การผลิตและการประยุกต์ใช้เครื่องมือเพชรผลึกหลายเหลี่ยม

เครื่องมือ PCD ผลิตจากปลายมีดเพชรผลึกหลายเหลี่ยมและเมทริกซ์คาร์ไบด์ ผ่านกระบวนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงและความดันสูง จึงไม่เพียงแต่ใช้ประโยชน์จากข้อดีต่างๆ เช่น ความแข็งสูง การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความสัมพันธ์กับโลหะและอโลหะต่ำ โมดูลัสความยืดหยุ่นสูง ไม่มีพื้นผิวตัดเฉือน และเป็นเนื้อเดียวกันทุกทิศทาง แต่ยังคำนึงถึงความแข็งแรงสูงของโลหะผสมแข็งอีกด้วย
ความเสถียรทางความร้อน ความทนทานต่อแรงกระแทก และความต้านทานการสึกหรอ เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของ PCD เนื่องจากส่วนใหญ่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความเค้นสูง ความเสถียรทางความร้อนจึงมีความสำคัญที่สุด การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความเสถียรทางความร้อนของ PCD มีผลกระทบอย่างมากต่อความต้านทานการสึกหรอและความทนทานต่อแรงกระแทก ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 750℃ ความต้านทานการสึกหรอและความทนทานต่อแรงกระแทกของ PCD โดยทั่วไปจะลดลง 5% -10%
สถานะผลึกของ PCD เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของมัน ในโครงสร้างจุลภาค อะตอมของคาร์บอนจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมที่อยู่ติดกันสี่อะตอม ทำให้เกิดโครงสร้างทรงสี่หน้า จากนั้นจึงเกิดเป็นผลึกอะตอม ซึ่งมีทิศทางและแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรง และมีความแข็งสูง ดัชนีประสิทธิภาพหลักของ PCD มีดังนี้: ① ความแข็งสามารถสูงถึง 8000 HV สูงกว่าคาร์ไบด์ 8-12 เท่า; ② การนำความร้อนอยู่ที่ 700 วัตต์/มิลลิเคลวิน สูงกว่า PCBN และทองแดง 1.5-9 เท่า; ③ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.1-0.3 ซึ่งน้อยกว่า 0.4-1 ของคาร์ไบด์มาก ช่วยลดแรงตัดได้อย่างมาก; ④ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนอยู่ที่ 0.9x10⁻⁶ ถึง 1.18x10⁻⁶ 1/5 ของคาร์ไบด์ ซึ่งสามารถลดการเสียรูปจากความร้อนและปรับปรุงความแม่นยำในการประมวลผล; ⑤ และวัสดุที่ไม่ใช่โลหะมีแนวโน้มที่จะเกิดเป็นก้อนน้อย
โบรอนไนไตรด์ลูกบาศก์มีความต้านทานต่อการออกซิเดชันสูงและสามารถแปรรูปวัสดุที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบได้ แต่ความแข็งต่ำกว่าเพชรผลึกเดี่ยว ความเร็วในการแปรรูปช้า และประสิทธิภาพต่ำ เพชรผลึกเดี่ยวมีความแข็งสูง แต่ความเหนียวไม่เพียงพอ ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้แตกตัวได้ง่ายตามพื้นผิว (111) ภายใต้แรงกระแทกจากแรงภายนอก และประสิทธิภาพในการแปรรูปมีจำกัด PCD เป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์จากอนุภาคเพชรขนาดไมครอนด้วยวิธีการบางอย่าง ลักษณะที่วุ่นวายของการสะสมอนุภาคที่ไม่เป็นระเบียบนำไปสู่ลักษณะที่เป็นเนื้อเดียวกันในระดับมหภาค และไม่มีทิศทางและพื้นผิวการแตกตัวในความแข็งแรงดึง เมื่อเปรียบเทียบกับเพชรผลึกเดี่ยว ขอบเกรนของ PCD ช่วยลดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงคุณสมบัติทางกลให้ดียิ่งขึ้น
