다결정 다이아몬드 도구의 제조 및 적용

PCD 도구는 고온 및 고압 소결을 통해 다결정 다이아몬드 나이프 팁과 탄화물 매트릭스로 만들어집니다. 그것은 높은 경도, 높은 열전도율, 낮은 마찰 계수, 낮은 열 팽창 계수, 금속 및 비 금속, 고 탄성 계수, 절단 표면, 등방성 및 강도의 높은 강도를 고려할 수있을뿐만 아니라 단단한 합금의 높은 강도를 고려할 수 있습니다.
열 안정성, 충격 강인성 및 내마모성은 PCD의 주요 성능 지표입니다. 주로 고온 및 높은 응력 환경에서 사용되기 때문에 열 안정성이 가장 중요한 것입니다. 이 연구는 PCD의 열 안정성이 내마모성 및 충격 인성에 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 데이터는 온도가 750 ℃보다 높을 때 PCD의 내마모성 및 충격 인성은 일반적으로 5% -10% 감소 함을 보여준다.
PCD의 결정 상태는 그 특성을 결정합니다. 미세 구조에서, 탄소 원자는 4 개의 인접한 원자와 공유 결합을 형성하고, 사면체 구조를 얻은 다음, 강한 방향 및 결합력 및 높은 경도를 갖는 원자 결정을 형성한다. PCD의 주요 성능 지수는 다음과 같습니다. 열전도율은 700W / MK, 1.5-9 배이며 PCBN 및 구리보다 훨씬 높습니다. ③ 마찰 계수는 일반적으로 0.1-0.3에 불과하며, 카바이드의 0.4-1보다 훨씬 적어 절단력을 크게 감소시킨다. 열 팽창 계수는 카바이드의 0.9x10-6-1.18x10-6,1 / 5에 불과하며, 이는 열 변형을 줄이고 처리 정확도를 향상시킬 수 있습니다. ⑤ 및 비금속 물질은 결절을 형성하기위한 친화력이 적다.
입방체 붕소는 산화성이 강하고 철 함유 물질을 처리 할 수 ​​있지만 경도는 단결정 다이아몬드보다 낮으며 가공 속도는 느리고 효율이 낮습니다. 단결정 다이아몬드는 경도가 높지만 강인함은 충분하지 않습니다. 이방성은 외부 힘의 영향 하에서 (111) 표면을 따라 분리하기 쉽고, 처리 효율은 제한적이다. PCD는 미크론 크기의 다이아몬드 입자에 의해 특정 방법으로 합성 된 중합체이다. 입자의 무질서한 축적의 혼란스러운 특성은 거시적 등방성 특성을 유발하며, 인장 강도에는 방향성 및 절단 표면이 없습니다. 단결정 다이아몬드와 비교하여, PCD의 입자 경계는 이방성을 효과적으로 감소시키고 기계적 특성을 최적화한다.
1. PCD 절단 도구의 설계 원리
(1) PCD 입자 크기의 합리적인 선택
이론적으로, PCD는 곡물을 개선하려고 시도해야하며, 이방성을 극복하기 위해 제품들 사이의 첨가제 분포가 가능한 한 균일해야합니다. PCD 입자 크기의 선택은 또한 처리 조건과 관련이있다. 일반적으로, 고강도, 강인함, 좋은 충격 저항성 및 미세 곡물을 갖는 PCD는 마무리 또는 슈퍼 마감에 사용될 수 있으며, 거친 곡물의 PCD를 일반적인 거친 가공에 사용할 수 있습니다. PCD 입자 크기는 도구의 마모 성능에 크게 영향을 줄 수 있습니다. 관련 문헌에 따르면 원료 곡물이 크면 입자 크기가 감소함에 따라 내마모성이 점차 증가하지만 입자 크기가 매우 작을 때는이 규칙이 적용되지 않습니다.
관련 실험은 평균 입자 크기가 10UM, 5UM, 2UM 및 1UM 인 4 개의 다이아몬드 분말을 선택했으며, 다음과 같은 결론을 내 렸습니다. of의 감소에 따라 PCD의 내마모성 및 내열성이 점차 감소했습니다.
