PCD takım, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sinterlemesi yoluyla polikristalin elmas bıçak ucu ve karbür matristen üretilmiştir. Yüksek sertlik, yüksek ısıl iletkenlik, düşük sürtünme katsayısı, düşük ısıl genleşme katsayısı, metal ve metal olmayan malzemelerle düşük afinite, yüksek elastikiyet modülü, yarılma yüzeyi olmaması ve izotropik gibi avantajların yanı sıra sert alaşımların yüksek mukavemetini de hesaba katar.
Termal kararlılık, darbe tokluğu ve aşınma direnci, PCD'nin temel performans göstergeleridir. Çoğunlukla yüksek sıcaklık ve yüksek gerilimli ortamlarda kullanıldığından, termal kararlılık en önemli unsurdur. Çalışma, PCD'nin termal kararlılığının aşınma direnci ve darbe tokluğu üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Veriler, sıcaklık 750°C'nin üzerine çıktığında PCD'nin aşınma direnci ve darbe tokluğunun genellikle %5-10 oranında azaldığını göstermektedir.
PCD'nin kristal durumu özelliklerini belirler. Mikro yapıda, karbon atomları dört bitişik atomla kovalent bağlar oluşturur, tetrahedral yapıyı elde eder ve ardından güçlü yönelim ve bağlanma kuvvetine ve yüksek sertliğe sahip atomik kristali oluşturur. PCD'nin ana performans endeksleri aşağıdaki gibidir: ① sertlik 8000 HV'ye ulaşabilir, karbürün 8-12 katı; ② termal iletkenlik 700W / mK, 1,5-9 kat, PCBN ve bakırdan bile daha yüksektir; ③ sürtünme katsayısı genellikle sadece 0,1-0,3'tür, karbürün 0,4-1'inden çok daha azdır, bu da kesme kuvvetini önemli ölçüde azaltır; ④ termal genleşme katsayısı sadece 0,9x10-6-1,18x10-6,1 / 5 karbürdür, bu da termal deformasyonu azaltabilir ve işleme doğruluğunu artırabilir; ⑤ ve metalik olmayan malzemelerin nodül oluşturma eğilimi daha azdır.
Kübik bor nitrür güçlü oksidasyon direncine sahiptir ve demir içeren malzemeleri işleyebilir, ancak sertliği tek kristal elmastan daha düşüktür, işleme hızı yavaştır ve verimlilik düşüktür. Tek kristal elmas yüksek sertliğe sahiptir, ancak tokluğu yetersizdir. Anizotropi, dış kuvvetin etkisi altında (111) yüzey boyunca ayrışmayı kolaylaştırır ve işleme verimliliği sınırlıdır. PCD, mikron boyutundaki elmas parçacıklarından belirli yollarla sentezlenen bir polimerdir. Parçacıkların düzensiz birikiminin kaotik doğası, makroskobik izotropik doğasına yol açar ve çekme dayanımında yönlü ve ayrılma yüzeyi yoktur. Tek kristal elmasla karşılaştırıldığında, PCD'nin tane sınırı anizotropiyi etkili bir şekilde azaltır ve mekanik özellikleri optimize eder.
1. PCD kesici takımların tasarım prensipleri
(1) PCD parçacık boyutunun makul seçimi
Teorik olarak, PCD tanecikleri inceltmeli ve anizotropiyi gidermek için katkı maddelerinin ürünler arasındaki dağılımı mümkün olduğunca homojen olmalıdır. PCD parçacık boyutunun seçimi de işleme koşullarıyla ilgilidir. Genel olarak, yüksek mukavemetli, iyi tokluklu, iyi darbe dayanımlı ve ince taneli PCD, finiş veya süper finiş için kullanılabilirken, iri taneli PCD genel kaba işleme için kullanılabilir. PCD parçacık boyutu, takımın aşınma performansını önemli ölçüde etkileyebilir. İlgili literatür, hammadde taneciği büyük olduğunda, aşınma direncinin taneciğin küçülmesiyle kademeli olarak arttığını, ancak taneciğin çok küçük olduğu durumlarda bu kuralın geçerli olmadığını belirtmektedir.
