L'outil PCD est fait de pointe de couteau en diamant polycristallin et de matrice de carbure à haute température et frittage à haute pression. Il peut non seulement donner le plein jeu aux avantages d'une dureté élevée, d'une conductivité thermique élevée, d'un coefficient de frottement faible, d'un coefficient de dilatation thermique faible, d'une petite affinité avec le métal et non métallique et de module élastique élevé, pas de surface de clivage, isotropique, mais également de prendre en compte la force élevée de l'alliage dur.
La stabilité thermique, la ténacité à l'impact et la résistance à l'usure sont les principaux indicateurs de performance du PCD. Parce qu'il est principalement utilisé dans un environnement à haute température et à haute contrainte, la stabilité thermique est la chose la plus importante. L'étude montre que la stabilité thermique du PCD a un grand impact sur sa résistance à l'usure et sa ténacité à l'impact. Les données montrent que lorsque la température est supérieure à 750 ℃, la résistance à l'usure et la ténacité à l'impact du PCD diminuent généralement de 5% à 10%.
L'état cristallin du PCD détermine ses propriétés. En microstructure, les atomes de carbone forment des liaisons covalentes avec quatre atomes adjacents, obtiennent la structure tétraédrique, puis forment le cristal atomique, qui a une forte orientation et une force de liaison, et une dureté élevée. Les principaux indices de performances de PCD sont les suivants: ① La dureté peut atteindre 8000 HV, 8-12 fois en carbure; ② La conductivité thermique est de 700 W / Mk, 1,5 à 9 fois, encore plus élevée que le PCBN et le cuivre; ③ Le coefficient de frottement n'est généralement que de 0,1 à 0,3, beaucoup moins de 0,4-1 de carbure, réduisant considérablement la force de coupe; ④ Le coefficient de dilatation thermique n'est que de 0,9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 de carbure, ce qui peut réduire la déformation thermique et améliorer la précision de traitement; ⑤ et les matériaux non métalliques sont moins affinés pour former des nodules.
Le nitrure de bore cubique a une forte résistance à l'oxydation et peut traiter les matériaux contenant du fer, mais la dureté est inférieure à celle d'un diamant monocristallé, la vitesse de traitement est lente et l'efficacité est faible. Le diamant monocristalliste a une dureté élevée, mais la ténacité est insuffisante. L'anisotropie facilite la dissociation le long de la surface (111) sous l'impact de la force externe, et l'efficacité de traitement est limitée. PCD est un polymère synthétisé par des particules de diamant de taille micron par certains moyens. La nature chaotique de l'accumulation désordonnée de particules conduit à sa nature isotrope macroscopique, et il n'y a pas de surface directionnelle et de clivage dans la résistance à la traction. Par rapport au diamant monocristallin, la limite des grains de PCD réduit efficacement l'anisotropie et optimise les propriétés mécaniques.
1. Principes de conception des outils de coupe PCD
(1) sélection raisonnable de la taille des particules PCD
Théoriquement, PCD devrait essayer d'affiner les grains, et la distribution des additifs entre les produits devrait être aussi uniforme que possible pour surmonter l'anisotropie. Le choix de la taille des particules PCD est également lié aux conditions de traitement. De manière générale, le PCD avec une forte résistance, une bonne ténacité, une bonne résistance à l'impact et un grain fin peuvent être utilisés pour la finition ou la super finition, et PCD de grain grossier peut être utilisé pour l'usinage brut général. La taille des particules PCD peut affecter considérablement les performances d'usure de l'outil. La littérature pertinente souligne que lorsque le grain de matière première est grand, la résistance à l'usure augmente progressivement avec la diminution de la taille des grains, mais lorsque la taille des grains est très petite, cette règle n'est pas applicable.
Des expériences connexes ont sélectionné quatre poudre de diamant avec des tailles de particules moyennes de 10UM, 5UM, 2UM et 1UM, et il a été conclu: ① avec la diminution de la taille des particules de la matière première, le CO diffuse plus uniformément; Avec la diminution de ②, la résistance à l'usure et la résistance à la chaleur du PCD ont progressivement diminué.
