikristala tavolo. Inter ili, la difekto de la polikristala tavolo estas la ĉefa kaŭzo, kiu manifestiĝas kiel subtila kolapso de la klingo kaŭzita de ekstera efiko aŭ la perdo de gluo en la PDC, formante fendon, kiu apartenas al fizika mekanika difekto, kio povas konduki al redukto de prilabora precizeco kaj forĵeto de laborpecoj. La PCD-partikla grandeco, klingoformo, klinga angulo, laborpeca materialo kaj prilaboraj parametroj influos la klingoforton kaj tranĉforton, kaj poste kaŭzos difekton de la polikristala tavolo. En inĝeniera praktiko, la taŭgaj krudmaterialaj partikla grandeco, ilaj parametroj kaj prilaboraj parametroj devas esti elektitaj laŭ la prilaboraj kondiĉoj.
4. Evoluiga tendenco de PCD-tranĉiloj
Nuntempe, la aplika gamo de PCD-iloj pligrandiĝis de tradicia tornado ĝis borado, frezado, altrapida tranĉado, kaj estas vaste uzata hejme kaj eksterlande. La rapida disvolviĝo de elektraj veturiloj ne nur alportis efikon al la tradicia aŭtomobila industrio, sed ankaŭ alportis senprecedencajn defiojn al la ilindustrio, instigante la ilindustrion akceli la optimumigon kaj novigadon.
La vasta apliko de PCD-tranĉiloj profundigis kaj antaŭenigis la esploradon kaj disvolvon de tranĉiloj. Kun la pliprofundigo de la esplorado, la specifoj de PDC fariĝas pli kaj pli malgrandaj, la optimumigo de la kvalito de grena rafinado, la homogeneco de rendimento, la muelrapideco kaj eluziĝproporcio estas pli kaj pli altaj, kaj la formo- kaj strukturo-diversiĝo. La esplordirektoj de PCD-iloj inkluzivas: ① esplorado kaj disvolvo de maldikaj PCD-tavoloj; ② esplorado kaj disvolvo de novaj PCD-iloj-materialoj; ③ esplorado por plibonigi la veldadon de PCD-iloj kaj plua redukto de kostoj; ④ esplorado plibonigas la muelprocezon de PCD-iloj por plibonigi efikecon; ⑤ esplorado optimumigas la parametrojn de PCD-iloj kaj uzas ilojn laŭ lokaj kondiĉoj; ⑥ esplorado racie elektas tranĉparametrojn laŭ la prilaboritaj materialoj.
mallonga resumo
(1) La tranĉa efikeco de PCD-iloj kompensas la mankon de multaj karbidaj iloj; samtempe, la prezo estas multe pli malalta ol tiu de unukristalaj diamantiloj, kaj en moderna tranĉado estas promesplena ilo;
(2) Laŭ la tipo kaj rendimento de la prilaboritaj materialoj, racia elekto de la partikla grandeco kaj parametroj de PCD-iloj, kiu estas la premiso de ilfabrikado kaj uzo,
(3) PCD-materialo havas altan malmolecon, kio estas la ideala materialo por tranĉiloj, sed ĝi ankaŭ alportas malfacilaĵojn por fabrikado de tranĉiloj. Dum fabrikado, oni devas amplekse konsideri la malfacilaĵojn de la procezo kaj la bezonojn de la prilaborado, por atingi la plej bonan koston;
(4) Ĉe prilaborado de PCD-materialoj en la distrikto "tranĉilo", ni devus racie elekti tranĉparametrojn, surbaze de plenumo de la produkta rendimento, kiel eble plej longe por plilongigi la servodaŭron de la ilo por atingi ekvilibron inter ilodaŭro, produktada efikeco kaj produktokvalito;
(5) Esplori kaj evoluigi novajn PCD-ilojn por superi ĝiajn enecajn malavantaĝojn
Ĉi tiu artikolo estas fontata de la "supermalmola materiala reto"
Afiŝtempo: 25-a de marto 2025
