Piranti PCD digawe saka pucuk piso inten polikristalin lan matriks karbida sing wis disintering nganggo suhu dhuwur lan tekanan dhuwur. Piranti iki ora mung bisa nggunakake kaluwihan kaya kekerasan dhuwur, konduktivitas termal dhuwur, koefisien gesekan endhek, koefisien ekspansi termal endhek, afinitas cilik karo logam lan non-logam, modulus elastisitas dhuwur, permukaan ora ana belahan, isotropik, nanging uga nggatekake kekuatan dhuwur saka paduan keras.
Stabilitas termal, ketangguhan benturan, lan tahan aus minangka indikator kinerja utama PCD. Amarga umume digunakake ing lingkungan suhu dhuwur lan stres dhuwur, stabilitas termal minangka perkara sing paling penting. Panliten kasebut nuduhake manawa stabilitas termal PCD nduweni pengaruh gedhe marang ketahanan aus lan ketangguhan benturan. Data nuduhake manawa nalika suhu luwih dhuwur tinimbang 750℃, ketahanan aus lan ketangguhan benturan PCD umume mudhun 5% -10%.
Kahanan kristal PCD nemtokake sipat-sipaté. Ing mikrostruktur, atom karbon mbentuk ikatan kovalen karo papat atom sing jejer, entuk struktur tetrahedral, banjur mbentuk kristal atom, sing nduweni orientasi lan gaya pengikat sing kuwat, lan kekerasan sing dhuwur. Indeks kinerja utama PCD yaiku: ① kekerasan bisa tekan 8000 HV, 8-12 kali karbida; ② konduktivitas termal yaiku 700W / mK, 1,5-9 kali, malah luwih dhuwur tinimbang PCBN lan tembaga; ③ koefisien gesekan umume mung 0,1-0,3, luwih sithik tinimbang 0,4-1 karbida, sing nyuda gaya pemotongan kanthi signifikan; ④ koefisien ekspansi termal mung 0,9x10-6-1,18x10-6,1 / 5 karbida, sing bisa nyuda deformasi termal lan nambah akurasi pangolahan; ⑤ lan bahan non-logam kurang afinitas kanggo mbentuk nodul.
Nitrida boron kubik nduweni resistensi oksidasi sing kuwat lan bisa ngolah bahan sing ngandhut wesi, nanging atose luwih murah tinimbang berlian kristal tunggal, kecepatan pangolahan alon lan efisiensine kurang. Berlian kristal tunggal nduweni atose sing dhuwur, nanging ketangguhane ora cukup. Anisotropi nggampangake disosiasi ing sadawane permukaan (111) ing sangisore pengaruh gaya eksternal, lan efisiensi pangolahan diwatesi. PCD minangka polimer sing disintesis dening partikel berlian ukuran mikron kanthi cara tartamtu. Sifat semrawut saka akumulasi partikel sing ora teratur nyebabake sifat isotropik makroskopik, lan ora ana permukaan arah lan belahan ing kekuatan tarik. Dibandhingake karo berlian kristal tunggal, wates butir PCD kanthi efektif nyuda anisotropi lan ngoptimalake sifat mekanik.
1. Prinsip desain piranti pemotong PCD
(1) Pilihan ukuran partikel PCD sing cukup
Sacara téoritis, PCD kudu nyoba nyaring butiran, lan distribusi aditif antar produk kudu seragam sabisa-bisané kanggo ngatasi anisotropi. Pilihan ukuran partikel PCD uga ana hubungane karo kahanan pangolahan. Umumé, PCD kanthi kekuatan dhuwur, ketangguhan sing apik, tahan benturan sing apik, lan butiran alus bisa digunakake kanggo finishing utawa super finishing, lan PCD butiran kasar bisa digunakake kanggo mesin kasar umum. Ukuran partikel PCD bisa mengaruhi kinerja aus alat kasebut kanthi signifikan. Literatur sing relevan nuduhake yen nalika butiran bahan mentah gedhe, resistensi aus saya tambah kanthi nyuda ukuran butiran, nanging nalika ukuran butiran cilik banget, aturan iki ora ditrapake.
Eksperimen sing gegandhengan milih papat bubuk berlian kanthi ukuran partikel rata-rata 10um, 5um, 2um lan 1um, lan disimpulake yen: ① Kanthi nyuda ukuran partikel bahan mentah, Co nyebar luwih rata; kanthi nyuda ②, resistensi aus lan resistensi panas PCD saya mudhun.