(2) Choix raisonnable de la forme de la bouche de la lame et de l'épaisseur de la lame
La forme de la bouche de lame comprend principalement quatre structures: bord inversé, cercle émoussé, composite du cercle émoussé du bord inversé et angle tranchant. La structure angulaire pointue rend le bord nette, la vitesse de coupe est rapide, peut réduire considérablement la force de coupe et la bavure, améliorer la qualité de surface du produit, est plus adapté à un alliage en aluminium à faible teneur en silicium et à une autre dureté à faible dureté, une finition métallique non ferreuse uniforme. La structure ronde obtus peut passiver la bouche de la lame, formant un angle R, empêche efficacement la rupture de la lame, adaptée au traitement de l'alliage d'aluminium de silicium moyen / élevé. Dans certains cas particuliers, tels que la profondeur de coupe peu profonde et l'alimentation du petit couteau, la structure ronde émoussée est préférée. La structure du bord inversé peut augmenter les bords et les coins, stabiliser la lame, mais en même temps augmentera la pression et la résistance à la coupe, plus adapté à une charge lourde en l'alliage à haute teneur en aluminium de silicium.
Afin de faciliter l'EDM, choisissez généralement une fine couche de feuille PDC (0,3-1,0 mm), plus la couche de carbure, l'épaisseur totale de l'outil est d'environ 28 mm. La couche de carbure ne doit pas être trop épaisse pour éviter la stratification causée par la différence de contrainte entre les surfaces de liaison
2, processus de fabrication d'outils PCD
Le processus de fabrication de l'outil PCD détermine directement les performances de coupe et la durée de vie de l'outil, qui est la clé de son application et de son développement. Le processus de fabrication de l'outil PCD est illustré à la figure 5.
(1) fabrication de tablettes composites PCD (PDC)
① Processus de fabrication du PDC
Le PDC est généralement composé de poudre de diamant naturel ou synthétique et d'agent de liaison à haute température (1000-2000 ℃) et à haute pression (5-10 atm). L'agent de liaison forme le pont de liaison avec TIC, SIC, FE, CO, NI, etc. comme composants principaux, et le cristal de diamant est intégré dans le squelette du pont de liaison sous la forme d'une liaison covalente. Le PDC est généralement transformé en disques de diamètre fixe et d'épaisseur, et de broyage et de traitements polis et d'autres traitements physiques et chimiques correspondants. En substance, la forme idéale de PDC devrait conserver autant que possible les excellentes caractéristiques physiques du diamant monocristallisé, par conséquent, les additifs du corps de frittage devraient être le moins possible, en même temps, la combinaison de liaisons DD à particules autant que possible,
② Classification et sélection de liants
Le liant est le facteur le plus important affectant la stabilité thermique de l'outil PCD, qui affecte directement sa dureté, sa résistance à l'usure et sa stabilité thermique. Les méthodes de liaison PCD courantes sont: le fer, le cobalt, le nickel et d'autres métaux de transition. La poudre mixte CO et W a été utilisée comme agent de liaison, et les performances complètes du PCD de frittage étaient meilleures lorsque la pression de synthèse était de 5,5 GPa, la température de frittage était de 1450 ℃ et l'isolation pendant 4 minutes. SIC, TIC, WC, TIB2 et autres matériaux en céramique. SIC La stabilité thermique du SIC est meilleure que celle du CO, mais la dureté et la ténacité à la fracture sont relativement faibles. La réduction appropriée de la taille des matières premières peut améliorer la dureté et la ténacité du PCD. Pas d'adhésif, avec du graphite ou d'autres sources de carbone à la température ultra-élevée et à haute pression brûlée dans un diamant polymère à l'échelle nanométrique (NPD). L'utilisation du graphite comme précurseur pour préparer le NPD est les conditions les plus exigeantes, mais le NPD synthétique a la dureté la plus élevée et les meilleures propriétés mécaniques.
Sélection et contrôle des grains ③
La poudre de diamant de matière première est un facteur clé affectant les performances du PCD. Micropour de diamant prétraiteur, ajoutant une petite quantité de substances entravant la croissance anormale des particules de diamant et une sélection raisonnable d'additifs de frittage peut inhiber la croissance de particules de diamant anormales.
NPD pur élevé avec une structure uniforme peut éliminer efficacement l'anisotropie et améliorer encore les propriétés mécaniques. La poudre de précurseur de nanographite préparée par méthode de broyage à billes à haute énergie a été utilisée pour réguler la teneur en oxygène à haute température avant l'interprétation, transformant le graphite en diamant sous 18 GPa et 2100-2300 ℃, générant la lamelle et NPD granulaire, et la dureté augmentée avec la diminution de l'épaisseur de lamelle.