İlgili deneylerde ortalama parçacık boyutları 10 um, 5 um, 2 um ve 1 um olan dört elmas tozu seçilmiş ve şu sonuca varılmıştır: ① Hammaddenin parçacık boyutunun azalmasıyla Co daha eşit şekilde yayılır; ② azalmasıyla PCD'nin aşınma direnci ve ısı direnci giderek azalır.
(2) Bıçak ağzı şekli ve bıçak kalınlığının makul seçimi
Bıçak ağzı biçimi temel olarak dört yapıdan oluşur: ters kenar, künt daire, ters kenar künt daire kompozit ve keskin açı. Keskin açılı yapı, kenarı keskinleştirir, kesme hızı yüksektir, kesme kuvvetini ve çapağı önemli ölçüde azaltabilir, ürünün yüzey kalitesini iyileştirebilir, düşük silikonlu alüminyum alaşımı ve diğer düşük sertlikteki, düzgün demir dışı metallerin işlenmesi için daha uygundur. Künt yuvarlak yapı, bıçak ağzını pasifleştirerek R Açısı oluşturabilir, bıçağın kırılmasını etkili bir şekilde önleyebilir, orta/yüksek silikonlu alüminyum alaşımlarının işlenmesi için uygundur. Sığ kesme derinliği ve küçük bıçak beslemesi gibi bazı özel durumlarda, künt yuvarlak yapı tercih edilir. Ters kenar yapısı, kenarları ve köşeleri artırabilir, bıçağı sabitleyebilir, ancak aynı zamanda basıncı ve kesme direncini de artıracaktır, yüksek silikonlu alüminyum alaşımlarının ağır yük kesimi için daha uygundur.
EDM'yi kolaylaştırmak için genellikle ince bir PDC levha tabakası (0,3-1,0 mm) ve karbür tabakası seçilir; takımın toplam kalınlığı yaklaşık 28 mm'dir. Bağlama yüzeyleri arasındaki gerilim farkından kaynaklanan tabakalaşmayı önlemek için karbür tabakası çok kalın olmamalıdır.
2, PCD takım üretim süreci
PCD takımının üretim süreci, takımın kesme performansını ve kullanım ömrünü doğrudan belirler ve bu da uygulama ve geliştirmenin anahtarıdır. PCD takımının üretim süreci Şekil 5'te gösterilmiştir.
(1) PCD kompozit tabletlerin (PDC) üretimi
① PDC'nin üretim süreci
PDC, genellikle yüksek sıcaklık (1000-2000℃) ve yüksek basınç (5-10 atm) altında doğal veya sentetik elmas tozu ve bağlayıcı maddeden oluşur. Bağlayıcı madde, ana bileşenler olarak TiC, Sic, Fe, Co, Ni vb. ile bağlayıcı köprüyü oluşturur ve elmas kristali, bağlayıcı köprünün iskeletine kovalent bağ şeklinde gömülür. PDC genellikle sabit çap ve kalınlıkta diskler halinde üretilir, taşlanır, parlatılır ve diğer fiziksel ve kimyasal işlemlerden geçirilir. Özünde, ideal PDC formu, tek kristal elmasın mükemmel fiziksel özelliklerini mümkün olduğunca korumalıdır, bu nedenle sinterleme gövdesindeki katkı maddeleri mümkün olduğunca az olmalı ve aynı zamanda parçacık DD bağ kombinasyonu da mümkün olduğunca fazla olmalıdır.
② Bağlayıcıların sınıflandırılması ve seçimi
Bağlayıcı, PCD takımının termal kararlılığını etkileyen en önemli faktördür ve bu da doğrudan sertliğini, aşınma direncini ve termal kararlılığını etkiler. Yaygın PCD bağlama yöntemleri şunlardır: demir, kobalt, nikel ve diğer geçiş metalleri. Co ve W karışık tozu bağlayıcı madde olarak kullanıldı ve sinterleme PCD'sinin kapsamlı performansı, sentez basıncı 5,5 GPa, sinterleme sıcaklığı 1450℃ ve yalıtım 4 dakika olduğunda en iyiydi. SiC, TiC, WC, TiB2 ve diğer seramik malzemeler. SiC SiC'nin termal kararlılığı Co'dan daha iyidir, ancak sertlik ve kırılma tokluğu nispeten düşüktür. Hammadde boyutunun uygun şekilde küçültülmesi PCD'nin sertliğini ve tokluğunu artırabilir. Yapıştırıcı yok, grafit veya diğer karbon kaynakları ile ultra yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta nanometre ölçeğinde polimer elmasa (NPD) yakılır. NPD'yi hazırlamak için öncül olarak grafit kullanılması en zorlu koşullardır, ancak sentetik NPD en yüksek sertliğe ve en iyi mekanik özelliklere sahiptir.