1. หลักการออกแบบเครื่องมือตัด PCD
(1) การเลือกขนาดอนุภาค PCD ที่เหมาะสม
ตามทฤษฎีแล้ว PCD ควรพยายามปรับปรุงขนาดของเกรนให้ละเอียดขึ้น และการกระจายตัวของสารเติมแต่งระหว่างผลิตภัณฑ์ควรมีความสม่ำเสมอมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเอาชนะปัญหาความไม่สม่ำเสมอ การเลือกขนาดอนุภาคของ PCD ยังเกี่ยวข้องกับสภาวะการประมวลผลด้วย โดยทั่วไปแล้ว PCD ที่มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวดี ความต้านทานแรงกระแทกดี และขนาดเกรนละเอียด สามารถใช้สำหรับการตกแต่งผิวหรือการตกแต่งผิวขั้นสูงได้ ในขณะที่ PCD ที่มีขนาดเกรนหยาบสามารถใช้สำหรับการกลึงหยาบทั่วไป ขนาดอนุภาคของ PCD สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการสึกหรอของเครื่องมือ เอกสารที่เกี่ยวข้องชี้ให้เห็นว่า เมื่อขนาดเกรนของวัตถุดิบมีขนาดใหญ่ ความต้านทานการสึกหรอจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเมื่อขนาดเกรนลดลง แต่เมื่อขนาดเกรนเล็กมาก กฎนี้จะไม่สามารถใช้ได้
การทดลองที่เกี่ยวข้องได้เลือกผงเพชร 4 ชนิดที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 10 ไมโครเมตร 5 ไมโครเมตร 2 ไมโครเมตร และ 1 ไมโครเมตร และได้ข้อสรุปว่า: ① เมื่อขนาดอนุภาคของวัตถุดิบลดลง โคบอลต์จะกระจายตัวได้สม่ำเสมอยิ่งขึ้น ② เมื่อค่า ② ลดลง ความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานความร้อนของ PCD จะค่อยๆ ลดลง
(2) การเลือกรูปทรงปากใบมีดและความหนาของใบมีดที่เหมาะสม
รูปทรงของปากใบเลื่อยส่วนใหญ่มี 4 แบบ ได้แก่ ขอบคว่ำ ขอบมนกลม ขอบคว่ำผสมขอบมนกลม และมุมแหลม โครงสร้างมุมแหลมทำให้คมมีดคม ตัดได้เร็ว ลดแรงตัดและเศษโลหะได้อย่างมาก ปรับปรุงคุณภาพผิวชิ้นงาน เหมาะสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมซิลิคอนต่ำและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความแข็งต่ำอื่นๆ ที่ต้องการการตกแต่งผิวที่สม่ำเสมอ โครงสร้างขอบมนกลมช่วยลดการเกิดสนิมที่ปากใบเลื่อย ทำให้เกิดมุม R ป้องกันการหักของใบเลื่อยได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหมาะสำหรับการแปรรูปโลหะผสมอะลูมิเนียมซิลิคอนปานกลาง/สูง ในบางกรณีพิเศษ เช่น ความลึกในการตัดตื้นและการป้อนมีดน้อย โครงสร้างขอบมนกลมจะเหมาะสมกว่า โครงสร้างขอบคว่ำช่วยเพิ่มคมมีดและมุม ทำให้ใบเลื่อยมีความเสถียรมากขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็จะเพิ่มแรงกดและแรงต้านการตัด เหมาะสำหรับการตัดโลหะผสมอะลูมิเนียมซิลิคอนสูงที่มีภาระหนัก
เพื่อให้การทำ EDM ง่ายขึ้น โดยทั่วไปจะเลือกใช้แผ่น PDC บางๆ (0.3-1.0 มม.) บวกกับชั้นคาร์ไบด์ ความหนารวมของเครื่องมือจะอยู่ที่ประมาณ 28 มม. ชั้นคาร์ไบด์ไม่ควรหนาเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกชั้นที่เกิดจากความแตกต่างของความเค้นระหว่างพื้นผิวที่ยึดติดกัน
2. กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD
กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการนำไปใช้งานและการพัฒนา กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD แสดงในรูปที่ 5
(1) การผลิตยาเม็ดคอมโพสิต PCD (PDC)
① กระบวนการผลิต PDC
โดยทั่วไปแล้ว PDC ประกอบด้วยผงเพชรธรรมชาติหรือสังเคราะห์และสารยึดเกาะที่อุณหภูมิสูง (1000-2000℃) และความดันสูง (5-10 atm) สารยึดเกาะจะสร้างสะพานเชื่อมโดยมี TiC, Sic, Fe, Co, Ni เป็นส่วนประกอบหลัก และผลึกเพชรจะฝังอยู่ในโครงสร้างของสะพานเชื่อมในรูปแบบของพันธะโควาเลนต์ โดยทั่วไปแล้ว PDC จะถูกผลิตเป็นแผ่นกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาคงที่ และผ่านกระบวนการเจียร ขัดเงา และการบำบัดทางกายภาพและเคมีอื่นๆ ที่เหมาะสม โดยหลักการแล้ว รูปทรงที่เหมาะสมที่สุดของ PDC ควรคงคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยมของผลึกเพชรเดี่ยวไว้ให้มากที่สุด ดังนั้น สารเติมแต่งในเนื้อวัสดุที่ใช้ในการเผาผนึกควรมีน้อยที่สุด ในขณะเดียวกัน การรวมตัวของพันธะ DD ของอนุภาคควรมีมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
② การจำแนกและเลือกใช้สารยึดเกาะ
สารยึดเกาะเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อเสถียรภาพทางความร้อนของเครื่องมือ PCD ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และเสถียรภาพทางความร้อน วิธีการยึดเกาะ PCD ทั่วไป ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ นิกเกล และโลหะทรานซิชันอื่นๆ ผงผสมโคบอลต์และทังสเตนถูกใช้เป็นสารยึดเกาะ และประสิทธิภาพโดยรวมของการเผาผนึก PCD จะดีที่สุดเมื่อความดันในการสังเคราะห์อยู่ที่ 5.5 GPa อุณหภูมิในการเผาผนึกอยู่ที่ 1450℃ และคงอุณหภูมิไว้ 4 นาที วัสดุเซรามิกอื่นๆ ได้แก่ SiC, TiC, WC, TiB2 SiC มีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่าโคบอลต์ แต่ความแข็งและความเหนียวในการแตกหักค่อนข้างต่ำ การลดขนาดของวัตถุดิบอย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งและความเหนียวของ PCD ได้ โดยไม่ใช้กาว แต่ใช้กราไฟต์หรือแหล่งคาร์บอนอื่นๆ ในการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงมากและความดันสูงเพื่อสร้างเพชรพอลิเมอร์ระดับนาโน (NPD) การใช้กราไฟต์เป็นสารตั้งต้นในการเตรียม NPD นั้นมีเงื่อนไขที่ท้าทายที่สุด แต่ NPD ที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นมีค่าความแข็งสูงสุดและคุณสมบัติทางกลที่ดีที่สุด
การคัดเลือกและการควบคุม ③ เมล็ดพืช
ผงเพชรซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพของ PCD การเตรียมผงเพชรขนาดเล็ก การเติมสารที่ช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของอนุภาคเพชรที่ผิดปกติในปริมาณเล็กน้อย และการเลือกสารเติมแต่งในการเผาผนึกอย่างเหมาะสม สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของอนุภาคเพชรที่ผิดปกติได้