(2) Pilihan sing cukup kanggo wangun cangkem lading lan kekandelan lading
Wangun cangkem agul-agul utamane kalebu patang struktur: pinggiran terbalik, bunder tumpul, pinggiran terbalik bunder tumpul komposit lan sudut landhep. Struktur sudut landhep ndadekake pinggiran landhep, kecepatan potong cepet, bisa nyuda gaya potong lan burr kanthi signifikan, ningkatake kualitas permukaan produk, luwih cocog kanggo paduan aluminium silikon rendah lan logam non-ferrous liyane sing atos lan seragam. Struktur bunder tumpul bisa ngilangake cangkem agul-agul, mbentuk Sudut R, kanthi efektif nyegah agul-agul patah, cocok kanggo ngolah paduan aluminium silikon medium / dhuwur. Ing sawetara kasus khusus, kayata ambane potong cethek lan pakan piso cilik, struktur bunder tumpul luwih disenengi. Struktur pinggiran terbalik bisa nambah pinggiran lan pojok, nyetabilake agul-agul, nanging ing wektu sing padha bakal nambah tekanan lan resistensi potong, luwih cocog kanggo ngethok beban abot paduan aluminium silikon dhuwur.
Kanggo nggampangake EDM, biasane pilih lapisan lembaran PDC sing tipis (0,3-1,0mm), ditambah lapisan karbida, kekandelan total alat kasebut udakara 28mm. Lapisan karbida ora kena kandel banget kanggo nyegah stratifikasi sing disebabake dening bedane stres antarane permukaan ikatan.
2, proses manufaktur piranti PCD
Proses manufaktur alat PCD langsung nemtokake kinerja pemotongan lan umur layanan alat kasebut, sing dadi kunci kanggo aplikasi lan pangembangane. Proses manufaktur alat PCD dituduhake ing Gambar 5.
(1) Pabrikasi tablet komposit PCD (PDC)
① Proses manufaktur PDC
PDC umume kasusun saka bubuk berlian alami utawa sintetis lan agen pengikat ing suhu dhuwur (1000-2000 ℃) lan tekanan dhuwur (5-10 atm). Agen pengikat mbentuk jembatan pengikat karo TiC, Sic, Fe, Co, Ni, lan liya-liyane minangka komponen utama, lan kristal berlian dilebokake ing kerangka jembatan pengikat ing wangun ikatan kovalen. PDC umume digawe dadi cakram kanthi diameter lan kekandelan tetep, lan digiling lan dipoles lan perawatan fisik lan kimia liyane sing cocog. Intine, bentuk PDC sing ideal kudu njaga karakteristik fisik berlian kristal tunggal sing apik banget sabisa-bisane, mula, aditif ing awak sintering kudu sithik banget, ing wektu sing padha, kombinasi ikatan partikel DD sabisa-bisane.
② Klasifikasi lan pilihan pengikat
Bahan pengikat minangka faktor paling penting sing mengaruhi stabilitas termal alat PCD, sing langsung mengaruhi kekerasan, ketahanan aus, lan stabilitas termal. Cara pengikatan PCD sing umum yaiku: wesi, kobalt, nikel, lan logam transisi liyane. Bubuk campuran Co lan W digunakake minangka agen pengikat, lan kinerja komprehensif PCD sintering paling apik nalika tekanan sintesis 5,5 GPa, suhu sintering 1450℃ lan insulasi sajrone 4 menit. SiC, TiC, WC, TiB2, lan bahan keramik liyane. SiC Stabilitas termal SiC luwih apik tinimbang Co, nanging kekerasan lan ketangguhan patah relatif kurang. Pengurangan ukuran bahan mentah sing tepat bisa nambah kekerasan lan ketangguhan PCD. Ora ana perekat, kanthi grafit utawa sumber karbon liyane ing suhu ultra-dhuwur lan tekanan dhuwur sing diobong dadi berlian polimer skala nano (NPD). Nggunakake grafit minangka prekursor kanggo nyiyapake NPD minangka kahanan sing paling nuntut, nanging NPD sintetik nduweni kekerasan paling dhuwur lan sifat mekanik sing paling apik.
Pemilihan lan kontrol biji-bijian ③
Bubuk berlian bahan baku minangka faktor kunci sing mengaruhi kinerja PCD. Pra-perawatan bubuk mikro berlian, nambahake sithik zat sing ngalangi pertumbuhan partikel berlian sing ora normal, lan pilihan aditif sintering sing cukup bisa ngalangi pertumbuhan partikel berlian sing ora normal.
