ייצור ויישום של כלי יהלום פולי -קריסטלי

כלי PCD עשוי מקצה סכין יהלום פולי -קריסטלי ומטריצת קרביד דרך טמפרטורה גבוהה וסינון בלחץ גבוה. זה לא יכול רק לתת משחק מלא ליתרונות של קשיות גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה, מקדם חיכוך נמוך, מקדם התפשטות תרמי נמוך, זיקה קטנה למתכת ומודולוס אלסטי לא מתכת, ללא משטח סתום, איזוטרופי, אלא גם לקחת בחשבון את חוזק הסגסוגת הקשיח.
יציבות תרמית, קשיחות השפעה ועמידות בלאי הם מדדי הביצועים העיקריים של PCD. מכיוון שהוא משמש לרוב בסביבת טמפרטורה גבוהה ובסביבת לחץ גבוהה, יציבות תרמית היא הדבר החשוב ביותר. המחקר מראה כי ליציבות התרמית של PCD יש השפעה רבה על התנגדות ללבוש וקשיחות ההשפעה שלה. הנתונים מראים שכאשר הטמפרטורה גבוהה מ- 750 ℃, התנגדות השחיקה וקשיחות ההשפעה של PCD בדרך כלל יורדים ב -5% -10%.
מצב הקריסטל של ה- PCD קובע את תכונותיו. במיקרו -מבנה, אטומי פחמן יוצרים קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומים סמוכים, משיגים את המבנה הטטרהדרלי ואז יוצרים את הגביש האטומי, שיש לו אוריינטציה חזקה וכוח קשירה, וקשיות גבוהה. מדדי הביצועים העיקריים של PCD הם כדלקמן: ① קשיות יכולה להגיע ל 8000 HV, 8-12 פעמים קרביד; ② המוליכות התרמית היא 700W / MK, 1.5-9 פעמים, אפילו גבוהה יותר מ- PCBN ונחושת; מקדם החיכוך הוא בדרך כלל רק 0.1-0.3, הרבה פחות מ- 0.4-1 של קרביד, ומפחית משמעותית את כוח החיתוך; מקדם התפשטות תרמית הוא רק 0.9x10-6-1.18x10-6,1 / 5 של קרביד, שיכול להפחית את העיוות התרמי ולשפר את דיוק העיבוד; ⑤ וחומרים לא מתכתיים הם פחות זיקה ליצירת גושים.
בורון ניטריד מעוקב יש עמידות בפני חמצון חזק ויכול לעבד חומרים המכילים ברזל, אך הקשיות נמוכה מיהלום גביש יחיד, מהירות העיבוד איטית והיעילות נמוכה. ליהלום הקריסטל היחיד יש קשיות גבוהה, אך הקשיחות אינה מספיקה. אניסוטרופיה מקלה על ניתוק לאורך (111) משטח תחת השפעת הכוח החיצוני, ויעילות העיבוד מוגבלת. PCD הוא פולימר המסונתז על ידי חלקיקי יהלום בגודל מיקרון באמצעים מסוימים. האופי הכאוטי של הצטברות הפרעה של חלקיקים מוביל לאופיו האיזוטרופי המקרוסקופי, ואין משטח כיווני ומחשוף בעוצמת המתיחה. בהשוואה ליהלום הגביש היחיד, גבול התבואה של PCD מקטין ביעילות את האניסוטרופיה ומייעל את התכונות המכניות.
1. עקרונות עיצוב של כלי חיתוך PCD
(1) בחירה סבירה בגודל חלקיקי PCD
באופן תיאורטי, PCD צריך לנסות לעדן את הדגנים, והפצת התוספים בין מוצרים צריכה להיות אחידה ככל האפשר כדי להתגבר על האניסוטרופיה. הבחירה בגודל חלקיקי PCD קשורה גם לתנאי העיבוד. באופן כללי, ניתן להשתמש ב- PCD עם חוזק גבוה, קשיחות טובה, עמידות בפני השפעה טובה ודגן עדין לגימור או גימור סופר, ו- PCD של תבואה גסה יכול לשמש לעיבוד מחוספס כללי. גודל החלקיקים PCD יכול להשפיע באופן משמעותי על ביצועי השחיקה של הכלי. ספרות רלוונטית מציינת שכאשר גרגר חומר הגלם גדול, התנגדות השחיקה עולה בהדרגה עם הירידה בגודל התבואה, אך כאשר גודל התבואה קטן מאוד, כלל זה אינו חל.