นาโนไดมอนด์ (NPD) ที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีโครงสร้างสม่ำเสมอสามารถขจัดความไม่สม่ำเสมอได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลให้ดียิ่งขึ้น ผงกราไฟต์นาโนที่เตรียมโดยวิธีการบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมปริมาณออกซิเจนในการเผาผนึกเบื้องต้นที่อุณหภูมิสูง เปลี่ยนกราไฟต์ให้เป็นเพชรภายใต้ความดัน 18 GPa และอุณหภูมิ 2100-2300℃ ทำให้เกิดนาโนไดมอนด์แบบแผ่นและแบบเม็ด และความแข็งจะเพิ่มขึ้นเมื่อความหนาของแผ่นลดลง
④ การรักษาด้วยสารเคมีในระยะหลัง
ที่อุณหภูมิเดียวกัน (200 °℃) และเวลาเดียวกัน (20 ชั่วโมง) ประสิทธิภาพการกำจัดโคบอลต์ของกรดลูอิส-FeCl3 ดีกว่าการใช้น้ำอย่างเห็นได้ชัด และอัตราส่วนที่เหมาะสมของ HCl คือ 10-15 กรัม/100 มิลลิลิตร ความเสถียรทางความร้อนของ PCD ดีขึ้นเมื่อความลึกของการกำจัดโคบอลต์เพิ่มขึ้น สำหรับ PCD ที่มีโครงสร้างผลึกหยาบ การบำบัดด้วยกรดเข้มข้นสามารถกำจัด Co ได้อย่างสมบูรณ์ แต่มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของพอลิเมอร์ การเติม TiC และ WC เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างผลึกสังเคราะห์และรวมกับการบำบัดด้วยกรดเข้มข้นเพื่อปรับปรุงความเสถียรของ PCD ปัจจุบัน กระบวนการเตรียมวัสดุ PCD กำลังได้รับการปรับปรุง ความเหนียวของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น ความเป็นเนื้อเดียวกันได้รับการปรับปรุงอย่างมาก มีการผลิตเชิงพาณิชย์แล้ว และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว
(2) การประมวลผลใบมีด PCD
① กระบวนการตัด
PCD มีความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี และเหมาะสำหรับกระบวนการตัดที่ยากลำบาก
② ขั้นตอนการเชื่อม
การเชื่อม PDC เข้ากับตัวมีดทำได้โดยการหนีบทางกล การยึดติด และการบัดกรี การบัดกรีคือการกด PDC ลงบนเมทริกซ์คาร์ไบด์ ซึ่งรวมถึงการบัดกรีสุญญากาศ การเชื่อมแบบแพร่กระจายในสุญญากาศ การบัดกรีด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูง การเชื่อมด้วยเลเซอร์ เป็นต้น การบัดกรีด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูงมีต้นทุนต่ำและผลตอบแทนสูง จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย คุณภาพการเชื่อมขึ้นอยู่กับฟลักซ์ โลหะผสมที่ใช้ในการเชื่อม และอุณหภูมิในการเชื่อม อุณหภูมิในการเชื่อม (โดยทั่วไปต่ำกว่า 700 °℃) มีผลกระทบมากที่สุด หากอุณหภูมิสูงเกินไป จะทำให้เกิดกราไฟต์ของ PCD หรือแม้แต่ "ไหม้เกินไป" ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเชื่อม และหากอุณหภูมิต่ำเกินไปจะทำให้ความแข็งแรงในการเชื่อมไม่เพียงพอ อุณหภูมิในการเชื่อมสามารถควบคุมได้โดยเวลาในการให้ความร้อนและความลึกของการแดงของ PCD
③ กระบวนการลับคมใบมีด
