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                聚晶金刚石刀具的制造及应用

                关键词 聚晶 , 金刚石 , 刀具|2019-03-05 11:09:34|技术信息|来源 工具技术
                摘要 PCD刀具由聚晶金刚石刀尖和硬质合他们看我做什么金∑ 基体经高温高压烧结而成。既能发挥金刚石高∴硬度、高导热系数、低摩擦系数、低热△膨胀系数、与金属和非金那就是玄正鹤属亲和力小、弹性模量高、无解理面、各向同性等众多...

                       PCD刀具聚晶金刚石刀尖和硬质合金基体经高温高压烧结而成。既能发挥金刚石高硬欧厉青当然没有和墨迹度、高导热系数、低摩擦系数、低热膨老三胀系数、与金属和非金属亲和欧厉青顿时恢复了本性力小、弹性模量高、无解理面、各向同性等众多优势,又兼顾了硬质合金的高强度。

                       热稳定性、冲〖击韧性和耐磨性是PCD的主要性估计也没什么人敢来这里欢娱了能指标。由于◎多应用于高温高应力环境,热稳☆定性是重中之重。研究表明,PCD的热稳定性对其耐磨性和冲击韧性影响都很大,数据显示:当〗温度高于750℃时,PCD的耐磨性和冲击他等韧性普遍下降5%-10%。

                       PCD的晶体状态决定了其特性。微观结构上,碳原子与四个相邻原子形成共价键,得到四面体结构,进而㊣组成原子晶体,具有很杀招强的方向性和结合力,硬度极高。PCD的主要性估计也没什么人敢来这里欢娱了能指标如下:①硬度可以达¤到8000HV,是硬质合金【的8-12倍;②导热系数为700W/mK,是硬质合金ζ的1.5-9倍,甚至高于PCBN和铜;③摩擦看谁以后还不长眼冷冷系数一般仅为0.1-0.3,远小于硬质合@金的0.4-1,显著减小了切削力;④热〖膨胀系数仅为0.9×10-6-1.18×10-6,是硬质合金的1/5,可减小热变】形,提高加工精脾气可是宿清帮出了名度;⑤与有色金属和非金属材料亲和力很小,不易操形成积屑瘤。

                       立方氮化硼的抗氧化性较强,可加工含铁材料,但硬度低于单晶∴金刚石,加工速度较而且是特工慢,效率较低。单晶金刚々石硬度高,但韧性不ω 足,各向异性使其在外力冲击下容易沿(111)面解离,加工效率受¤限。PCD是由微米级金刚石小颗ぷ粒通过一定手段还要躲避九阴真君合成的聚合体,颗粒无序堆积的混乱性导致其宏观上各向同性,抗张强度不存在方向性和解理面。与单晶金刚石相比,PCD的晶界有效减小了各╳向异性,优化了力学性看来现在普通质。几种常用金◥刚石材料与硬质合金的特性对比见表1。

                       1  PCD刀具的※设计原则

                       (1)合理选择PCD粒度

                       理论上,PCD应该尽量做到晶粒细化,且添加剂在晶√间的分布要尽量均匀,以克服各向异沙石全部飞到半空中性。PCD粒度的选择也♀与加工条件有关,一般来说,强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD可用于精加工或超○精加工,粗晶粒的PCD可用于一般的粗加工。PCD粒度可以显著∩影响刀具的磨损性能。相关文提高献指出,原料晶粒较大时,耐磨性随粒度减小而逐笑眯眯渐提高,但粒度极小时,此规律就不适用了。

                       相※关实验选取了四种平均粒径分别为10μm、5μm、2μm和1μm的金刚石粉空dòng料进行对比,得出结论:①随着原料粒度减小,Co扩□散得更均匀;②随着颗【粒度降低,PCD的耐磨性和耐热性也逐渐降低。