(2) 블레이드 입 형태 및 블레이드 두께의 합리적인 선택
블레이드 입의 형태에는 주로 거꾸로 된 가장자리, 무딘 원, 역 가장자리 무딘 원 복합재 및 날카로운 각도의 네 가지 구조가 포함됩니다. 날카로운 각도 구조는 가장자리를 날카롭게하고 절단 속도가 빠르며 절단력을 크게 줄이고 버를 크게 줄이고, 생성물의 표면 품질을 향상 시키며, 낮은 실리콘 알루미늄 합금 및 기타 낮은 경도, 균일 한 비철 금속 마감에 더 적합합니다. 둔각형 둥근 구조는 블레이드 입을 가속화하여 R 각도를 형성하여 블레이드가 효과적으로 파괴되어 중간 / 높은 실리콘 알루미늄 합금을 처리하는 데 적합합니다. 얕은 절단 깊이 및 작은 나이프 공급과 같은 일부 특별한 경우에서 둔기 둥근 구조가 선호됩니다. 역 가장자리 구조는 가장자리와 모서리를 증가시키고 블레이드를 안정화시킬 수 있지만 동시에 압력과 절단 저항이 증가하여 하중 절단에 더 적합합니다. 높은 실리콘 알루미늄 합금.
EDM을 용이하게하려면 일반적으로 얇은 PDC 시트 층 (0.3-1.0mm)과 카바이드 층을 선택하면 공구의 총 두께는 약 28mm입니다. 탄화물 층은 결합 표면 사이의 응력 차이로 인한 계층화를 피하기 위해 너무 두껍지 않아야합니다.
2, PCD 도구 제조 공정
PCD 도구의 제조 공정은 도구의 절단 성능 및 서비스 수명을 직접 결정합니다. 이는 응용 프로그램 및 개발의 핵심입니다. PCD 도구의 제조 공정은 그림 5에 나와 있습니다.
(1) PCD 복합 태블릿 제조 (PDC)
pdc의 제조 공정
PDC는 일반적으로 고온 (1000-2000 ℃) 및 고압 (5-10 ATM)에서 천연 또는 합성 다이아몬드 분말 및 결합제로 구성됩니다. 결합제는 주요 성분으로서 TIC, SIC, FE, CO, NI 등과 결합 브리지를 형성하며, 다이아몬드 결정은 공유 결합 형태로 결합 브리지의 골격에 내장된다. PDC는 일반적으로 고정 직경과 두께, 연삭 및 연마 및 기타 상응하는 물리적 및 화학적 처리를 갖는 디스크로 만들어집니다. 본질적으로, PDC의 이상적인 형태는 가능한 한 단결정 다이아몬드의 우수한 물리적 특성을 유지해야하므로, 소결 몸의 첨가제는 가능한 한 적은 시간에 입자 DD 결합 조합을 가능한 한 적게해야합니다.
② 바인더의 분류 및 선택
바인더는 PCD 도구의 열 안정성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이며, 이는 경도, 내마모성 및 열 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적인 PCD 결합 방법 : 철, 코발트, 니켈 및 기타 전이 금속입니다. CO 및 W 혼합 분말은 결합제로 사용되었고, 합성 압력이 5.5 GPA 일 때 소결 PCD의 포괄적 인 성능, 소결 온도는 1450 ℃이고 4 분 동안의 절연 성능이 가장 좋았다. SIC, TIC, WC, TIB2 및 기타 세라믹 재료. SIC SIC의 열 안정성은 CO의 열 안정성보다 우수하지만 경도와 골절 강인성은 비교적 낮습니다. 원료 크기의 적절한 감소는 PCD의 경도와 인성을 향상시킬 수 있습니다. 초 고온에서 흑연 또는 기타 탄소 공급원이있는 접착제 및 고압은 나노 스케일 중합체 다이아몬드 (NPD)로 연소되었습니다. 흑연을 NPD를 준비하기위한 전구체로 사용하는 것이 가장 까다로운 조건이지만 합성 NPD는 가장 높은 경도와 최고의 기계적 특성을 갖습니다.
③ 곡물의 선택 및 제어
원료 다이아몬드 파우더는 PCD의 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 다이아몬드 미세 파종 전처리, 소량의 물질을 추가하여 비정상적인 다이아몬드 입자 성장을 방해하고 소결 첨가제의 합리적인 선택은 비정상적인 다이아몬드 입자의 성장을 억제 할 수 있습니다.
균일 한 구조를 갖는 높은 순수한 NPD는 이방성을 효과적으로 제거하고 기계적 특성을 더욱 향상시킬 수있다. 고 에너지 볼 연삭 방법에 의해 제조 된 나노 그래프 전구체 분말을 사용하여 고온 사전 싱글 싱어링에서 산소 함량을 조절하고, 18GPA 및 2100-2300 ℃에서 흑연을 다이아몬드로 변환하고, 라멜라 및 과립 NPD를 생성하고, 라멜라 두께의 감소에 따라 경도는 증가 하였다.