ניסויים קשורים בחרו ארבעה אבקת יהלום עם גדלי חלקיקים ממוצעים של 10UM, 5UM, 2UM ו- 1UM, והגיע למסקנה כי: ① עם הירידה בגודל החלקיקים של חומר הגלם, CO מתפזר באופן שווה יותר; עם הירידה של ②, התנגדות השחיקה והתנגדות החום של PCD פחתו בהדרגה.
(2) בחירה סבירה בצורת פה הלהב ועובי הלהב
צורת פה הלהב כוללת בעיקר ארבעה מבנים: קצה הפוך, עיגול בוטה, מעגל בוטה קצה הפוך מורכב וזווית חדה. המבנה הזוויתי החריף הופך את הקצה לחד, מהירות החיתוך מהירה, יכולה להפחית משמעותית את כוח החיתוך ואת בור, לשפר את איכות השטח של המוצר, מתאימה יותר לסגסוגת אלומיניום סיליקון נמוכה וקשיות נמוכה אחרת, גימור מתכת לא ברזל. המבנה העגול העגול יכול להעביר את פה הלהב, ליצירת זווית R, למנוע ביעילות את שבירת הלהב, המתאים לעיבוד סגסוגת אלומיניום סיליקון בינונית / גבוהה. בחלק מהמקרים המיוחדים, כגון עומק חיתוך רדוד ואכלת סכינים קטנות, עדיף המבנה העגול הבוטה. מבנה הקצה ההפוך יכול להגדיל את הקצוות והפינות, לייצב את הלהב, אך יחד עם זאת יגביר את הלחץ ואת התנגדות החיתוך, המתאים יותר לחיתוך עומס כבד לחיתוך סגסוגת אלומיניום סיליקון גבוה.
על מנת להקל על EDM, בדרך כלל בחר שכבת גיליון PDC דקה (0.3-1.0 מ"מ), בתוספת שכבת הקרביד, העובי הכולל של הכלי הוא בערך 28 מ"מ. שכבת הקרביד לא צריכה להיות עבה מדי כדי למנוע ריבוד הנגרם כתוצאה מהבדל הלחץ בין משטחי ההדבקה
2, תהליך ייצור כלי PCD
תהליך הייצור של כלי PCD קובע ישירות את ביצועי החיתוך ואת חיי השירות של הכלי, שהוא המפתח ליישום ופיתוחו. תהליך הייצור של כלי ה- PCD מוצג באיור 5.
(1) ייצור טבליות מורכבות PCD (PDC)
① תהליך ייצור של ה- PDC
PDC מורכב בדרך כלל מאבקת יהלום טבעית או סינתטית וחומר מחייב בטמפרטורה גבוהה (1000-2000 ℃) ולחץ גבוה (5-10 אטם). חומר הכריכה יוצר את גשר הכריכה עם TIC, SIC, FE, CO, NI וכו 'כמרכיבים העיקריים, וקריסטל היהלום משובץ בשלד הגשר המחייב בצורה של קשר קוולנטי. PDC מיוצר בדרך כלל לדיסקים בקוטר קבוע ועובי, וטחינה ומלוטש ואחרים טיפולים פיזיים וכימיים תואמים אחרים. בעיקרו של דבר, הצורה האידיאלית של PDC צריכה לשמור על המאפיינים הפיזיים המצוינים של יהלום גביש יחיד ככל האפשר, לכן, התוספים בגוף הסינטינג צריכים להיות מעט ככל האפשר, במקביל, שילוב הקשר של החלקיקים DD ככל האפשר,
② סיווג ובחירת קלסרים
הקלסר הוא הגורם החשוב ביותר המשפיע על היציבות התרמית של כלי ה- PCD, המשפיע ישירות על קשיותו, עמידות בלאי ויציבות תרמית. שיטות מליטה PCD נפוצות הן: ברזל, קובלט, ניקל ומתכות מעבר אחרות. CO ו- W אבקת מעורבת שימשה כחומר ההדבקה, והביצועים המקיפים של ה- PCD הסינטורי היה הטוב ביותר כאשר לחץ הסינתזה היה 5.5 GPA, טמפרטורת הסינון הייתה 1450 ℃ והבידוד במשך 4 דקות. SIC, TIC, WC, TIB2 וחומרים קרמיים אחרים. SIC היציבות התרמית של SIC טובה יותר מזו של CO, אך הקשיחות וקשיחות השבר נמוכה יחסית. הפחתה מתאימה של גודל חומר הגלם יכולה לשפר את הקשיות והקשיחות של PCD. אין דבק, עם גרפיט או מקורות פחמן אחרים בטמפרטורה הגבוהה במיוחד ולחץ גבוה שנשרפו ליהלום פולימרים ננומטורי (NPD). השימוש בגרפיט כמבשר להכנת NPD הוא התנאים התובעניים ביותר, אך ל- NPD הסינטטי יש את הקשיות הגבוהה ביותר ואת התכונות המכניות הטובות ביותר.