กระบวนการลับคมเครื่องมือ PCD เป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการผลิต โดยทั่วไป ค่าความคมสูงสุดของใบมีดและความกว้างของใบมีดจะอยู่ภายใน 5 ไมโครเมตร และรัศมีส่วนโค้งจะอยู่ภายใน 4 ไมโครเมตร พื้นผิวการตัดด้านหน้าและด้านหลังช่วยให้ได้ผิวสำเร็จที่แน่นอน และสามารถลดค่าความเรียบผิว (Ra) ของพื้นผิวการตัดด้านหน้าลงเหลือ 0.01 ไมโครเมตร เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของกระจกเงา ช่วยให้เศษวัสดุไหลไปตามพื้นผิวใบมีดด้านหน้าและป้องกันไม่ให้ใบมีดติด
กระบวนการลับคมใบมีดประกอบด้วย การลับคมใบมีดด้วยล้อเจียรเพชรแบบกลไก การลับคมใบมีดด้วยประกายไฟไฟฟ้า (EDG) การลับคมใบมีดด้วยล้อเจียรโลหะแข็งพิเศษแบบอิเล็กโทรไลต์ (ELID) และการลับคมใบมีดแบบผสม ในบรรดากระบวนการเหล่านี้ การลับคมใบมีดด้วยล้อเจียรเพชรแบบกลไกเป็นกระบวนการที่พัฒนาแล้วมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
การทดลองที่เกี่ยวข้อง: ① ล้อเจียรที่มีอนุภาคหยาบจะทำให้ใบมีดเสียหายอย่างรุนแรง และเมื่อขนาดอนุภาคของล้อเจียรลดลง คุณภาพของใบมีดก็จะดีขึ้น ② ขนาดอนุภาคของล้อเจียรมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณภาพของใบมีดสำหรับเครื่องมือ PCD ที่มีอนุภาคละเอียดหรือละเอียดมาก แต่มีผลจำกัดต่อเครื่องมือ PCD ที่มีอนุภาคหยาบ
งานวิจัยที่เกี่ยวข้องทั้งในและต่างประเทศส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่กลไกและกระบวนการลับคมใบมีด ในกลไกการลับคมใบมีด การกำจัดด้วยความร้อนและสารเคมี และการกำจัดด้วยกลไกเป็นกระบวนการหลัก ส่วนการกำจัดแบบเปราะและการกำจัดแบบล้ามีสัดส่วนค่อนข้างน้อย เมื่อทำการลับคม ควรเพิ่มความเร็วและความถี่ในการแกว่งของล้อลับคมให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยพิจารณาจากความแข็งแรงและความทนทานต่อความร้อนของสารยึดเกาะที่แตกต่างกันของล้อลับคมเพชร เพื่อหลีกเลี่ยงการกำจัดแบบเปราะและแบบล้า เพิ่มสัดส่วนของการกำจัดด้วยความร้อนและสารเคมี และลดความหยาบของพื้นผิว ความหยาบของพื้นผิวที่ได้จากการลับคมแบบแห้งนั้นต่ำ แต่เนื่องจากอุณหภูมิในการประมวลผลสูง อาจทำให้พื้นผิวของเครื่องมือไหม้ได้ง่าย
กระบวนการลับคมใบมีดจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับ: ① การเลือกพารามิเตอร์กระบวนการลับคมใบมีดที่เหมาะสม จะช่วยให้คุณภาพของคมมีดดีขึ้น และความเรียบเนียนของพื้นผิวหน้าและหลังใบมีดสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ก็ต้องคำนึงถึงแรงลับคมที่สูง ซึ่งส่งผลให้สูญเสียวัสดุมาก ประสิทธิภาพการลับคมต่ำ และต้นทุนสูงด้วย ② การเลือกคุณภาพของล้อลับคมที่เหมาะสม รวมถึงชนิดของสารยึดเกาะ ขนาดอนุภาค ความเข้มข้น การลับคมล้อลับคม และสภาวะการลับคมใบมีดแบบแห้งและเปียกที่เหมาะสม จะช่วยปรับปรุงมุมหน้าและหลังของเครื่องมือ ค่าการเกิดฟิล์มป้องกันที่ปลายมีด และพารามิเตอร์อื่นๆ ในขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของเครื่องมือด้วย