④ 늦은 화학 처리
동일한 온도 (200 ℃) 및 시간 (20H)에서, Lewis Acid-FECL3의 코발트 제거 효과는 물보다 훨씬 우수했으며, HCl의 최적 비율은 10-15g / 100ml였다. 코발트 제거 깊이가 증가함에 따라 PCD의 열 안정성이 향상됩니다. 거친 입자 성장 PCD의 경우, 강산 처리는 CO를 완전히 제거 할 수 있지만 중합체 성능에 큰 영향을 미칩니다. 합성 다결정 구조를 변화시키기 위해 TIC 및 WC를 추가하고 강한 산 처리와 결합하여 PCD의 안정성을 향상시킵니다. 현재, PCD 재료의 제조 과정이 개선되고, 제품 강인성이 좋으며, 이방성이 크게 개선되었으며, 상업 생산, 관련 산업이 빠르게 발전하고 있음을 깨달았습니다.
(2) PCD 블레이드의 처리
① 절단 과정
PCD는 경도가 높고 내마모성이 우수하며 어려운 절단 과정이 있습니다.
② 용접 절차
기계식 클램프, 본딩 및 브레이징에 의한 PDC 및 나이프 바디. 브레이징은 진공 브레이징, 진공 확산 용접, 고주파 유도 가열 브레이징, 레이저 용접 등을 포함한 카바이드 매트릭스에 PDC를 눌러야합니다. 고주파 유도 가열 브레이징은 저비용과 높은 수익률을 가지며 널리 사용되었습니다. 용접 품질은 플럭스, 용접 합금 및 용접 온도와 관련이 있습니다. 용접 온도 (일반적으로 700 ° °보다 낮음)는 가장 큰 영향을 미치고 온도가 너무 높거나 PCD 흑연화를 유발하기 쉽거나 "과도한 연소"를 유발하여 용접 효과에 직접 영향을 미치며 온도가 너무 낮 으면 용접 강도가 불충분합니다. 용접 온도는 절연 시간과 PCD 발적의 깊이에 의해 제어 될 수 있습니다.
blade 연삭 과정
PCD 도구 연삭 프로세스는 제조 공정의 핵심입니다. 일반적으로 블레이드의 피크 값과 블레이드는 5UM 이내이고 아크 반경은 4UM 이내입니다. 전면 및 후면 절단 표면은 특정 표면 마감을 보장하고 미러 절단 표면 RA를 0.01 μm로 줄여 미러 요구 사항을 충족시키고 전면 나이프 표면을 따라 칩이 흐르고 칼을 붙이지 않도록합니다.
블레이드 연삭 과정에는 다이아몬드 연삭 휠 기계식 블레이드 연삭, 전기 스파크 블레이드 연삭 (EDG), 금속 바인더 슈퍼 하드 연마 휠 온라인 전해 전해 마무리 블레이드 그라인딩 (ELID), 복합 블레이드 연삭 가공이 포함됩니다. 그중에서도 다이아몬드 그라인딩 휠 기계식 블레이드 연삭이 가장 성숙하여 가장 널리 사용됩니다.
관련 실험 : : 거친 입자 그라인딩 휠은 심각한 블레이드 붕괴로 이어지고 연삭 휠의 입자 크기가 감소하고 블레이드의 품질이 더 좋아집니다. of 그라인딩 휠의 입자 크기는 미세 입자의 블레이드 품질과 밀접한 관련이 있지만 초트라핀 입자 PCD 도구와 밀접한 관련이 있지만 거친 입자 PCD 도구에 영향을 미칩니다.