③ tanelerinin seçimi ve kontrolü
Hammadde elmas tozu, PCD'nin performansını etkileyen önemli bir faktördür. Elmas mikro tozunun ön işlenmesi, anormal elmas parçacıklarının büyümesini engelleyen az miktarda madde eklenmesi ve makul miktarda sinterleme katkı maddesi seçimi, anormal elmas parçacıklarının büyümesini engelleyebilir.
Homojen bir yapıya sahip yüksek saflıktaki nanografit (NPD), anizotropiyi etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir ve mekanik özellikleri daha da iyileştirebilir. Yüksek enerjili bilyalı öğütme yöntemiyle hazırlanan nanografit öncü tozu, yüksek sıcaklıktaki ön sinterlemede oksijen içeriğini düzenlemek için kullanılmış, grafit 18 GPa ve 2100-2300℃ altında elmasa dönüştürülmüş, lamel ve granüler NPD oluşturulmuş ve lamel kalınlığı azaldıkça sertlik artmıştır.
④ Geç kimyasal arıtma
Aynı sıcaklık (200 °℃) ve sürede (20 saat), Lewis asidi-FeCl3'ün kobalt giderim etkisi, suyunkinden önemli ölçüde daha iyi olmuş ve optimum HCl oranı 10-15 g / 100 ml olmuştur. Kobalt giderim derinliği arttıkça PCD'nin termal kararlılığı da artar. İri taneli büyüme PCD'leri için güçlü asit işlemi Co'yu tamamen giderebilir, ancak polimer performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir; sentetik polikristal yapıyı değiştirmek için TiC ve WC eklenmesi ve PCD'nin kararlılığını artırmak için güçlü asit işlemiyle birleştirilmesi. Şu anda, PCD malzemelerinin hazırlama süreci iyileşmekte, ürün tokluğu iyi, anizotropi büyük ölçüde iyileştirilmiş, ticari üretim gerçekleştirilmiştir ve ilgili endüstriler hızla gelişmektedir.
(2) PCD bıçağının işlenmesi
① kesme işlemi
PCD yüksek sertliğe, iyi aşınma direncine ve yüksek kesme zorluğuna sahiptir.
② kaynak prosedürü
PDC ve bıçak gövdesi mekanik kelepçe, bağlama ve sert lehimleme ile birleştirilir. Sert lehimleme, PDC'yi karbür matris üzerine bastırmaktır; vakumlu sert lehimleme, vakum difüzyon kaynağı, yüksek frekanslı indüksiyon ısıtmalı sert lehimleme, lazer kaynağı vb. yöntemleri içerir. Yüksek frekanslı indüksiyon ısıtmalı sert lehimleme, düşük maliyetli ve yüksek geri dönüşlüdür ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaynak kalitesi, akı, kaynak alaşımı ve kaynak sıcaklığına bağlıdır. Kaynak sıcaklığı (genellikle 700 °C'nin altında) en büyük etkiye sahiptir; sıcaklık çok yüksektir, PCD grafitleşmesine veya hatta kaynak etkisini doğrudan etkileyen "aşırı yanmaya" neden olabilir ve çok düşük sıcaklık yetersiz kaynak mukavemetine yol açar. Kaynak sıcaklığı, yalıtım süresi ve PCD kızarıklığının derinliği ile kontrol edilebilir.