בחירה ובקרה של ③ דגנים
אבקת יהלום חומר הגלם היא גורם מפתח המשפיע על הביצועים של PCD. אבקת מיקרו ליהלום מראש, הוספת כמות קטנה של חומרים המעכבים צמיחה של חלקיקי יהלומים לא תקינים ובחירה סבירה של תוספי סינון יכולים לעכב את צמיחת חלקיקי היהלום הלא תקין.
NPD טהור גבוה עם מבנה אחיד יכול לחסל ביעילות את האניסוטרופיה ולשפר עוד יותר את התכונות המכניות. אבקת מבשר הננווגרפיה שהוכנה בשיטת שחיקת כדור אנרגיה גבוהה שימשה לוויסות תכולת החמצן בטמפרטורה גבוהה לפני הפירעין, והפכה גרפיט ליהלום מתחת לגיל 18 GPA ו- 2100-2300 ℃, ויוצרת למללה ו- NPD גרגירי, והקשיות גדלה עם ירידת עובי הלמלה.
④ טיפול כימי מאוחר
באותה טמפרטורה (200 ° ℃) וזמן (20 שעות), השפעת הסרת הקובלט של Lewis Acid-FECL3 הייתה טובה משמעותית מזו של המים, והיחס האופטימלי של HCL היה 10-15 גרם / 100 מ"ל. היציבות התרמית של PCD משתפרת ככל שעומק הסרת הקובלט עולה. עבור PCD של צמיחה גסה, טיפול חומצה חזק יכול להסיר לחלוטין את CO, אך יש לו השפעה רבה על ביצועי הפולימר; הוספת TIC ו- WC לשינוי מבנה הפולי -קריסטל הסינטטי ושילוב עם טיפול חומצה חזק כדי לשפר את היציבות של PCD. נכון לעכשיו, תהליך ההכנה של חומרי PCD משתפר, קשיחות המוצר טובה, האניסוטרופיה שופרה מאוד, הבינה ייצור מסחרי, תעשיות קשורות מתפתחות במהירות.
(2) עיבוד להב PCD
① תהליך חיתוך
ל- PCD יש קשיות גבוהה, עמידות בפני בלאי טוב ותהליך חיתוך קשה גבוה.
② נוהל ריתוך
PDC וגוף הסכין על ידי מהדק מכני, מליטה והולחה. הלחמה היא ללחוץ על PDC על מטריצת הקרביד, כולל הלחמת ואקום, ריתוך דיפוזיה ואקום, הלחמת חימום תדירות גבוהה, ריתוך בלייזר וכו '. איכות הריתוך קשורה לשטף, סגסוגת ריתוך וטמפרטורת הריתוך. לטמפרטורת הריתוך (בדרך כלל נמוכה מ- 700 ° ℃) יש את ההשפעה הגדולה ביותר, הטמפרטורה גבוהה מדי, קלה לגורמת גרפיטיזציה של PCD, או אפילו "שריפת יתר", המשפיעה ישירות על אפקט הריתוך, וטמפרטורה נמוכה מדי יובילו לחוזק ריתוך לא מספיק. ניתן לשלוט על טמפרטורת הריתוך על ידי זמן הבידוד ועומק אדמומיות ה- PCD.