NPD murni sing dhuwur kanthi struktur seragam bisa kanthi efektif ngilangi anisotropi lan luwih ningkatake sifat mekanik. Bubuk prekursor nanografit sing disiapake kanthi metode penggilingan bal energi dhuwur digunakake kanggo ngatur kandungan oksigen ing suhu dhuwur sadurunge sintering, ngowahi grafit dadi berlian ing suhu 18 GPa lan 2100-2300 ℃, ngasilake lamella lan NPD granular, lan kekerasan mundhak kanthi mudhune kekandelan lamella.
④ Perawatan kimia telat
Ing suhu sing padha (200 °℃) lan wektu (20 jam), efek ngilangi kobalt saka asam Lewis-FeCl3 luwih apik tinimbang banyu, lan rasio optimal HCl yaiku 10-15g / 100ml. Stabilitas termal PCD saya apik nalika ambane ngilangi kobalt saya tambah. Kanggo PCD pertumbuhan kasar, perawatan asam kuwat bisa mbusak Co kanthi lengkap, nanging nduweni pengaruh gedhe marang kinerja polimer; nambahake TiC lan WC kanggo ngganti struktur polikristal sintetik lan nggabungake karo perawatan asam kuwat kanggo nambah stabilitas PCD. Saiki, proses persiapan bahan PCD saya apik, ketangguhan produk apik, anisotropi wis saya apik, wis nggayuh produksi komersial, industri sing gegandhengan saya berkembang kanthi cepet.
(2) Pangolahan bilah PCD
① proses nglereni
PCD nduwèni atose sing dhuwur, tahan aus sing apik, lan proses pemotongan sing angel banget.
② prosedur pengelasan
PDC lan awak piso kanthi klem mekanik, ikatan lan brazing. Brazing yaiku mencet PDC ing matriks karbida, kalebu brazing vakum, pengelasan difusi vakum, brazing pemanasan induksi frekuensi dhuwur, pengelasan laser, lan liya-liyane. Brazing pemanasan induksi frekuensi dhuwur nduweni biaya murah lan bali dhuwur, lan wis digunakake sacara wiyar. Kualitas pengelasan ana hubungane karo fluks, paduan pengelasan lan suhu pengelasan. Suhu pengelasan (umume luwih murah tinimbang 700 °℃) nduweni dampak paling gedhe, suhu sing dhuwur banget, gampang nyebabake grafitisasi PCD, utawa malah "over-burning", sing langsung mengaruhi efek pengelasan, lan suhu sing kurang banget bakal nyebabake kekuatan pengelasan sing ora cukup. Suhu pengelasan bisa dikontrol dening wektu insulasi lan ambane abang PCD.
③ proses panggilingan bilah
Proses panggilingan piranti PCD minangka kunci kanggo proses manufaktur. Umumé, nilai puncak bilah lan bilah ana ing 5um, lan radius busur ana ing 4um; permukaan pemotong ngarep lan mburi njamin permukaan sing apik, lan malah nyuda permukaan pemotong ngarep Ra dadi 0,01 μm kanggo nyukupi syarat pangilon, nggawe serpihan mili ing sadawane permukaan piso ngarep lan nyegah piso nempel.
Proses penggilingan bilah kalebu penggilingan bilah mekanik roda gerinda berlian, penggilingan bilah percikan listrik (EDG), penggilingan bilah finishing elektrolitik super keras roda gerinda pengikat logam (ELID), mesin penggilingan bilah komposit. Antarane, penggilingan bilah mekanik roda gerinda berlian minangka sing paling diwasa lan paling akeh digunakake.
Eksperimen sing gegandhengan: ① roda gerinda partikel kasar bakal nyebabake agul-agul ambruk sing serius, lan ukuran partikel roda gerinda mudhun, lan kualitas agul-agul dadi luwih apik; ukuran partikel ② roda gerinda ana hubungane karo kualitas agul-agul partikel alus utawa partikel ultrahalus, nanging nduweni efek winates ing piranti PCD partikel kasar.
Riset sing gegandhèngan ing njero lan njaba negeri utamane fokus ing mekanisme lan proses panggilingan bilah. Ing mekanisme panggilingan bilah, penghapusan termokimia lan penghapusan mekanik minangka sing dominan, lan penghapusan rapuh lan penghapusan kelelahan relatif cilik. Nalika nggiling, miturut kekuatan lan tahan panas saka rodha panggilingan berlian agen pengikat sing beda, ningkatake kecepatan lan frekuensi ayunan rodha panggilingan sabisa-bisane, nyegah kerapuhan lan penghapusan kelelahan, ningkatake proporsi penghapusan termokimia, lan nyuda kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan panggilingan garing kurang, nanging gampang amarga suhu pangolahan sing dhuwur, permukaan alat kobong,
Proses panggilingan bilah kudu nggatekake: ① milih parameter proses panggilingan bilah sing cukup, bisa nggawe kualitas cangkem pinggir luwih apik, permukaan bilah ngarep lan mburi luwih apik. Nanging, uga nimbang gaya panggilingan sing dhuwur, kerugian gedhe, efisiensi panggilingan sing kurang, lan biaya sing dhuwur; ② milih kualitas roda panggilingan sing cukup, kalebu jinis pengikat, ukuran partikel, konsentrasi, pengikat, lan dressing roda panggilingan, kanthi kondisi panggilingan bilah garing lan teles sing cukup, bisa ngoptimalake pojok ngarep lan mburi alat, nilai pasif pucuk piso lan parameter liyane, nalika nambah kualitas permukaan alat.
