Co to jest diament polikrystaliczny (PCD)?

Wprowadzenie do diamentu polikrystalicznego

Diament polikrystaliczny (PCD) to materiał polikrystaliczny wytwarzany w wyniku polimeryzacji mikroproszku diamentowego za pomocą spoiw metalicznych (takich jak Co, Ni itp.). Diament polikrystaliczny jest specjalnym rodzajem produktu metalurgii proszków, a niektóre metody i środki konwencjonalnej metalurgii proszków są zapożyczone w sposobie wytwarzania. Po latach pięćdziesiątych XX wieku stopniowo opracowywano sztuczny diament monokrystaliczny, który jest syntetyzowany przez dodanie katalizatora do grafitu jako surowca oraz w wysokiej temperaturze i bardzo wysokim ciśnieniu.

Podczas procesu spiekania, dzięki dodaniu dodatków, pomiędzy kryształami PCD, których głównymi składnikami są Co, Mo, W, WC i Ni, powstaje mostek łączący, a diament jest trwale osadzony w mocnym szkielecie powstałym w wyniku wiązania most. Rolą spoiwa metalowego jest mocne trzymanie diamentu i zapewnienie pełnej wydajności cięcia diamentu. Ponadto, ponieważ ziarna są swobodnie rozmieszczone we wszystkich kierunkach, pęknięciom trudno jest przejść z jednego ziarna na drugie, co znacznie poprawia wytrzymałość i udarność PCD.

Cechy diamentu polikrystalicznego

1, bardzo wysoka twardość i odporność na zużycie: niezrównana twardość materiału natury wynosząca 10 000 HV, odporność na zużycie jest prawie 100 razy większa niż w przypadku płytek węglikowych.

2, anizotropowy monokrystaliczny kryształ diamentu o różnej powierzchni kryształu i kierunku kryształu pod względem twardości, odporności na zużycie, wytrzymałości mikroskopowej, szlifowania i przetwarzania stopnia trudności oraz współczynnika tarcia między materiałem przedmiotu obrabianego itp. różnią się znacznie, dlatego projektowanie i produkcja monokrystalicznego narzędzia diamentowe, muszą prawidłowo wybrać kierunek kryształu, surowce diamentowe muszą być zorientowane na kryształy. Wybór przedniej i tylnej powierzchni czołowej narzędzi diamentowych jest ważną kwestią przy projektowaniu narzędzi diamentowych monokrystalicznych.

3, niski współczynnik tarcia: wkładki PCD w obróbce niektórych materiałów nieżelaznych, gdy współczynnik tarcia w porównaniu z innymi wkładkami jest niski, około połowa węglika wynosi zwykle około 0,2.

4, krawędź tnąca PCD jest bardzo ostra, tępy promień okręgu zwykle do 0,1-0,5um. a naturalne narzędzia diamentowe z monokryształu mogą mieścić się w zakresie 0,002-0,005um. Dlatego narzędzia z diamentu naturalnego mogą wykonywać ultracienkie cięcie i ultraprecyzyjną obróbkę.

5, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej: współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest mniejszy niż w przypadku węglika spiekanego, około 1/10 stali szybkotnącej. dlatego też narzędzia diamentowe nie powodują dużych odkształceń termicznych, to znaczy zmiana wielkości narzędzia pod wpływem ciepła skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie istotne w przypadku obróbki precyzyjnej i ultraprecyzyjnej przy wymaganiach dużej precyzji wymiarowej.