③ תהליך טחינת להב
תהליך שחיקת כלי PCD הוא המפתח לתהליך הייצור. באופן כללי, ערך השיא של הלהב והלהב נמצא בתוך 5um, ורדיוס הקשת הוא בתוך 4um; משטח החיתוך הקדמי והאחורי מבטיח גימור משטח מסוים, ואף מצמצם את משטח החיתוך הקדמי RA ל- 0.01 מיקרומטר כדי לעמוד בדרישות המראה, לגרום לשבבים לזרום לאורך פני הסכין הקדמית ולמנוע סכין הדבקה.
תהליך שחיקת הלהבים כולל טחינת טחנת גלגל יהלום טחינה מכנית, שחיקת להב ניצוץ חשמלי (EDG), קלסר מתכת סופר קשיח גלגל טחינה גלגל מקוון טחינת להב אלקטרוליטי (ELID), שיבוב טחינה של להב מורכב. ביניהם, שחיקת הלהב המכני של גלגל היהלום היא הבוגרת ביותר, הנפוצה ביותר.
ניסויים קשורים: ① גלגל השחיקה של החלקיקים הגס יוביל להתמוטטות להב רציני, וגודל החלקיקים של גלגל השחיקה יורד, ואיכות הלהב הופכת טובה יותר; גודל החלקיקים של גלגל השחיקה קשור קשר הדוק לאיכות הלהב של כלים PCD של חלקיקים דקים או חלקיקים אולטרה -אפין, אך יש לו השפעה מוגבלת על כלי PCD של חלקיקים גסים.
מחקר קשור בבית ומחוצה לו מתמקד בעיקר במנגנון ובתהליך של טחינת הלהב. במנגנון השחיקה של הלהב, הסרה תרמווכימית והסרה מכנית הם הדומיננטיים, והסרת שבירה והסרת העייפות הם קטנים יחסית. כאשר טוחנים, על פי חוזק ועמידות החום של גלגלי השחיקה של חומר הכריכה שונה, שיפרו את המהירות ואת תדירות הנדנדה של גלגל השחיקה ככל האפשר, הימנעו משביעות והסרת עייפות, שיפרו את שיעור ההסרה התרמווכימית והפחיתו את חספוס פני השטח. חספוס פני השטח של השחיקה היבשה הוא נמוך, אך בקלות בגלל טמפרטורת עיבוד גבוהה, משטח הכלי לשרוף,
תהליך שחיקת הלהב צריך לשים לב ל: ① בחר פרמטרים של תהליך שחיקת להב סביר, יכול להפוך את איכות הפה הקצה למעולה יותר, גימור פני הלהב הקדמי והאחורי גבוה יותר. עם זאת, שקול גם כוח שחיקה גבוה, אובדן גדול, יעילות שחיקה נמוכה, עלות גבוהה; ② בחר באיכות גלגל שחיקה סבירה, כולל סוג קלסר, גודל חלקיקים, ריכוז, קלסר, רוטב גלגל טחינה, עם תנאי טחינה יבשים ורטובים סבירים, יכול לייעל את הכלי הקדמי והאחורי, ערך פסיבציה קצה הסכין ופרמטרים אחרים, תוך שיפור איכות השטח של הכלי.
גלגל שחיקת יהלום מחייב שונה יש מאפיינים שונים, ומנגנון טחינה ואפקט שונה. גלגל חול היהלום קלסר שרף הוא רך, חלקיקי השחיקה קלים ליפול מטרם עת, ואינם בעלי עמידות בפני חום, המשטח מעוות בקלות על ידי החום, משטח שחיקת הלהב נוטה ללבוש סימנים, חספוס גדול; גלגל השחיקה של היהלום הקלסר מתכת נשמר חד על ידי טחינה ריסוק, יכולת טובה, משטחים, חספוס פני השטח הנמוך של טחינת הלהב, יעילות גבוהה יותר, עם זאת, יכולת הכריכה של טחינה של חלקיקים הופכת את התפרצות העצמית לקויה, והקצה החיתוך קל להשאיר פער השפעה, וגורם לנזק שולי חמור; לגלגל השחיקה של היהלום הקלסר קרמיקה יש חוזק בינוני, ביצועים טובים של עצמאות, נקבוביות פנימיות יותר, הסרת אבק ופיזור חום, יכולים להסתגל למגוון של נוזל קירור, טמפרטורת השחיקה הנמוכה, גלגל השחיקה הוא פחות שחוק, שמירה על צורה טובה, את הדיוק של היעילות הגבוהה ביותר, עם זאת, גוף טחינת היהלום ומובילים את המבט של הווידאיות. השתמש בהתאם לחומרי העיבוד, יעילות השחיקה המקיפה, עמידות שוחקת ואיכות פני השטח של חומר העבודה.