④ Traitement chimique tardif
À la même température (200 ° ℃) et le temps (20H), l'effet d'élimination du cobalt de Lewis Acid-FECL3 était significativement meilleur que celui de l'eau, et le rapport optimal de HCL était de 10-15g / 100 ml. La stabilité thermique du PCD s'améliore à mesure que la profondeur d'élimination du cobalt augmente. Pour le PCD de croissance à grains grossiers, un fort traitement acide peut éliminer complètement le CO, mais a une grande influence sur les performances du polymère; L'ajout de TIC et WC pour modifier la structure polycristal synthétique et se combinant avec un traitement à l'acide fort pour améliorer la stabilité du PCD. À l'heure actuelle, le processus de préparation des matériaux PCD s'améliore, la ténacité du produit est bonne, l'anisotropie a été considérablement améliorée, a réalisé la production commerciale, les industries connexes se développent rapidement.
(2) Traitement de la lame PCD
① Processus de coupe
Le PCD a une dureté élevée, une bonne résistance à l'usure et un processus de coupe difficile.
② Procédure de soudage
PDC et le corps du couteau par pince mécanique, liaison et brasage. Le brasage consiste à appuyer sur le PDC sur la matrice du carbure, y compris le brasage à l'aspirateur, le soudage de diffusion sous vide, le brasage de chauffage à haute fréquence à induction, le soudage au laser, etc. Le brasage à haute fréquence d'induction a un faible coût et un rendement élevé, et a été largement utilisé. La qualité de soudage est liée au flux, à l'alliage de soudage et à la température de soudage. La température de soudage (généralement inférieure à 700 ° ℃) a le plus grand impact, la température est trop élevée, facile à provoquer le graphitisation PCD, ou même "sur-brûlant", ce qui affecte directement l'effet de soudage, et une température trop basse entraînera une force de soudage insuffisante. La température de soudage peut être contrôlée par le temps d'isolation et la profondeur de la rougeur PCD.
③ Processus de broyage de la lame
Le processus de broyage des outils PCD est la clé du processus de fabrication. Généralement, la valeur maximale de la lame et de la lame est à moins de 5UM, et le rayon de l'arc est à l'intérieur de 4UM; La surface de coupe avant et arrière assure une finition de surface et même réduire la surface de coupe avant RA à 0,01 μm pour répondre aux besoins du miroir, faire couler les copeaux le long de la surface du couteau avant et empêcher le couteau de collage.
Le processus de broyage de la lame comprend la broyage mécanique des roues en diamant, le broyage à la lame, le broyage à la lame électrique (EDG), le liant métallique super dur abrasif roue en ligne de finition électrolytique de finition (ELID), l'usinage de broyage à lame composite. Parmi eux, le meulage mécanique des roues de diamant est le broyage la plus mature, le plus largement utilisé.
Expériences connexes: ① La roue de broyage des particules grossières entraînera un grave effondrement de la lame, et la taille des particules de la roue de broyage diminue, et la qualité de la lame devient meilleure; La taille des particules de ② roue de broyage est étroitement liée à la qualité de la lame des outils de particules fines ou de particules ultrafines, mais a un effet limité sur les outils PCD à particules grossières.
Des recherches connexes au pays et à l'étranger se concentrent principalement sur le mécanisme et le processus de broyage des lames. Dans le mécanisme de broyage de la lame, l'élimination thermochimique et l'élimination mécanique sont le dominant, et l'élimination fragile et l'élimination de la fatigue sont relativement faibles. Lors du broyage, selon la résistance et la résistance à la chaleur des différentes roues de broyage en diamant de l'agent de liaison, améliorez la fréquence de vitesse et de balançoire de la roue de broyage dans la mesure du possible, évitez la fragilité et l'élimination de la fatigue, améliorez la proportion d'élimination thermochimique et réduisez la rugosité de surface. La rugosité de surface du broyage sèche est faible, mais facilement en raison de la température de traitement élevée, de la surface de l'outil de brûlure,
Le processus de broyage de la lame doit faire attention: ① Choisissez des paramètres raisonnables du processus de broyage de la lame, peut rendre la qualité de la bouche de bord plus excellente, la finition de surface avant et arrière plus haut. Cependant, envisagez également une force de broyage élevée, une perte importante, une faible efficacité de broyage, un coût élevé; ② Sélectionnez la qualité raisonnable de la roue de broyage, y compris le type de liant, la taille des particules, la concentration, le liant, le pansement de roue, avec des conditions de broyage à la lame sèches et humides raisonnables, peuvent optimiser le coin avant et arrière de l'outil, la valeur de passivation de la pointe du couteau et d'autres paramètres, tout en améliorant la qualité de surface de l'outil.