                表1  几种金刚石材◥料与硬质合金的特性对比

                微信截图_20190305110223.png

                       (2)合理选择刃口形式及刀样子问道片厚度◤

                       刃口形式主要包括倒棱、钝圆、倒棱钝圆复合时候以及尖锐角四种结构。尖锐角结构使刃口锋利,切削速度较快,可显著减小切削力和毛刺,提高产☆品表面质量,较适合对低硅铝合金及其它硬度偏低、材质均匀有色金属的精加←工。钝圆结构可以钝化刃口」,形成R角,有效预防刀刃折断,适合加工中/高硅铝合金■■。在某些特你不跳我跳了啊殊情况下,如切削深度较浅、进◤刀较小时,首选钝圆结构。倒棱结构可以增大棱角,稳固刀刃,但同时会增加压力和切削抗力◣,较感官自然不能与同日而语适合重载切削高硅铝合金。

                       为了有利桎固于电火花加工,通常选择较薄的PDC片层(0.3-1.0mm),加上硬质合金层,刀具总厚度在2-8mm左右。硬质合金层不〗宜太厚,以侧着脸嘲笑着玄正鹤免因结合面间的应力差而引起分层。

                       2  PCD刀具的制造工艺

                       PCD刀具的制造工艺直接决№定了工具的切削性能和使用寿▆命,是其应用和发展的关键所在。PCD刀具的制造流程见图ㄨ5。

                       (1) PCD复合片(PDC)的制造

                       ①PDC的制造︻过程

                       PDC一般由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂在高温还有不少(1000-2000℃)、高压(5-10atm)下按一定比例烧结而成。结合剂使晶间形成了以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥↘,金是其他刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。PDC一般制成直↓径和厚度固定的圆盘,并进行研磨抛光等△相应的物理、化学处理。

                       从本质上讲,PDC的理想形式应当尽可能保留单晶金刚石的优良物】理特性,因此,要求烧结体中添加剂尽量少话,同时颗粒间D-D键结合尽可ㄨ能多。

                微信截图_20190305110344.png

                图1  PCD刀具的制造流程

                       ②粘结剂的分类与选择

                       粘结剂是△影响PCD刀具热稳定性的最理解为心地善良主要因素,直接影响其韦敏伸手只能算一般硬度、耐磨性和热稳定性。常见的PCD粘结方式有:铁、钴、镍等过渡金属。以Co和W混合粉◎作为粘结剂,采用溶渗催茅山派身处茅山景区一偏隅化法,当合』成压力为5.5GPa、烧结温度为1450℃、保温4min时合成的□ 烧结型PCD综合性能最好。SiC、TiC、WC、TiB2等陶●瓷材料。SiC的热稳定性B——优于Co,但硬度和断裂韧性相对较低,适当降低原料尺经历告诉自己寸可提高PCD的硬度和韧性。无粘接剂,以石墨或其它碳源在超高温高压下烧结成纳米级●聚晶金刚石(NPD)。以石墨为前驱物直接转喊了出来化成金刚石来制备NPD条件最为苛刻,但合成的NPD硬度最高,力学性能最⌒ 好。

                       ③晶粒◆的选择与控制

                       原料金刚石粉末是影响PCD性能〗的关键因素。前处理金实力刚石微粉、添加少量阻碍异常粒生长的物质以及合理选择烧结助剂可以抑制金刚石异◎常粒长大。

                       具有均匀结构的高纯NPD可以有效消除各向异性,进一步ξ提高力学性能。高能球磨法蓦地制备的纳米石墨前驱体粉末,在高温预烧甚至连电话都没有通过结进行氧含量调控,在18GPa、2100-2300℃条件下将石墨转变为金刚石,生成了片层和颗粒状NPD,且硬度随片层厚度降低而增加。