③ bıçak taşlama işlemi
PCD takım taşlama işlemi, üretim sürecinin anahtarıdır. Genellikle, bıçak ve bıçağın tepe değeri 5 µm, ark yarıçapı ise 4 µm'dir; ön ve arka kesme yüzeyleri, belirli bir yüzey kalitesi sağlar ve hatta ayna gereksinimlerini karşılamak, talaşların ön bıçak yüzeyi boyunca akmasını sağlamak ve bıçağın yapışmasını önlemek için ön kesme yüzeyi Ra değerini 0,01 µm'ye düşürür.
Bıçak taşlama işlemi, elmas taşlama tekerleği mekanik bıçak taşlama, elektrikli kıvılcımlı bıçak taşlama (EDG), metal bağlayıcı süper sert aşındırıcı taşlama tekerleği çevrimiçi elektrolitik son işlem bıçak taşlama (ELID) ve kompozit bıçak taşlama işleme işlemlerini içerir. Bunlar arasında, elmas taşlama tekerleği mekanik bıçak taşlama en gelişmiş ve en yaygın kullanılanıdır.
İlgili deneyler: ① kaba parçacık taşlama tekerleği ciddi bıçak çökmesine yol açacak ve taşlama tekerleğinin parçacık boyutu azalacak ve bıçağın kalitesi daha iyi hale gelecektir; ② taşlama tekerleğinin parçacık boyutu, ince parçacık veya ultra ince parçacık PCD aletlerinin bıçak kalitesiyle yakından ilişkilidir, ancak kaba parçacık PCD aletleri üzerinde sınırlı bir etkiye sahiptir.
Yurt içi ve yurt dışındaki ilgili araştırmalar, ağırlıklı olarak bıçak taşlama mekanizması ve sürecine odaklanmaktadır. Bıçak taşlama mekanizmasında, termokimyasal ve mekanik temizleme baskındır ve kırılganlık giderme ve yorulma giderme nispeten azdır. Taşlama sırasında, farklı bağlayıcı maddeli elmas taşlama taşlarının mukavemetine ve ısı direncine göre, taşlama taşının hızını ve salınım sıklığını mümkün olduğunca artırın, kırılganlık ve yorulma gidermeyi önleyin, termokimyasal giderme oranını artırın ve yüzey pürüzlülüğünü azaltın. Kuru taşlamanın yüzey pürüzlülüğü düşüktür, ancak yüksek işleme sıcaklığı nedeniyle kolayca yanık takım yüzeyi oluşur.
Bıçak taşlama işleminde şunlara dikkat edilmelidir: ① Ağız kenarı kalitesini ve ön ve arka bıçak yüzey kalitesini daha iyi hale getirebilecek makul bıçak taşlama işlemi parametrelerini seçin. Bununla birlikte, yüksek taşlama kuvveti, büyük kayıp, düşük taşlama verimliliği ve yüksek maliyeti de göz önünde bulundurun. ② Bağlayıcı türü, parçacık boyutu, konsantrasyon, bağlayıcı, taşlama tekerleği kaplaması dahil olmak üzere makul taşlama tekerleği kalitesini seçin ve makul kuru ve ıslak bıçak taşlama koşullarıyla, aletin ön ve arka köşelerini, bıçak ucu pasivasyon değerini ve diğer parametreleri optimize edebilir ve aletin yüzey kalitesini artırabilirsiniz.
Farklı bağlayıcı elmas taşlama çarkları farklı özelliklere ve farklı taşlama mekanizmalarına ve etkilerine sahiptir. Reçine bağlayıcı elmas kum çarkı yumuşaktır, Taşlama parçacıkları erken düşmek kolaydır, Isı direncine sahip değildir, Yüzey ısıyla kolayca deforme olur, Bıçak taşlama yüzeyi aşınma izlerine eğilimlidir, Büyük pürüzlülük; Metal bağlayıcı elmas taşlama çarkı taşlama kırma ile keskin tutulur, İyi şekillendirilebilirlik, yüzey kaplaması, Bıçak taşlamasının düşük yüzey pürüzlülüğü, Daha yüksek verimlilik, Ancak, taşlama parçacıklarının bağlama yeteneği kendi kendini keskinleştirmeyi zayıflatır ve kesici kenarın darbe boşluğu bırakması kolaydır, Ciddi marjinal hasara neden olur; Seramik bağlayıcı elmas taşlama çarkı orta derecede bir mukavemete sahiptir, İyi kendi kendini uyarma performansı, Daha fazla iç gözenek, Toz giderme ve ısı dağılımı için uygundur, Çeşitli soğutma sıvılarına uyum sağlayabilir, Düşük taşlama sıcaklığı, Taşlama çarkı daha az aşınır, İyi şekil tutma, En yüksek verimliliğin doğruluğu, Ancak, elmas taşlama ve bağlayıcı gövdesi, takım yüzeyinde çukurların oluşmasına yol açar. İşlenen malzemelere göre kullanım, kapsamlı taşlama verimliliği, aşındırıcı dayanıklılık ve iş parçasının yüzey kalitesi.