Différentes roues de broyage de diamant de liaison ont des caractéristiques différentes et un mécanisme et un effet de broyage différents. Resin Resin Diamond Sand Wheel est doux, les particules de broyage sont faciles à tomber prématurément, sans avoir de résistance à la chaleur, la surface est facilement déformée par la chaleur, la surface de broyage des lames est sujette à porter des marques, une grande rugosité; La roue de broyage en diamant du liant métallique est maintenue pointue par broyage écrasant, bonne formabilité, surfaçage, rugosité de surface basse du broyage de la lame, efficacité plus élevée, cependant, la capacité de liaison des particules de broyage rend l'auto-sharping pauvre, et le tranchant est facile à laisser un espace d'impact, provoquant de graves dommages marginaux; La roue de meulage en diamant de liant en céramique a une résistance modérée, de bonnes performances d'auto-excitation, plus de pores internes, un élimination favorable à la poussière et une dissipation thermique, peut s'adapter à une variété de liquide de refroidissement, la faible température de broyage, la roue de meulage est moins usée, la rétention de bonne forme, la précision de la plus grande efficacité, cependant, le corps de la surface de diamètre et de l'embarcation conduit à la formation de la surface de l'outil. Utiliser selon les matériaux de traitement, l'efficacité de broyage complète, la durabilité abrasive et la qualité de surface de la pièce.
La recherche sur l'efficacité du broyage se concentre principalement sur l'amélioration des coûts de productivité et de contrôle. Généralement, le taux de broyage Q (élimination du PCD par unité de temps) et le rapport d'usure G (rapport de l'élimination de la PCD à la perte de roues de broyage) sont utilisés comme critères d'évaluation.
L'outil de broyage du savant allemand Kenter avec une pression constante, un test: ① augmente la vitesse de roue de broyage, la taille des particules PDC et la concentration de liquide de refroidissement, le taux de broyage et le rapport d'usure sont réduits; ② augmente la taille des particules de broyage, augmente la pression constante, augmente la concentration de diamant dans la roue de broyage, la vitesse de broyage et l'augmentation du rapport d'usure; ③ Le type de liant est différent, le taux de broyage et le rapport d'usure est différent. Kenter Le processus de broyage de la lame de l'outil PCD a été étudié systématiquement, mais l'influence du processus de broyage de la lame n'a pas été analysée systématiquement.
3. Utilisation et défaillance des outils de coupe PCD
(1) sélection des paramètres de coupe d'outils
Au cours de la période initiale de l'outil PCD, la bouche de bord tranchante a progressivement transmise et la qualité de la surface d'usinage est devenue meilleure. La passivation peut efficacement éliminer le micro-espace et les petites bourroises apportées par le broyage de la lame, améliorer la qualité de la surface du tranchant et en même temps, former un rayon de bord circulaire pour serrer et réparer la surface transformée, améliorant ainsi la qualité de surface de la pièce.
L'alliage en aluminium de surface de l'outil PCD, la vitesse de coupe est généralement dans 4000 m / min, le traitement des trous est généralement en 800 m / min, le traitement du métal non ferreux élastique élevé devrait prendre une vitesse de virage plus élevée (300-1000 m / min). Le volume d'alimentation est généralement recommandé entre 0,08-0,15 mm / r. Volume d'alimentation trop grand, augmentation de la force de coupe, augmentation de la zone géométrique résiduelle de la surface de la pièce; Volume d'alimentation trop petit, augmentation de la chaleur de coupe et usure accrue. La profondeur de coupe augmente, la force de coupe augmente, la chaleur de coupe augmente, la vie diminue, une profondeur de coupe excessive peut facilement provoquer un effondrement de la lame; La petite profondeur de coupe entraînera un durcissement de l'usinage, l'usure et même l'effondrement de la lame.