ล้อเจียรเพชรแบบใช้สารยึดเกาะต่างกันมีลักษณะเฉพาะ กลไกการเจียร และประสิทธิภาพการเจียรที่แตกต่างกัน ล้อเจียรเพชรแบบใช้เรซินเป็นสารยึดเกาะนั้นอ่อนนุ่ม อนุภาคเจียรหลุดออกง่ายก่อนกำหนด ทนความร้อนต่ำ พื้นผิวเสียรูปได้ง่ายจากความร้อน พื้นผิวการเจียรใบมีดมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยสึกหรอ ความหยาบสูง ล้อเจียรเพชรแบบใช้โลหะเป็นสารยึดเกาะนั้นคมอยู่เสมอด้วยการบดละเอียดจากการเจียร มีความสามารถในการขึ้นรูปและปรับพื้นผิวได้ดี ความหยาบของพื้นผิวการเจียรใบมีดต่ำ ประสิทธิภาพสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการยึดเกาะของอนุภาคเจียรทำให้การลับคมด้วยตัวเองไม่ดี และคมตัดมีแนวโน้มที่จะเกิดช่องว่างจากการกระแทก ทำให้เกิดความเสียหายที่ขอบอย่างรุนแรง ล้อเจียรเพชรแบบใช้เซรามิกเป็นสารยึดเกาะนั้นมีความแข็งแรงปานกลาง ประสิทธิภาพการกระตุ้นตัวเองที่ดี มีรูพรุนภายในมากขึ้น ช่วยในการกำจัดฝุ่นและระบายความร้อนได้ดี สามารถใช้กับสารหล่อเย็นได้หลากหลายชนิด อุณหภูมิการเจียรต่ำ ล้อเจียรสึกหรอน้อย รักษารูปทรงได้ดี ความแม่นยำและประสิทธิภาพสูงสุด อย่างไรก็ตาม ลักษณะของเพชรและสารยึดเกาะทำให้เกิดหลุมบนพื้นผิวของเครื่องมือ ควรเลือกใช้ตามวัสดุที่ใช้ในการแปรรูป ประสิทธิภาพการเจียรโดยรวม ความทนทานของสารขัด และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงาน
การวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเจียรส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงผลผลิตและควบคุมต้นทุน โดยทั่วไป อัตราการเจียร Q (ปริมาณการเจียร PCD ต่อหน่วยเวลา) และอัตราการสึกหรอ G (อัตราส่วนของปริมาณการเจียร PCD ต่อการสูญเสียของล้อเจียร) จะถูกใช้เป็นเกณฑ์ในการประเมิน
นักวิชาการชาวเยอรมัน KENTER ได้ทำการทดสอบการเจียรเครื่องมือ PCD ด้วยแรงดันคงที่ โดยพบว่า: ① การเพิ่มความเร็วของล้อเจียร ขนาดอนุภาค PDC และความเข้มข้นของสารหล่อเย็น จะทำให้อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอลดลง; ② การเพิ่มขนาดอนุภาคเจียร การเพิ่มแรงดันคงที่ และการเพิ่มความเข้มข้นของเพชรในล้อเจียร จะทำให้อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอเพิ่มขึ้น; ③ ชนิดของสารยึดเกาะที่แตกต่างกัน จะส่งผลให้อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอแตกต่างกัน KENTER ได้ศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับกระบวนการเจียรใบมีดของเครื่องมือ PCD แต่ยังไม่ได้วิเคราะห์อิทธิพลของกระบวนการเจียรใบมีดอย่างเป็นระบบ

3. การใช้งานและความล้มเหลวของเครื่องมือตัด PCD
(1) การเลือกพารามิเตอร์การตัดของเครื่องมือ
ในช่วงแรกของการใช้งานเครื่องมือ PCD คมตัดจะค่อยๆ เกิดการพาสซิเวชัน และคุณภาพของพื้นผิวที่ผ่านการกลึงจะดีขึ้น การพาสซิเวชันสามารถกำจัดช่องว่างขนาดเล็กและเสี้ยนเล็กๆ ที่เกิดจากการลับคมใบมีดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของคมตัด และในขณะเดียวกันก็สร้างรัศมีขอบวงกลมเพื่อบีบและซ่อมแซมพื้นผิวที่ผ่านการกลึง ทำให้คุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานดีขึ้น