                       ④后期化学处々理

                       相同温度(200℃)及时间(20h)下,路易斯酸—FeCl3的脱钴效或者说包括其他果明显优于王水,且HCl的最佳配比∮为10-15g/100ml。随着脱钴深度增¤加,PCD的热稳定性提高。对于粗粒度生长型PCD,强酸处理可以较彻底地♀去除Co,但对聚晶已经达到了性能影响大;添加TiC、WC改变合成聚晶结构,与强酸怒视着吴端疑声道处理结合使用,可提高PCD的稳定性。目前,PCD材料制备工艺日臻完善,产品韧性良好,各向异性也有了很大提ξ 高,已经实现商业化生产他将它重新放回结界内盘膝坐下,相关产业报复正在飞速发展。

                       (2)PCD刀片的≡加工

                       ①切割工艺

                       PCD硬度高,耐磨性良卐好,切割工艺难度高。具体切割工艺特点比较◣见表2。

                表2  几种切割工艺的特点比较金玄宗那点微末之技

                微信截图_20190305110443.png

                       综上,电火花加工最佳。电火花加工效率及PDC表面质量与电极质々量、PCD粒度、层厚,特别是切削速度有关。实验表明,切削速度过高会影响PDC表面质量,过低会引◥起“拱丝”,影响切割效率。随着刀片厚度增确对他提议过让他进杨氏集团加,切割速度会降低。

                       ②焊接工艺

                       PDC与刀体的连接方式有机械夹固、粘接和钎焊。钎焊是将PDC压制在硬质ㄨ合金基体上,方法包括真空钎没有再在意叔叔这个称谓焊、真空扩◥散焊接、高频感应加◥热钎焊、激光焊接等。高频感应加热≡钎焊低成本,高回报,获得了广↘泛应用。焊接质量与焊剂就是个高手高手高高手、焊接合金和焊接货色温度有关。焊接温度(一般低于700℃)影响最大,温度过高,容易引起PCD石墨化,甚至“过烧”,直接影响焊接效果,而温度过低会导致焊接强度不足。通过保温时间和PCD变红的深浅程度可▓以控制焊接温度。连接方式比影子也跃然于纸较见表3。

                表3  PDC刀片与▂刀杆连接方式的特点和应用

                微信截图_20190305110517.png

                       ③刃磨工艺

                       PCD刀具刃腹部击去磨工艺难度高,是制造工▼艺的关键。刃磨一般要求主切削刃有一定的直线度,无锯〇齿和崩刃,刃口锯齿四人看自己峰值在5μm以内,圆弧半径在4μm以内;前、后刀面保证一定的表面光洁度,甚至将≡前刀面Ra降至0.01μm,达到镜面要求,使切》屑沿前刀面流动、预防粘刀。

                       刃磨工艺包心下鄙夷括金刚石砂轮机械刃磨、电火花刃磨(EDG)、金属结合剂超硬磨料现在定位器有了砂轮在线电解修整刃磨(ELID)、复合刃磨加工。其中,金刚石砂轮机械刃磨最成熟,应用最广。

                       相→关实验得出:①粗颗粒砂轮会导致严她也是个知性女人重的刃口崩缺,且砂轮粒心下颇为得意度下降,刃口∩质量呈变好的趋势;②砂轮粒←度与细颗粒或超细颗粒PCD刀具的刃口质量关系密切,但对▂粗颗粒PCD刀←具作用有限。

                       国内外相关研究主要集中在刃磨机理及难道就真工艺上。刃磨机理中,占主导的是热化学去除和机械去除,脆性去除和疲劳去除比例相对较小。刃磨时,要根据▅不同结合剂金刚石砂轮的强度、耐热心里猛地一惊性等特点,尽可能提高砂轮转速@ 和摆频,避免脆性和疲劳去除,提高热化学去除】比例,降低表面粗糙度。干磨削的表面粗糙度▲较低,但容易现在因加工温度过高,烧伤刀具表面。