(2) Formulaire d'usure
Pièce de traitement des outils, en raison de la friction, de la température élevée et d'autres raisons, l'usure est inévitable. L'usure de l'outil Diamond se compose de trois étapes: la phase d'usure rapide initiale (également connue sous le nom de phase de transition), la phase d'usure stable avec un taux d'usure constant et la phase d'usure rapide ultérieure. La phase d'usure rapide indique que l'outil ne fonctionne pas et nécessite une réinscription. Les formes d'usure des outils de coupe comprennent l'usure adhésive (usure de soudage au froid), l'usure de diffusion, l'usure abrasive, l'usure d'oxydation, etc.
Différente des outils traditionnels, la forme d'usure des outils PCD est l'usure adhésive, l'usure de diffusion et les dommages causés par la couche polycristalline. Parmi eux, les dommages de la couche polycristal l'est la principale raison, qui se manifeste comme l'effondrement subtil de la lame causé par un impact externe ou la perte d'adhésif en PDC, formant un écart, qui appartient à des dommages mécaniques physiques, ce qui peut entraîner la réduction de la précision de traitement et le rebut des pièces de travail. La taille des particules PCD, la forme de la lame, l'angle de lame, le matériau de la pièce et les paramètres de traitement affecteront la résistance à la lame et la force de coupe, puis provoqueront les dommages de la couche polycristal. Dans la pratique de l'ingénierie, la taille des particules de matière première appropriée, les paramètres de l'outil et les paramètres de traitement doivent être sélectionnés en fonction des conditions de traitement.
4. Tendance de développement des outils de coupe PCD
À l'heure actuelle, la gamme d'applications de l'outil PCD a été étendue du virage traditionnel au forage, au fraisage, à la coupe à grande vitesse et a été largement utilisé au pays et à l'étranger. Le développement rapide des véhicules électriques a non seulement apporté un impact sur l'industrie automobile traditionnelle, mais a également apporté des défis sans précédent à l'industrie des outils, exhortant l'industrie des outils à accélérer l'optimisation et l'innovation.
La large application d'outils de coupe PCD s'est approfondie et a favorisé la recherche et le développement d'outils de coupe. Avec l'approfondissement de la recherche, les spécifications du PDC deviennent de plus en plus petites, l'optimisation de la qualité du raffinement des grains, l'uniformité des performances, le taux de broyage et le rapport d'usure sont plus élevés et plus élevés, la diversification de la forme et de la structure. Les orientations de recherche des outils PCD comprennent: ① Recherche et développer une fine couche PCD; ② Recherche et développe de nouveaux matériaux d'outils PCD; ③ Recherche pour mieux souder les outils PCD et réduire davantage les coûts; ④ La recherche améliore le processus de broyage des pales d'outils PCD pour améliorer l'efficacité; ⑤ La recherche optimise les paramètres de l'outil PCD et utilise des outils en fonction des conditions locales; ⑥ La recherche sélectionne rationnellement les paramètres de coupe en fonction des matériaux traités.
bref résumé
(1) Performances de coupe des outils PCD, compenser la pénurie de nombreux outils en carbure; Dans le même temps, le prix est bien inférieur à celui de l'outil de diamant monocristallé, en coupe moderne, est un outil prometteur;
(2) Selon le type et les performances des matériaux traités, une sélection raisonnable de la taille des particules et des paramètres des outils PCD, qui est la prémisse de la fabrication et de l'utilisation des outils,
(3) Le matériau PCD a une dureté élevée, qui est le matériau idéal pour couper le comté de couteau, mais il apporte également la difficulté de couper la fabrication d'outils. Lors de la fabrication, pour considérer de manière approfondie les difficultés de processus et les besoins de traitement, afin d'obtenir les meilleures performances de coûts;
(4) Matériaux de traitement PCD Dans le comté de Knife, nous devons raisonnablement sélectionner les paramètres de coupe, sur la base de la réalisation des performances du produit, dans la mesure du possible pour prolonger la durée de vie de l'outil afin d'obtenir l'équilibre entre la durée de vie, l'efficacité de la production et la qualité du produit;
(5) Recherchez et développez de nouveaux matériaux d'outils PCD pour surmonter ses inconvénients inhérents
Cet article provient du "réseau de matériaux surhard"
Heure du poste: mars-25-2025