Roda gerinda berlian pengikat sing beda-beda nduweni karakteristik sing beda-beda, mekanisme lan efek gerinda sing beda-beda. Roda pasir berlian pengikat resin alus, Partikel gerinda gampang copot sadurunge wektune, Ora tahan panas, Permukaan gampang cacat amarga panas, Permukaan gerinda bilah rentan kena bekas aus, Kekasaran gedhe; Roda gerinda berlian pengikat logam tetep tajem amarga penghancuran, Kemampuan mbentuk permukaan sing apik, Kekasaran permukaan gerinda bilah sing kurang, Efisiensi sing luwih dhuwur, Nanging, kemampuan pengikatan partikel gerinda nggawe pengasahan dhewe kurang apik, Lan ujung tombak gampang ninggalake celah benturan, Nyebabake kerusakan marginal sing serius; Roda gerinda berlian pengikat keramik nduweni kekuatan moderat, Performa eksitasi dhewe sing apik, Pori-pori internal luwih akeh, Favfor mbusak bledug lan disipasi panas, Bisa adaptasi karo macem-macem cairan pendingin, Suhu gerinda sing kurang, Roda gerinda kurang aus, Retensi bentuk sing apik, Akurasi efisiensi paling dhuwur, Nanging, awak gerinda berlian lan pengikat nyebabake pembentukan lubang ing permukaan alat. Digunakake miturut bahan pangolahan, efisiensi gerinda sing komprehensif, daya tahan abrasif lan kualitas permukaan benda kerja.
Riset babagan efisiensi penggilingan utamane fokus ing ningkatake produktivitas lan ngontrol biaya. Umumé, tingkat penggilingan Q (penghapusan PCD saben unit wektu) lan rasio keausan G (rasio penghapusan PCD karo kerugian roda penggilingan) digunakake minangka kriteria evaluasi.
Sarjana Jerman KENTER nggiling piranti PCD kanthi tekanan konstan, uji coba: ① nambah kecepatan roda gerinda, ukuran partikel PDC lan konsentrasi cairan pendingin, tingkat gerinda lan rasio keausan suda; ② nambah ukuran partikel gerinda, nambah tekanan konstan, nambah konsentrasi berlian ing roda gerinda, tingkat gerinda lan rasio keausan mundhak; ③ jinis pengikat beda, tingkat gerinda lan rasio keausan beda. KENTER Proses gerinda bilah piranti PCD disinaoni kanthi sistematis, nanging pengaruh proses gerinda bilah ora dianalisis kanthi sistematis.
3. Panggunaan lan kegagalan piranti pemotong PCD
(1) Pemilihan parameter pemotongan alat
Sajrone periode awal piranti PCD, cangkem pinggiran sing landhep mboko sithik bakal ngliwati, lan kualitas permukaan mesin dadi luwih apik. Pasivasi bisa kanthi efektif mbusak celah mikro lan gerinda cilik sing disebabake dening panggilingan agul-agul, ningkatake kualitas permukaan pinggiran sing ditata, lan ing wektu sing padha, mbentuk radius pinggiran bunder kanggo mencet lan ndandani permukaan sing diproses, saengga ningkatake kualitas permukaan benda kerja.
Panggilingan permukaan alat PCD kanggo paduan aluminium, kecepatan potong umume 4000m/menit, pangolahan bolongan umume 800m/menit, pangolahan logam non-ferrous plastik elastis dhuwur kudune njupuk kecepatan puteran sing luwih dhuwur (300-1000m/menit). Volume umpan umume disaranake antarane 0,08-0,15mm/r. Volume umpan sing gedhe banget, gaya potong sing tambah, area geometris residual permukaan benda kerja sing tambah; volume umpan sing cilik banget, panas potong sing tambah, lan keausan sing tambah. Ambane pemotongan mundhak, gaya potong mundhak, panas potong mundhak, umure mudhun, ambane pemotongan sing gedhe banget bisa nyebabake agul-agul ambruk; ambane pemotongan sing cilik bakal nyebabake pengerasan mesin, keausan lan malah agul-agul ambruk.