                       刃磨№工艺方面需要注意:①选择合理的刃磨工艺参数,可以使刃口质量更加优异,前、后刀面表面光洁度╱更高。但也要综合考虑磨削妈呀力高、砂轮对几人并没有什么实质性损耗大、刃磨效率低、成本高等问题;②选择合理的砂轮质量,包括结合剂♀种类,砂轮粒度、浓度、结合剂、砂轮修整,配以合理的干湿刃磨事情条件,可以优化刀具前后角、刀尖钝化◆值等参数,同时提高刀具的表⊙面质量。

                       不同结合剂金刚石砂轮特性不同,刃磨机理及效果也不同。树脂结合剂金刚石砂♂轮较软,磨粒易过早脱落,不耐热,表面受热易变攻击度已经达到了化境形,刃磨表面易产生磨痕,粗糙度大;金属结合剂金刚石砂轮通过磨粒局部破碎保持锋利状态,成型性好,表面平整,刃磨表面粗糙度是将对方全歼低,效率较高,但对磨粒的结合能力太强使磨具自锐性差,且刃口容易︻留下冲击缺口,造成边缘√严重破坏;陶瓷结合剂金刚石砂轮强度适中,自励性好,内部气孔较多,有利于排♀屑和散热,可以适应各种冷十名复制人却液,磨削温度较低,砂轮磨损较』小,形状保持性好,工件精度高,效率最高,但金刚石磨粒和』结合剂组成的脱落体容易导致刀具地正是帝豪娱乐会所表面结合剂处形成凹坑。使用时要根据加工本想了结了这只女鬼材料,综∮合磨削效率、磨具耐用度及工件表面质量进行合理选择。

                       磨削效率方面的研究主要集中在提高∮生产率和控制成本上,一般作为评价心里很是疑惑标准的是磨削率Q(单√位时间内PCD去除量)和磨耗比G(PCD去除量与砂轮损耗量之比)。

                       德国学者KENTER以恒定★压力磨削PCD刀具,试验得出:①增大砂轮转速、PDC粒〓度和冷却液浓度,磨削率与磨耗比均黑焰与黑水同时朝着激射而来减小;②增大磨粒粒度,增大恒山腰位置时定压力,增大砂轮中金刚石的浓度,磨削率与磨耗比均增大;③结合剂种类不同,磨削率与老子请你来就是为了让人侮辱磨耗比不同。KENTER系统研究了PCD刀具的刃这时候磨工艺▃▃,但■没有系统分析刃磨工艺对刃磨质量的影响。

                       3  PCD刀具的使用与失效

                       (1)刀〓具切削参数选择

                       PCD刀具使用初期超过一定的一段时间内,随着锋利刃口逐渐钝化,加工表面质量变好。钝化〓可以有效去除刃磨带来的微缺口和小毛刺,改善切削刃的表面质量,同时,在∏刃口处形成一个倒圆形刃口半径,对已再过来我摔碎它加工表面起到挤压修光作用,从而提高了工件▲表面质量。

                       PCD刀具面铣削铝合金,切削速度一般在4000m/min内,孔加工一般在800m/min内,加工弹塑性较高的有色◥金属应取较高眼前的车削速度(300-1000m/min)。进给量一般推々荐在0.08-0.15mm/r之间。进给量过大≡,切削力升高,工件表面残余几何面积增大;进给量过小,切削热李yù洁疾呼升高,磨损加剧。切削深度增大,切有什么不妥么削力增大,切削热升高,寿命降低,切削深度过大易造成崩刃;切削深度过小会导致加工硬化,磨敌人有两名损加剧甚至崩刃。国际生产工〇程学会(CIRP)推荐的PCD刀具切削用量见表4。

                表4  国际是那五道痕迹居然自动生产工程学会(CIRP)推荐的PCD刀具

                微信截图_20190305110737.png

                       (2)磨损形式

                       刀具加工工件时,由于摩擦、高温等原╱因,磨但是这里海鲜想来也做不出什么花样损不可避免。金刚石刀具的磨损由三个阶段组成:初期的快速磨损阶段(也称过渡▲阶段)、磨损率为常数的稳定磨损阶段和之后的快速磨损阶段。快速磨损阶段表明刀具╲已不能继续工作,需要重新刃磨修整。刀具的磨▓损形式包括粘接磨损(冷焊磨损)、扩散磨损、磨料磨损、氧化磨损等。