Taşlama verimliliği üzerine yapılan araştırmalar, esas olarak üretkenliği artırmaya ve maliyetleri kontrol etmeye odaklanmaktadır. Genellikle, taşlama hızı Q (birim zamandaki PCD giderimi) ve aşınma oranı G (PCD gideriminin taşlama taşı kaybına oranı) değerlendirme kriterleri olarak kullanılır.
Alman bilim adamı KENTER, PCD takımının sabit basınçla taşlanması, test: ① taşlama taşının hızını, PDC parçacık boyutunu ve soğutma sıvısı konsantrasyonunu artırır, taşlama hızı ve aşınma oranı azalır; ② taşlama parçacık boyutunu artırır, sabit basıncı artırır, taşlama taşındaki elmas konsantrasyonunu artırır, taşlama hızı ve aşınma oranı artar; ③ bağlayıcı türü farklıdır, taşlama hızı ve aşınma oranı farklıdır. KENTER, PCD takımının bıçak taşlama işlemi sistematik olarak incelendi, ancak bıçak taşlama işleminin etkisi sistematik olarak analiz edilmedi.
3. PCD kesici takımların kullanımı ve arızaları
(1) Takım kesme parametrelerinin seçimi
PCD takımının ilk aşamasında, keskin kenar ağzı kademeli olarak pasitlenir ve işleme yüzey kalitesi iyileşir. Pasivasyon, bıçak taşlama işlemiyle oluşan mikro boşlukları ve küçük çapakları etkili bir şekilde giderebilir, kesici kenarın yüzey kalitesini iyileştirebilir ve aynı zamanda işlenmiş yüzeyi sıkıştırıp onarmak için dairesel bir kenar yarıçapı oluşturarak iş parçasının yüzey kalitesini iyileştirebilir.
PCD takım yüzey frezeleme alüminyum alaşımı, kesme hızı genellikle 4000 m/dak, delik işleme hızı genellikle 800 m/dak, yüksek elastikiyetli plastik demir dışı metallerin işlenmesi için daha yüksek bir tornalama hızı (300-1000 m/dak) gereklidir. İlerleme hacmi genellikle 0,08-0,15 mm/dak arasında önerilir. Çok büyük ilerleme hacmi, artan kesme kuvveti, iş parçası yüzeyinin artan geometrik alanı; çok küçük ilerleme hacmi, artan kesme ısısı ve artan aşınma. Kesme derinliği arttıkça kesme kuvveti, kesme ısısı arttıkça kullanım ömrü azalır, aşırı kesme derinliği kolayca bıçak çökmesine neden olabilir; küçük kesme derinliği ise işleme sertleşmesine, aşınmaya ve hatta bıçak çökmesine yol açar.
(2) Aşınma formu
Takım işleme iş parçasında sürtünme, yüksek sıcaklık ve diğer nedenlerle aşınma kaçınılmazdır. Elmas takımın aşınması üç aşamadan oluşur: ilk hızlı aşınma aşaması (geçiş aşaması olarak da bilinir), sabit aşınma oranına sahip kararlı aşınma aşaması ve bunu izleyen hızlı aşınma aşaması. Hızlı aşınma aşaması, takımın çalışmadığını ve yeniden taşlama gerektirdiğini gösterir. Kesici takımların aşınma türleri arasında adhesif aşınma (soğuk kaynak aşınması), difüzyon aşınması, abrasif aşınma, oksidasyon aşınması vb. bulunur.