국내외의 관련 연구는 주로 블레이드 연삭 메커니즘과 과정에 중점을 둡니다. 블레이드 그라인딩 메커니즘에서, 열 화학적 제거 및 기계적 제거는 지배적이며 취성 제거 및 피로 제거는 비교적 작다. 분쇄 할 때, 다른 결합제 다이아몬드 그라인딩 휠의 강도 및 내열성에 따라 갈기 휠의 속도와 스윙 주파수를 최대한 향상시키고, 브리티 니스와 피로 제거를 피하고, 열 화학적 제거의 비율을 향상시키고, 표면 거칠기를 감소시킵니다. 건조 분쇄의 표면 거칠기는 낮지 만 가공 온도가 높기 때문에 쉽게 타는 도구 표면,
블레이드 그라인딩 프로세스에주의해야합니다. 그러나 높은 연삭 력, 큰 손실, 낮은 연삭 효율, 높은 비용을 고려하십시오. binder 바인더 유형, 입자 크기, 농도, 바인더, 그라인딩 휠 드레싱, 합리적인 건조 및 습식 블레이드 연삭 조건을 포함한 합리적인 연삭 휠 품질을 선택하면 도구의 표면 품질을 향상시키면서 도구 전면 및 후면 코너, 나이프 팁 패시베이션 값 및 기타 매개 변수를 최적화 할 수 있습니다.
다른 바인딩 다이아몬드 그라인딩 휠은 다른 특성과 다른 연삭 메커니즘과 효과를 갖습니다. 수지 바인더 다이아몬드 샌드 휠은 부드럽고 연삭 입자는 조기에 떨어지기 쉽고, 내열이없고, 열에 의해 표면이 쉽게 변형되며, 칼날 연삭 표면은 마표 마크, 큰 거칠기가 나타납니다. 금속 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠은 분쇄, 우수한 성형 성, 표면화, 블레이드 연삭의 표면 거칠기가 낮은 표면 거칠기, 더 높은 효율성으로 인해 날카롭게 유지되지만, 분쇄 입자의 결합 능력은 자체 공유가 열악하게 만들어지고, 절단 가장자리는 충격 격차를 남기기 쉽다. 세라믹 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠은 중간 정도의 강도, 좋은자가 성능 성능, 더 많은 내부 모공, 더 먼지 제거 및 열 소산, 다양한 냉각제, 낮은 연삭 온도, 연삭 휠은 덜 마모되고, 좋은 모양 보유, 가장 높은 효율성, 그러나 다이아몬드 그라인딩 및 바인더의 도표의 신체의 정확도는 가장 높은 효율성의 정확성을 가지고 있습니다. 가공 재료, 포괄적 인 연삭 효율, 연마성 내구성 및 공작물의 표면 품질에 따라 사용하십시오.
연삭 효율에 대한 연구는 주로 생산성 및 제어 비용 개선에 중점을 둡니다. 일반적으로 연삭 속도 Q (단위 시간당 PCD 제거) 및 마모 비율 G (Grinding Wheel Loss의 PCD 제거의 비율)는 평가 기준으로 사용됩니다.
일정한 압력으로 독일 학자 ​​Kenter Grinding PCD 도구, 테스트 : ① 연삭 휠 속도, PDC 입자 크기 및 냉각수 농도를 증가 시키며, 연삭 속도 및 마모 비율이 감소합니다. ② 연삭 입자 크기를 증가시키고, 일정한 압력을 증가시키고, 그라인딩 휠에서 다이아몬드의 농도를 증가시키고, 그라인딩 속도 및 마모 비율이 증가합니다. binder 바인더 유형은 다르고 연삭 속도와 마모 비율이 다릅니다. Kenter PCD 도구의 블레이드 연삭 과정을 체계적으로 연구했지만 블레이드 연삭 과정의 영향은 체계적으로 분석되지 않았습니다.

3. PCD 절단 도구의 사용 및 실패
(1) 공구 절단 매개 변수 선택
PCD 도구의 초기 기간 동안 날카로운 모서리 입이 점차 통과되었고 가공 표면 품질이 향상되었습니다. 패시베이션은 블레이드 연삭에 의해 가져온 마이크로 갭과 작은 버를 효과적으로 제거하고, 최첨단의 표면 품질을 향상시킬 수 있으며, 동시에, 가공 된 표면을 압박하고 수리하기 위해 원형 가장자리 반경을 형성하여 공작물의 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.
PCD 공구 표면 밀링 알루미늄 합금, 절단 속도는 일반적으로 4000m / min이며, 구멍 처리는 일반적으로 800m / 분에 있으며, 높은 탄성 플라스틱 비제 금속의 처리는 더 높은 회전 속도 (300-1000m / min)를 취해야합니다. 피드 볼륨은 일반적으로 0.08-0.15mm/r 사이에 권장됩니다. 너무 큰 공급량, 절단력 증가, 공작물 표면의 잔류 기하학적 영역 증가; 공급량이 너무 적고 열 감소 증가 및 마모 증가. 절단 깊이가 증가하고, 절단력이 증가하고, 절단 열이 증가하고, 수명이 감소하고, 과도한 절단 깊이는 블레이드 붕괴를 쉽게 유발할 수 있습니다. 작은 절단 깊이는 가공 경화, 마모 및 심지어 블레이드 붕괴로 이어질 것입니다.