(2) Wangun sandhangan
Benda kerja pangolahan alat, amarga gesekan, suhu dhuwur lan alesan liyane, keausan ora bisa dihindari. Keausan alat berlian kasusun saka telung tahap: fase keausan cepet awal (uga dikenal minangka fase transisi), fase keausan stabil kanthi tingkat keausan konstan, lan fase keausan cepet sabanjure. Fase keausan cepet nuduhake yen alat kasebut ora bisa digunakake lan kudu digiling maneh. Wangun keausan alat pemotong kalebu keausan perekat (keausan las adhem), keausan difusi, keausan abrasif, keausan oksidasi, lan liya-liyane.
Beda karo piranti tradisional, wujud aus piranti PCD yaiku aus adhesif, aus difusi, lan kerusakan lapisan polikristalin. Antarane, kerusakan lapisan polikristal minangka alesan utama, sing diwujudake minangka ambruke bilah sing alus sing disebabake dening dampak eksternal utawa ilang adhesif ing PDC, mbentuk celah, sing kalebu kerusakan fisik mekanik, sing bisa nyebabake penurunan presisi pangolahan lan potongan benda kerja. Ukuran partikel PCD, wujud bilah, sudut bilah, bahan benda kerja, lan parameter pangolahan bakal mengaruhi kekuatan bilah bilah lan gaya potong, banjur nyebabake kerusakan lapisan polikristal. Ing praktik teknik, ukuran partikel bahan mentah, parameter alat, lan parameter pangolahan sing cocog kudu dipilih miturut kahanan pangolahan.
4. Tren pangembangan piranti pemotong PCD
Saiki, jangkauan aplikasi alat PCD wis ditambahi saka puteran tradisional nganti pengeboran, panggilingan, pemotongan kecepatan tinggi, lan wis digunakake sacara wiyar ing njero lan njaba negeri. Perkembangan kendaraan listrik sing cepet ora mung nggawa dampak kanggo industri otomotif tradisional, nanging uga nggawa tantangan sing durung tau ana sadurunge kanggo industri alat, sing ndorong industri alat kanggo nyepetake optimalisasi lan inovasi.
Panggunaan piranti potong PCD sing wiyar wis ndadekake riset lan pangembangan piranti potong saya jero. Kanthi riset sing saya jero, spesifikasi PDC saya cilik, optimalisasi kualitas penyempurnaan butiran, keseragaman kinerja, tingkat penggilingan lan rasio keausan saya dhuwur, lan diversifikasi bentuk lan struktur. Arah riset piranti PCD kalebu: ① riset lan ngembangake lapisan PCD tipis; ② riset lan ngembangake bahan piranti PCD anyar; ③ riset kanggo ngelas piranti PCD kanthi luwih apik lan luwih nyuda biaya; ④ riset ningkatake proses penggilingan bilah piranti PCD kanggo ningkatake efisiensi; ⑤ riset ngoptimalake parameter piranti PCD lan nggunakake piranti miturut kahanan lokal; ⑥ riset kanthi rasional milih parameter pemotongan miturut bahan sing diolah.
ringkesan singkat
(1) Kinerja nglereni piranti PCD, ngimbangi kekurangan akeh piranti karbida; ing wektu sing padha, regane luwih murah tinimbang piranti berlian kristal tunggal, ing nglereni modern, minangka piranti sing janjeni;
(2) Miturut jinis lan kinerja bahan sing diolah, pilihan ukuran partikel lan parameter alat PCD sing cukup, sing dadi premis manufaktur lan panggunaan alat,
(3) Bahan PCD nduweni atose sing dhuwur, sing minangka bahan sing ideal kanggo ngethok piso, nanging uga nggawa kesulitan kanggo manufaktur alat pemotong. Nalika manufaktur, kanggo nimbang kanthi lengkap kesulitan proses lan kabutuhan pangolahan, supaya bisa entuk kinerja biaya sing paling apik;
(4) Bahan pangolahan PCD ing kabupaten piso, kita kudu milih parameter pemotongan kanthi cukup, adhedhasar kinerja produk, sabisa-bisane kanggo ngluwihi umur layanan alat kasebut supaya bisa entuk keseimbangan umur alat, efisiensi produksi lan kualitas produk;
(5) Riset lan kembangake bahan piranti PCD anyar kanggo ngatasi kekurangane
Artikel iki dijupuk saka "jaringan bahan super keras"
Wektu kiriman: 25 Maret 2025