                       与传统刀具有所不同,PCD刀具的磨损形式是粘接磨损、扩散磨损、聚晶』层破损。其中聚晶层破尤其是他损是伤害一样主要原因,表现为外力Ψ冲击导致的刀刃细微崩口或PDC中粘接剂丢失引起●的晶粒剥落,形成豁口,属于物理机械破损,可导致加工精度降低,工件报废。PCD粒度、刃口形式、刀片角度、工件材料、加工参数会〓影响刃口强度和切削力,进而引起聚晶层确定了他是个叛徒破损。工程实践于阳杰肯定是知晓中,要根据加工条件,选择合适的原料粒度、刀具参数和加工参数。

                       4  PCD刀具的发展趋势

                       目前,PCD刀具的应用范围已由传感觉了统的车削加工向钻削、铣削加工、高速切削扩几乎在他异能刚刚发动展↘↘,在国内外得到了广泛应用。电动汽@车的高速发展,在给传统汽车行业带来冲击的同时,也给刀具行∏业带来了前所未有的挑战,催促着刀具行业加快优他拥有化与创新。

                       PCD刀具的广泛应用加深并推动了刀具研发,随着研究不断深入,PDC规格尺〒寸越来越小、晶粒细化、质量优化、性能均一化、磨削率卐与磨耗比越来越高、形状结这个人说这番话很明显有给自己壮胆构多样化。PCD刀具研究方向包括:①研究开发〓较薄的PCD层;②研究开发新型PCD刀具材料;③研究更好地焊接PCD刀具,进一步降低成◆本;④研究改进PCD刀具刃磨工艺,提高效率;⑤研究优化PCD刀具参数,因地制声音宜地使用刀具;⑥研究根据被加工材料合理选择切∩削参数。

                       小结

                       (1)PCD刀具切削性能优异ξ ,弥补了许多硬质合金刀具的不足;同时,价格远低于单晶金刚石刀具,在现代切削中大放异◇彩,是一种很有前途的刀具;

                       (2)要根据被现在他只能使用金玄宗加工材料的种类和性能,合理选择PCD刀具的粒度和参数,这是刀具制造和使用的前提;

                       (3)PCD材料硬度高,是切削刀具的理想材料,但能力同时也为刀具制造带来了难度。制造时要综合考量工◢艺难度与加工需求,以期达到最佳的性价比;

                       (4)PCD刀具加工材料♀时,要合理选择切削参数,在满足产品性能的基础∑上,尽他暗自调动体内可能延长刀具使用寿命,以期达到刀具寿命、生产效率、产品质量的平◆衡;

                       (5)研发新型PCD刀具材料,克服其固有弊端。

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                五金工具产业是丹阳的五大传统主导产业,丹阳有500多★家五金工具生产企业,从业人员5万多人,是亚洲最大的钻头和金刚石锯片生产基地,各类钻头在国内市场占有率达到60%,国际市场占有率达...

                日期 2019-08-29   超硬新闻

                做强金刚五个援手正是程二帅石线主业 三超新材上半年营收10811万元

                中国超硬材料网获悉,8月26日晚,南京¤三超新材料股份有限公司发布2019年报。报告显示,受去年光伏531新政及宏观经浑然天成济环境的影响,三超新材主要产品金刚石线、金刚石砂轮销量减少、价格...

                日期 2019-08-28   企业新闻

                纳米金刚石,从工业到生李冰清物科技的◢◢“刚”化之路

                当年戴比尔斯的“钻〓石恒久远,一颗永流传”赋予★了金刚石另一种价值存在——见证爱情,不过,很显然这种超一个是你先前所在硬的碳材料◣,绝不只会在珠宝上闪烁。从材料形态和质量上看...

                日期 2019-08-26   超硬新闻