Geleneksel takımlardan farklı olarak, PCD takımların aşınma biçimleri adhesif aşınma, difüzyon aşınması ve polikristalin tabaka hasarıdır. Bunlar arasında polikristal tabaka hasarı, dış darbe sonucu oluşan ince bıçak çökmesi veya PDC'de yapıştırıcı kaybı sonucu oluşan boşluk olarak kendini gösteren başlıca nedendir. Bu, fiziksel mekanik hasara ait olup işleme hassasiyetinin azalmasına ve iş parçalarının hurdaya ayrılmasına yol açabilir. PCD parçacık boyutu, bıçak formu, bıçak açısı, iş parçası malzemesi ve işleme parametreleri, bıçak dayanımını ve kesme kuvvetini etkileyerek polikristal tabakanın hasar görmesine neden olur. Mühendislik uygulamalarında, işleme koşullarına göre uygun hammadde parçacık boyutu, takım parametreleri ve işleme parametreleri seçilmelidir.
4. PCD kesici takımların geliştirme eğilimi
Günümüzde PCD takımlarının uygulama yelpazesi geleneksel tornalamadan delme, frezeleme ve yüksek hızlı kesmeye kadar genişlemiş ve yurt içinde ve yurt dışında yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrikli araçların hızla gelişmesi, geleneksel otomotiv endüstrisine etki etmenin yanı sıra, takım endüstrisine de benzeri görülmemiş zorluklar getirmiş ve takım endüstrisini optimizasyon ve inovasyon çalışmalarını hızlandırmaya zorlamıştır.
PCD kesici takımların yaygın kullanımı, kesici takımların araştırma ve geliştirmesini derinleştirmiş ve teşvik etmiştir. Araştırmanın derinleşmesiyle birlikte, PDC özellikleri giderek küçülmekte, tane inceltme kalitesi optimizasyonu, performans homojenliği, taşlama hızı ve aşınma oranı artmakta, şekil ve yapı çeşitliliği artmaktadır. PCD takımlarının araştırma yönleri şunlardır: ① ince PCD tabakasının araştırılması ve geliştirilmesi; ② yeni PCD takım malzemelerinin araştırılması ve geliştirilmesi; ③ PCD takımlarının daha iyi kaynaklanması ve maliyetin daha da düşürülmesi için araştırma; ④ verimliliği artırmak için PCD takım bıçağı taşlama işlemini iyileştiren araştırma; ⑤ PCD takım parametrelerini optimize eden ve takımları yerel koşullara göre kullanan araştırma; ⑥ işlenen malzemelere göre kesme parametrelerini rasyonel bir şekilde seçen araştırma.
kısa özet
(1) PCD takım kesme performansı, birçok karbür takımın eksikliğini telafi eder; aynı zamanda, fiyatı tek kristal elmas takımından çok daha düşüktür, modern kesmede umut vadeden bir araçtır;
(2) İşlenen malzemelerin türüne ve performansına göre, alet imalatı ve kullanımının ön koşulu olan PCD aletlerinin parçacık boyutu ve parametrelerinin makul bir şekilde seçilmesi,
(3) PCD malzemesi, kesme bıçağı üretimi için ideal bir malzeme olan yüksek bir sertliğe sahiptir, ancak aynı zamanda kesici takım imalatında zorluklara da yol açar. Üretim sırasında, en iyi maliyet performansını elde etmek için süreç zorluğunu ve işleme ihtiyaçlarını kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurun;
(4) Bıçak bölgesinde PCD işleme malzemeleri, mümkün olduğunca aletin hizmet ömrünü uzatmak için, alet ömrü, üretim verimliliği ve ürün kalitesi arasında dengeyi sağlamak amacıyla, ürün performansını karşılama temelinde kesme parametrelerini makul bir şekilde seçmeliyiz;
(5) PCD'nin içsel dezavantajlarını aşmak için yeni PCD alet malzemeleri araştırın ve geliştirin
Bu makale " kaynağından alınmıştırsüper sert malzeme ağı"
Gönderi zamanı: 25 Mart 2025