Narzędzia diamentowe PCD

Obróbka aluminiowych elementów za pomocą narzędzi diamentowych PCD ma zalety w postaci długiej żywotności narzędzia i dużej wydajności usuwania metalu, ale wadą jest to, że narzędzia są drogie, a koszt obróbki wysoki. Punkt ten stworzył konsensus w branży produkcji maszyn. Jednakże rozwój i zastosowanie narzędzi PCD uległo w ostatnich latach wielu zmianom. Kolejną zmianą narzędzi PCD jest ciągłe obniżanie kosztów obróbki, presja konkurencji na rynku oraz doskonalenie procesu wytwarzania narzędzi. Pod łącznym efektem presji konkurencyjnej rynku i doskonalenia procesu wytwarzania narzędzi cena narzędzi PCD spadła znacząco, o ponad 50 proc. . Tendencje te doprowadziły do wzrostu wykorzystania narzędzi PCD w obróbce materiałów aluminiowych, przy czym możliwość zastosowania narzędzi zależy od rodzaju obrabianego materiału.

Jak używać narzędzi z diamentu polikrystalicznego

Do obróbki materiałów ze stopów aluminium nie zawierających krzemu i o niskiej zawartości krzemu zalecamy stosowanie drobnoziarnistego (lub średnioziarnistego) gatunku PCD. Gruboziarnisty gatunek PCD jest stosowany do obróbki stopu aluminium o wysokiej zawartości krzemu. Jeżeli wykończenie powierzchni przedmiotu obrabianego metodą frezowania nie spełnia wymagań, powierzchnię przedmiotu obrabianego można dociąć przy pomocy płytki frezarskiej o mniejszym uziarnieniu, aby uzyskać zadowalające wykończenie powierzchni.

Warunkiem uzyskania zadowalających efektów obróbki jest prawidłowe zastosowanie płytek diamentowych. Chociaż konkretne przyczyny awarii narzędzia są różne, zwykle wynikają one z nieprawidłowego użycia przedmiotu lub sposobu użycia. Zamawiając płytki PCD należy prawidłowo zorientować się w zakresie adaptacji narzędzia. Na przykład podczas obróbki przedmiotu z metali żelaznych (takich jak stal nierdzewna) za pomocą płytek PCD, ponieważ diament bardzo łatwo wchodzi w reakcję chemiczną z węglem zawartym w stali, doprowadzi to do szybkiego zużycia płytek PCD, dlatego też będzie to właściwy wybór do obróbki ze stali hartowanej powinny być wkładkami PCBN.

Ogólnie rzecz biorąc, aby zmniejszyć siłę skrawania i zapobiec tworzeniu się guza wiórowego, w płytkach PCD należy stosować dodatni kąt skrawania. Jednak podczas obróbki stopu aluminium o wysokiej zawartości krzemu (szczególnie przy stosowaniu płytek diamentowych zamiast narzędzi węglikowych do obróbki) kąt oparcia płytki PCD jest najlepszy niż w przypadku oryginalnych narzędzi z węglików spiekanych, kąt oparcia zastosowanych (takich jak 250) jest nieco zmniejszony, aby w celu poprawy krawędzi skrawającej płytki PCD przy wysokiej wydajności skrawania stopu aluminium i krzemu. Dodatni kąt czołowy płytki PCD również nie jest zbyt duży, ponieważ im większy kąt czołowy narzędzia, tym mniejsza wytrzymałość krawędzi skrawającej, czyli innymi słowy im mniejszy kąt tylny płytki PCD, tym większa wytrzymałość krawędzi skrawającej. Aby maksymalnie zwiększyć wytrzymałość krawędzi skrawającej przy założeniu zapewnienia dodatniego kąta skrawania narzędzia, przyspawaliśmy płytkę CNMX o ujemnym kącie czołowym do końcówki narzędzia PCD i uformowaliśmy dodatni kąt skrawania, dzięki czemu Ujemny kąt czołowy płytki zapewnia dużą wytrzymałość krawędzi skrawającej bez wpływu na normalne skrawanie narzędzia. Przygotowując krawędź skrawającą płytek PCD, nie ma potrzeby wykonywania zbyt dużej obróbki końcówki diamentowej. W przypadku frezów PCD krawędź skrawającą można lekko naostrzyć, a ponadto nadanie krawędzi skrawającej określonego nachylenia osiowego pomaga również poprawić wydajność skrawania narzędzi PCD.