(2) 착용 형태
도구 처리 공작물, 마찰, 고온 및 기타 이유로 인해 마모가 불가피합니다. 다이아몬드 도구의 마모는 초기 급속 마모 단계 (전이 단계라고도 함), 일정한 마모 속도를 갖는 안정적인 마모 단계 및 후속 급속 마모 단계의 세 단계로 구성됩니다. 빠른 마모 단계는 도구가 작동하지 않으며 회분이 필요하다는 것을 나타냅니다. 절단 도구의 마모 형태에는 접착제 마모 (차가운 용접 마모), 확산 마모, 연마 마모, 산화 마모 등이 포함됩니다.
기존 도구와는 달리 PCD 도구의 마모 형태는 접착제 마모, 확산 마모 및 다결정 층 손상입니다. 그중, 다결정 층의 손상은 주된 이유이며, 이는 외부 충격 또는 PDC의 접착제 손실로 인한 미묘한 블레이드 붕괴로 나타나고 갭을 형성하는 물리적 기계적 손상에 속하며, 이는 정밀성 처리 및 작업장의 스크랩을 이끌어 낼 수 있습니다. PCD 입자 크기, 블레이드 형태, 블레이드 각도, 공작물 재료 및 처리 파라미터는 블레이드 블레이드 강도 및 절단력에 영향을 미친 다음 다결정 층의 손상을 유발합니다. 엔지니어링 실습에서, 적절한 원료 입자 크기, 공구 매개 변수 및 처리 매개 변수는 처리 조건에 따라 선택되어야합니다.

4. PCD 절단 도구의 개발 추세
현재 PCD 도구의 적용 범위는 전통적인 회전에서 드릴링, 밀링, 고속 절단으로 확장되었으며 국내외에서 널리 사용되었습니다. 전기 자동차의 빠른 개발은 전통적인 자동차 산업에 영향을 미쳤을뿐만 아니라 도구 산업에 전례없는 과제를 가져와 도구 산업이 최적화와 혁신을 가속화 할 것을 촉구했습니다.
PCD 절단 도구의 광범위한 적용은 절단 도구의 연구 및 개발을 심화시키고 촉진했습니다. 연구가 심화되면서 PDC 사양은 점점 작아지고 곡물 정제 품질 최적화, 성능 균일 성, 그라인딩 속도 및 마모 비율이 높고 더 높으며 모양 및 구조 다각화가 높아집니다. PCD 도구의 연구 방향에는 다음이 포함됩니다. ② 새로운 PCD 도구 자료를 연구하고 개발합니다. pCD 도구를 더 잘 용접하고 비용을 더욱 줄이는 연구; Research는 PCD 도구 블레이드 연삭 공정을 개선하여 효율성을 향상시킵니다. pcd PCD 도구 매개 변수를 최적화하고 지역 조건에 따라 도구를 사용합니다. processed 연구는 처리 된 재료에 따라 절단 매개 변수를 합리적으로 선택합니다.
간단한 요약
(1) PCD 도구 절단 성능, 많은 탄수화물 도구의 부족을 보충합니다. 동시에, 가격은 현대적인 절단에서 단결정 다이아몬드 도구보다 훨씬 낮습니다.
(2) 가공 된 재료의 유형 및 성능에 따라, 공구 제조 및 사용의 전제 인 PCD 도구의 입자 크기 및 매개 변수의 합리적인 선택.
(3) PCD 재료는 경도가 높기 때문에 나이프 카운티 절단에 이상적인 재료이지만 절단 도구 제조에 어려움이 있습니다. 제조 할 때 최상의 비용 성능을 달성하기 위해 프로세스 난이도 및 처리 요구를 종합적으로 고려합니다.
(4) Knife County의 PCD 처리 재료는 공구 수명, 생산 효율성 및 제품 품질의 균형을 달성하기 위해 도구의 서비스 수명을 확장하기 위해 가능한 한 제품 성능을 충족시키는 기준으로 절단 매개 변수를 합리적으로 선택해야합니다.
(5) 고유 한 단점을 극복하기위한 새로운 PCD 도구 자료를 연구하고 개발
이 기사는 "슈퍼 하드 자재 네트워크"