ניתוח מאפייני ביצועים של חמישה חומרי כלי חיתוך סופר-קשים

חומר כלי קשיח במיוחד מתייחס לחומר קשיח במיוחד שניתן להשתמש בו ככלי חיתוך. כיום ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות: חומר כלי חיתוך יהלום וחומר כלי חיתוך בורון ניטריד קובי. ישנם חמישה סוגים עיקריים של חומרים חדשים שיושמו או נמצאים בבדיקה.

(1) יהלום קריסטל יחיד גדול, טבעי ומלאכותי, סינתטי

(2) להב פולי-יהלום (PCD) ולהב פולי-יהלום מרוכב (PDC)

(3) יהלום CVD

(4) אמוניה בורון קובי פוליקריסטלית; (PCBN)

(5) ציפוי אמוניה בורון קובי CVD

1, יהלום גביש יחיד גדול טבעי וסינתטי

יהלום טבעי הוא מבנה גבישי אחיד ללא גבול גרגירים פנימי, כך שקצה הכלי יכול תיאורטית להגיע לחלקות וחדות אטומית, עם יכולת חיתוך חזקה, דיוק גבוה וכוח חיתוך קטן. הקשיות, עמידות הבלאי, עמידות בפני קורוזיה ויציבות כימית של יהלום טבעי מבטיחים את חיי הכלי הארוכים, יכולים להבטיח חיתוך רגיל ארוך, ולהפחית את השפעת שחיקת הכלי על דיוק החלקים המעובדים. מוליכות תרמית גבוהה שלו יכולה להפחית את טמפרטורת החיתוך ואת העיוות התרמי של החלקים. המאפיינים העדינים של יהלום גבישי יחיד טבעי גדול יכולים לעמוד ברוב הדרישות של חיתוך מדויק ומדויק במיוחד עבור חומרי כלים. למרות שמחירו יקר, הוא עדיין מוכר כחומר כלים מדויק ומדויק במיוחד אידיאלי, וניתן להשתמש בו באופן נרחב בעיבוד כורים גרעיניים וטכנולוגיה מתקדמת אחרת בתחומי מראות, טילים ורקטות, מצע דיסק קשיח למחשב, עיבוד מדויק של תותחי אלקטרונים מאיץ, וחלקי שעונים מסורתיים, תכשיטים, עטים, עיבוד מדויק לקישוט מתכת לאריזות וכו'. בנוסף, ניתן להשתמש בו גם לייצור עיניים, אזמלים לניתוחי מוח, להבים ביולוגיים דקים במיוחד וכלים רפואיים אחרים. הפיתוח הנוכחי של טכנולוגיית טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה מאפשר להכין יהלום גבישי יחיד גדול בגודל מסוים. היתרון של חומר כלי יהלום זה הוא גודלו, צורתו ועקביותו הטובים, שאינם מושגים במוצרי יהלומים טבעיים. בשל מחסור באספקת יהלומים טבעיים גדולים, מחיר יקר, חומר כלי יהלום גבישי יחיד סינתטי בעלי חלקיקים גדולים בתהליך חיתוך מדויק במיוחד כתחליף ליהלום גבישי יחיד טבעי גדול, יישומו יתפתח במהירות.

2. בהשוואה ליהלום פוליקריסטלי (PCD) ולהב פוליקריסטלי של יהלום מרוכב (PDC) כחומר כלי, ליהלום פוליקריסטלי (PCD) ולהב פוליקריסטלי של יהלום מרוכב (PDC) יש את היתרונות הבאים: (1) סידור גרגירים לא מסודר, איזוטרופיות, ללא משטח מחשוף. לכן, חוזק וקשיות שונים משטח גבישי שונים כמו ליהלום פוליקריסטלי גדול.

ועמידות השחיקה שונה מאוד, ובגלל קיומו של משטח המחשוף והוא שביר.

(2) בעל חוזק גבוה, במיוחד חומר כלי PDC בשל תמיכת מטריצת קרביד ובעל עמידות גבוהה בפני פגיעות, פגיעות יגרום לשבירת גרגירים קטנים בלבד, שלא כמו קריסה גדולה של יהלום גבישי יחיד, ולכן כלי PCD או PDC לא רק יכולים לשמש לחיתוך מדויק ולעיבוד חצי דיוק רגיל. אלא גם יכולים לשמש לעיבוד גס בכמות גדולה ולעיבוד לסירוגין (כגון כרסום וכו'), מה שמרחיב מאוד את טווח השימוש בחומרי כלי יהלום.

(3) ניתן להכין ריק כלי PDC גדול כדי לענות על הצרכים של כלי עיבוד שבבי גדולים כגון חותך כרסום.

(4) ניתן ליצור צורות ספציפיות כדי לענות על צרכי עיבוד שונים. הודות לשיפור בילט כלי PDC וטכנולוגיית עיבוד כגון ניצוץ חשמלי, טכנולוגיית חיתוך לייזר, ניתן לעבד ולעצב בילטים של להב משולש, אדרה, גמלון ובילטים של להב בצורות מיוחדות אחרות. על מנת לענות על צרכי כלי חיתוך מיוחדים, ניתן גם לעצב אותם כבילט כלי PDC עטוף, סנדוויץ' וגליל.

(5) ניתן לתכנן או לחזות את ביצועי המוצר, ולקבל את המאפיינים הדרושים כדי להתאים אותו לשימוש הספציפי שלו. לדוגמה, בחירת חומר כלי PDC בעל גרגירים עדינים יכולה לשפר את איכות הלהב של הכלי; חומר כלי PDC בעל גרגירים גסים יכול לשפר את עמידות הכלי.

לסיכום, עם פיתוח חומרי כלי PCD ו-PDC, היישום של כלי PCD ו-PDC התרחב במהירות לייצור רב.

התעשייה נמצאת בשימוש נרחב במתכות לא ברזליות (אלומיניום, סגסוגת אלומיניום, נחושת, סגסוגת נחושת, סגסוגת מגנזיום, סגסוגת אבץ וכו'), קרביד, קרמיקה, חומרים לא מתכתיים (פלסטיק, גומי קשיח, מוטות פחמן, עץ, מוצרי מלט וכו'), חומרים מרוכבים (כגון פלסטיק מחוזק בסיבים CFRP), MMCs מרוכבים במטריצת מתכת, ועיבוד חיתוך, במיוחד בתעשיית הרכב ועיבוד העץ, הפכו לחלופה בעלת ביצועים גבוהים לקרביד המסורתי.