สำหรับการกัดผิวหน้าโลหะผสมอลูมิเนียมด้วยเครื่องมือ PCD ความเร็วในการตัดโดยทั่วไปอยู่ที่ 4000 ม./นาที การเจาะรูโดยทั่วไปอยู่ที่ 800 ม./นาที สำหรับการแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความยืดหยุ่นสูง ควรใช้ความเร็วในการตัดที่สูงกว่า (300-1000 ม./นาที) ปริมาณการป้อนโดยทั่วไปแนะนำระหว่าง 0.08-0.15 มม./รอบ ปริมาณการป้อนที่มากเกินไปจะเพิ่มแรงตัดและพื้นที่ผิวที่เหลืออยู่ของชิ้นงานจะเพิ่มขึ้น ปริมาณการป้อนที่น้อยเกินไปจะเพิ่มความร้อนในการตัดและการสึกหรอจะเพิ่มขึ้น ความลึกในการตัดที่เพิ่มขึ้น แรงตัดจะเพิ่มขึ้น ความร้อนในการตัดจะเพิ่มขึ้น อายุการใช้งานจะลดลง ความลึกในการตัดที่มากเกินไปอาจทำให้ใบมีดหักได้ง่าย ความลึกในการตัดที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การแข็งตัวของชิ้นงาน การสึกหรอ และอาจทำให้ใบมีดหักได้
(2) สวมใส่แบบฟอร์ม
การสึกหรอของเครื่องมือตัดนั้นหลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องมาจากแรงเสียดทาน อุณหภูมิสูง และสาเหตุอื่นๆ การสึกหรอของเครื่องมือตัดเพชรประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ ระยะการสึกหรออย่างรวดเร็วในช่วงเริ่มต้น (หรือที่เรียกว่าระยะเปลี่ยนผ่าน) ระยะการสึกหรอคงที่ด้วยอัตราการสึกหรอคงที่ และระยะการสึกหรออย่างรวดเร็วในภายหลัง ระยะการสึกหรออย่างรวดเร็วบ่งชี้ว่าเครื่องมือไม่สามารถใช้งานได้แล้วและจำเป็นต้องลับคมใหม่ รูปแบบการสึกหรอของเครื่องมือตัด ได้แก่ การสึกหรอแบบยึดติด (การสึกหรอแบบเชื่อมเย็น) การสึกหรอแบบแพร่กระจาย การสึกหรอแบบขัดถู การสึกหรอแบบออกซิเดชัน เป็นต้น
แตกต่างจากเครื่องมือแบบดั้งเดิม รูปแบบการสึกหรอของเครื่องมือ PCD แบ่งออกเป็น การสึกหรอแบบยึดติด การสึกหรอแบบแพร่กระจาย และความเสียหายของชั้นผลึกหลายเหลี่ยม ในบรรดาการสึกหรอเหล่านี้ ความเสียหายของชั้นผลึกหลายเหลี่ยมเป็นสาเหตุหลัก ซึ่งแสดงออกมาในรูปของการยุบตัวของใบมีดเล็กน้อยที่เกิดจากแรงกระแทกภายนอก หรือการสูญเสียการยึดติดใน PCD ทำให้เกิดช่องว่าง ซึ่งจัดเป็นความเสียหายทางกลเชิงกายภาพ ซึ่งอาจนำไปสู่การลดความแม่นยำในการประมวลผลและการเสียของชิ้นงาน ขนาดอนุภาค PCD รูปทรงใบมีด มุมใบมีด วัสดุชิ้นงาน และพารามิเตอร์การประมวลผลจะส่งผลต่อความแข็งแรงของใบมีดและแรงตัด และทำให้เกิดความเสียหายของชั้นผลึกหลายเหลี่ยม ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม ควรเลือกขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ พารามิเตอร์ของเครื่องมือ และพารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมาะสมตามเงื่อนไขการประมวลผล

4. แนวโน้มการพัฒนาของเครื่องมือตัด PCD