המחקר בנושא יעילות השחיקה מתמקד בעיקר בשיפור הפרודוקטיביות ועלות הבקרה. באופן כללי, קצב הטחינה Q (הסרת PCD לכל זמן יחידה) ויחס בלאי G (יחס הסרת PCD לאובדן גלגל השחיקה) משמשים כקריטריוני הערכה.
המלומד הגרמני קנטר טחינה כלי PCD עם לחץ קבוע, מבחן: ① מגדיל את מהירות הגלגל הטחינה, גודל החלקיקים של PDC וריכוז נוזל הקירור, קצב הטחינה ויחס השחיקה מופחתים; ② מגדיל את גודל החלקיקים השחזה, מגדיל את הלחץ הקבוע, מגדיל את ריכוז היהלום בגלגל השחיקה, קצב הטחינה ויחס השחיקה; ③ סוג הקלסר שונה, קצב הטחינה ויחס השחיקה שונה. KENTER תהליך השחיקה של הלהב של כלי PCD נחקר באופן שיטתי, אך ההשפעה של תהליך טחינת הלהב לא נותחה באופן שיטתי.

3. שימוש וכישלון של כלי חיתוך PCD
(1) בחירת פרמטרים לחיתוך כלים
במהלך התקופה הראשונית של כלי ה- PCD, הפה של הקצה החריף עבר בהדרגה, ואיכות פני השטח העיבוד הפכה טובה יותר. פסיבציה יכולה להסיר ביעילות את פער המיקרו ואת הקצבים הקטנים שהובאו על ידי השחיקה של הלהב, לשפר את איכות השטח של החיתוך, ובו זמנית, ליצור רדיוס קצה מעגלי כדי לסחוט ולתקן את המשטח המעובד, ובכך לשפר את איכות השטח של חומר העבודה.
סגסוגת אלומיניום משטח PCD משטח PCD, מהירות החיתוך היא בדרך כלל ב 4000 מ ' / דקה, עיבוד החור הוא בדרך כלל ב 800 מ' / דקה, עיבוד מתכת לא ברזלית גבוהה-פלסטית גבוהה צריך לקחת מהירות מפנה גבוהה יותר (300-1000 מ ' / דקה). נפח הזנה מומלץ בדרך כלל בין 0.08-0.15 מ"מ/R. נפח הזנה גדול מדי, כוח חיתוך מוגבר, שטח גיאומטרי שיורי של פני השטח; נפח הזנה קטן מדי, חום חיתוך מוגבר ובלאי מוגבר. עומק החיתוך עולה, כוח החיתוך עולה, חום החיתוך עולה, החיים יורדים, עומק חיתוך מוגזם יכול לגרום בקלות לקרוס הלהב; עומק חיתוך קטן יוביל להתקשות עיבוד, בלאי ואפילו קריסת להב.
(2) ללבוש צורה
חומר עבודה לעיבוד כלים, בגלל חיכוך, טמפרטורה גבוהה וסיבות אחרות, בלאי הוא בלתי נמנע. בלאי הכלי היהלום מורכב משלושה שלבים: שלב הבלאי המהיר הראשוני (המכונה גם שלב המעבר), שלב השחיקה היציב עם קצב בלאי קבוע ושלב השחיקה המהיר שלאחר מכן. שלב הבלאי המהיר מצביע על כך שהכלי אינו פועל ומחייב קריאה מחדש. צורות השחיקה של כלי חיתוך כוללות בלאי דבק (בלאי ריתוך קר), בלאי דיפוזיה, בלאי שוחק, בלאי חמצון וכו '.
שונה מכלים מסורתיים, צורת השחיקה של כלי PCD היא בלאי דבק, בלאי דיפוזיה ונזק לשכבה פוליקריסטלית. ביניהם, הנזק בשכבת הפולי -קריסטל הוא הסיבה העיקרית, המתבטאת כקריסת הלהב העדינה הנגרמת כתוצאה מהשפעה חיצונית או מאובדן הדבק ב- PDC, ויוצרים פער, השייך לנזק מכני פיזי, מה שעלול להוביל להפחתת דיוק העיבוד וגרוטאות עבודות. גודל חלקיקי PCD, צורת להב, זווית להב, חומר חומר עבודה ופרמטרים לעיבוד ישפיעו על חוזק הלהב וכוח החיתוך, ואז יגרמו לנזק של שכבת הפוליסטל. בתרגול הנדסי יש לבחור את גודל החלקיקים המתאים לחומר הגלם, פרמטרי הכלים ופרמטרי העיבוד בהתאם לתנאי העיבוד.

4. מגמת פיתוח של כלי חיתוך PCD
נכון לעכשיו, מגוון היישומים של כלי ה- PCD הורחב מהפנייה המסורתית לקידוח, כרסום, חיתוך במהירות גבוהה, ונמצא בשימוש נרחב בבית ומחוצה לה. ההתפתחות המהירה של כלי רכב חשמליים לא רק הביאה את ההשפעה על ענף הרכב המסורתי, אלא גם הביאה אתגרים חסרי תקדים לתעשיית הכלים, מה שמפציר בתעשיית הכלים להאיץ את האופטימיזציה והחדשנות.
היישום הרחב של כלי חיתוך PCD העמיק וקידם את המחקר והפיתוח של כלי חיתוך. עם העמקת המחקר, מפרטי ה- PDC הופכים קטנים יותר וקטנים יותר, אופטימיזציה של איכות חידוד התבואה, אחידות הביצועים, קצב השחיקה ויחס השחיקה גבוה יותר ויותר, גיוון צורה ומבנה. כיווני המחקר של כלי PCD כוללים: ① מחקר ופיתוח שכבת PCD דקה; Research ומפתח חומרי כלי PCD חדשים; ③ מחקר לריתוך טוב יותר של כלי PCD ולהפחית עוד יותר את העלות; ④ המחקר משפר את תהליך השחיקה של להב כלי PCD כדי לשפר את היעילות; Research מחקרים מיטוב פרמטרים של כלי PCD ומשתמש בכלים בהתאם לתנאים המקומיים; ⑥ המחקר בוחר באופן רציונלי בחיתוך פרמטרים על פי החומרים המעובדים.
סיכום קצר
(1) ביצועי חיתוך כלי PCD, המפיצים את המחסור בכלי קרביד רבים; במקביל, המחיר נמוך בהרבה מכלי יהלומי קריסטל יחיד, בחיתוך מודרני, הוא כלי מבטיח;
(2) על פי סוג וביצועים של החומרים המעובדים, בחירה סבירה של גודל החלקיקים והפרמטרים של כלי PCD, שהיא הנחת היסוד של ייצור ושימוש בכלים,
(3) לחומר PCD יש קשיות גבוהה, שהוא החומר האידיאלי לחיתוך מחוז סכין, אך הוא גם מביא את הקושי לייצור כלים. בעת הייצור, כדי לשקול באופן מקיף את קושי וכיבוד התהליך, על מנת להשיג את ביצועי העלות הטובים ביותר;
(4) חומרי עיבוד PCD במחוז סכין, עלינו לבחור באופן סביר לחתוך פרמטרים, על בסיס עמידה בביצועי המוצר, ככל האפשר כדי להרחיב את חיי השירות של הכלי על מנת להשיג את איזון חיי הכלים, יעילות הייצור ואיכות המוצר;
(5) לחקור ולפתח חומרי כלי PCD חדשים כדי להתגבר על החסרונות הגלומים שלה
מאמר זה מקורו ב "רשת חומרי Superhard"