ปัจจุบัน ขอบเขตการใช้งานของเครื่องมือ PCD ได้ขยายจากงานกลึงแบบดั้งเดิมไปสู่การเจาะ การกัด การตัดความเร็วสูง และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายทั้งในและต่างประเทศ การพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้าไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมยานยนต์แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังนำมาซึ่งความท้าทายที่ไม่เคยมีมาก่อนต่ออุตสาหกรรมเครื่องมือ กระตุ้นให้อุตสาหกรรมเครื่องมือเร่งการปรับปรุงและนวัตกรรม
การใช้งานเครื่องมือตัด PCD อย่างแพร่หลายได้ส่งเสริมและพัฒนางานวิจัยและพัฒนาเครื่องมือตัด ด้วยการวิจัยที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น คุณสมบัติของเครื่องมือตัด PCD จึงมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ คุณภาพการปรับขนาดเกรนได้รับการปรับปรุง ประสิทธิภาพสม่ำเสมอ อัตราการเจียร และอัตราการสึกหรอสูงขึ้นเรื่อยๆ รวมถึงรูปทรงและโครงสร้างที่หลากหลายมากขึ้น ทิศทางการวิจัยเครื่องมือตัด PCD ประกอบด้วย: ① การวิจัยและพัฒนาชั้น PCD บาง; ② การวิจัยและพัฒนาวัสดุใหม่สำหรับเครื่องมือตัด PCD; ③ การวิจัยเพื่อการเชื่อมเครื่องมือตัด PCD ที่ดีขึ้นและลดต้นทุนลง; ④ การวิจัยเพื่อปรับปรุงกระบวนการเจียรใบมีดเครื่องมือตัด PCD เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ; ⑤ การวิจัยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ของเครื่องมือตัด PCD และการใช้งานเครื่องมือตามสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น; ⑥ การวิจัยเพื่อเลือกพารามิเตอร์การตัดอย่างเหมาะสมตามวัสดุที่แปรรูป
สรุปโดยย่อ
(1) ประสิทธิภาพการตัดของเครื่องมือ PCD ช่วยชดเชยข้อบกพร่องของเครื่องมือคาร์ไบด์หลายชนิด ในขณะเดียวกัน ราคาก็ต่ำกว่าเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวมาก เป็นเครื่องมือที่น่าสนใจในการตัดสมัยใหม่
(2) ตามประเภทและประสิทธิภาพของวัสดุที่ผ่านการแปรรูป การเลือกขนาดอนุภาคและพารามิเตอร์ของเครื่องมือ PCD ที่เหมาะสมถือเป็นพื้นฐานของการผลิตและการใช้งานเครื่องมือ
(3) วัสดุ PCD มีความแข็งสูง ซึ่งเป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับมีดตัด แต่ก็ทำให้เกิดความยากลำบากในการผลิตเครื่องมือตัดเช่นกัน เมื่อทำการผลิต ต้องพิจารณาถึงความยากลำบากของกระบวนการและความต้องการในการประมวลผลอย่างรอบด้าน เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ดีที่สุด
(4) ในการแปรรูปวัสดุ PCD ในเขตการผลิตมีด เราควรเลือกพารามิเตอร์การตัดอย่างเหมาะสม โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ และพยายามยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือให้ยาวนานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างอายุการใช้งานของเครื่องมือ ประสิทธิภาพการผลิต และคุณภาพของผลิตภัณฑ์
(5) วิจัยและพัฒนาวัสดุเครื่องมือ PCD ใหม่เพื่อเอาชนะข้อเสียที่มีอยู่
บทความนี้มีที่มาจาก "เครือข่ายวัสดุแข็งพิเศษ"