การผลิตและการประยุกต์ใช้เครื่องมือเพชรโพลีคริสตัลไลน์

เครื่องมือ PCD ผลิตจากปลายมีดเพชรโพลีคริสตัลไลน์และเมทริกซ์คาร์ไบด์ผ่านการเผาผนึกด้วยความร้อนและแรงดันสูง ไม่เพียงแต่ให้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากความแข็งสูง การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความสัมพันธ์กับโลหะและอโลหะต่ำ โมดูลัสความยืดหยุ่นสูง พื้นผิวไม่แตกร้าว มีโครงสร้างแบบไอโซทรอปิก และยังคำนึงถึงความแข็งแรงสูงของโลหะผสมแข็งอีกด้วย
เสถียรภาพทางความร้อน ความเหนียวทนต่อแรงกระแทก และความต้านทานการสึกหรอ เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของ PCD เนื่องจาก PCD มักถูกนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความเครียดสูง เสถียรภาพทางความร้อนจึงเป็นสิ่งสำคัญที่สุด การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเสถียรภาพทางความร้อนของ PCD ส่งผลอย่างมากต่อความต้านทานการสึกหรอและความเหนียวทนต่อแรงกระแทก ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 750°C ความต้านทานการสึกหรอและความเหนียวทนต่อแรงกระแทกของ PCD โดยทั่วไปจะลดลง 5% -10%
สถานะผลึกของ PCD กำหนดคุณสมบัติของมัน ในโครงสร้างจุลภาค อะตอมของคาร์บอนจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมที่อยู่ติดกันสี่อะตอม เกิดเป็นโครงสร้างทรงสี่หน้า แล้วจึงเกิดผลึกอะตอม ซึ่งมีทิศทางและแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแกร่ง และมีความแข็งสูง ดัชนีประสิทธิภาพหลักของ PCD มีดังนี้: ① ความแข็งสามารถเข้าถึง 8000 HV ซึ่งสูงกว่าคาร์ไบด์ 8-12 เท่า; ② ค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 700W/mK ซึ่งสูงกว่า PCBN และทองแดงถึง 1.5-9 เท่า; ③ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.1-0.3 ซึ่งน้อยกว่า 0.4-1 ของคาร์ไบด์มาก ซึ่งช่วยลดแรงตัดได้อย่างมาก; ④ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนอยู่ที่ 0.9x10-6-1.18x10-6,1/5 ของคาร์ไบด์ ซึ่งช่วยลดการเสียรูปเนื่องจากความร้อนและเพิ่มความแม่นยำในการประมวลผล; ⑤ และวัสดุที่ไม่ใช่โลหะมีความสัมพันธ์ในการก่อตัวเป็นก้อนน้อยกว่า
คิวบิกโบรอนไนไตรด์มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันสูงและสามารถแปรรูปวัสดุที่มีส่วนประกอบของเหล็กได้ แต่ความแข็งต่ำกว่าเพชรผลึกเดี่ยว ความเร็วในการแปรรูปช้า และประสิทธิภาพต่ำ เพชรผลึกเดี่ยวมีความแข็งสูง แต่ความเหนียวไม่เพียงพอ แอนไอโซทรอปีทำให้แตกตัวได้ง่ายตามพื้นผิว (111) ภายใต้แรงภายนอก และประสิทธิภาพในการประมวลผลมีจำกัด PCD เป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์จากอนุภาคเพชรขนาดไมครอนด้วยวิธีการบางอย่าง ลักษณะที่วุ่นวายของการสะสมอนุภาคที่ไร้ระเบียบนำไปสู่ลักษณะไอโซทรอปิกในระดับมหภาค และไม่มีพื้นผิวทิศทางและพื้นผิวแตกแยกในความต้านทานแรงดึง เมื่อเปรียบเทียบกับเพชรผลึกเดี่ยว ขอบเกรนของ PCD ช่วยลดแอนไอโซทรอปีได้อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มประสิทธิภาพสมบัติเชิงกล
1. หลักการออกแบบเครื่องมือตัด PCD
(1) การเลือกขนาดอนุภาค PCD ที่เหมาะสม
ในทางทฤษฎี PCD ควรพยายามทำให้เกรนละเอียดขึ้น และการกระจายตัวของสารเติมแต่งระหว่างผลิตภัณฑ์ควรสม่ำเสมอที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเอาชนะภาวะแอนไอโซทรอปิก การเลือกขนาดอนุภาคของ PCD ยังขึ้นอยู่กับสภาวะการแปรรูป โดยทั่วไป PCD ที่มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวดี ทนต่อแรงกระแทกได้ดี และมีเกรนละเอียด สามารถนำมาใช้สำหรับการตกแต่งผิวหรือการตกแต่งผิวแบบซูเปอร์ฟินิช ส่วน PCD ที่มีเกรนหยาบสามารถใช้สำหรับการตัดเฉือนหยาบทั่วไป ขนาดอนุภาคของ PCD สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการสึกหรอของเครื่องมือ งานวิจัยที่เกี่ยวข้องชี้ให้เห็นว่าเมื่อเกรนวัตถุดิบมีขนาดใหญ่ ความต้านทานการสึกหรอจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามขนาดเกรนที่ลดลง แต่เมื่อขนาดเกรนเล็กมาก กฎนี้จะใช้ไม่ได้
การทดลองที่เกี่ยวข้องเลือกผงเพชรสี่ชนิดที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 10um, 5um, 2um และ 1um และสรุปได้ว่า ① เมื่อขนาดอนุภาคของวัตถุดิบลดลง Co จะแพร่กระจายได้สม่ำเสมอมากขึ้น เมื่อ ② ลดลง ความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานความร้อนของ PCD จะค่อยๆ ลดลง
(2) การเลือกรูปทรงปากใบมีดและความหนาของใบมีดที่เหมาะสม
รูปทรงของปากใบมีดประกอบด้วยโครงสร้างหลัก 4 แบบ ได้แก่ ขอบกลับด้าน วงกลมทื่อ ขอบกลับด้านวงกลมทื่อ และมุมคม โครงสร้างมุมแหลมคมทำให้คมตัดคม ความเร็วในการตัดรวดเร็ว ช่วยลดแรงตัดและเสี้ยนได้อย่างมาก ปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ เหมาะสำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์ซิลิคอนต่ำและโลหะอื่นๆ ที่มีความแข็งต่ำและสม่ำเสมอ โครงสร้างทรงกลมทื่อสามารถทำให้ปากใบมีดเกิดการเฉื่อยชา ทำให้เกิดมุม R ป้องกันการแตกหักของใบมีดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหมาะสำหรับการประมวลผลอลูมิเนียมอัลลอยด์ซิลิคอนปานกลาง/สูง ในบางกรณีพิเศษ เช่น ความลึกในการตัดตื้นและการป้อนมีดขนาดเล็ก โครงสร้างทรงกลมทื่อจะเป็นที่นิยม โครงสร้างขอบกลับด้านสามารถเพิ่มขอบและมุม ทำให้ใบมีดมั่นคง แต่ในขณะเดียวกันก็เพิ่มแรงกดและความต้านทานการตัด เหมาะสำหรับการตัดอลูมิเนียมอัลลอยด์ซิลิคอนสูงที่มีภาระหนัก
เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำ EDM โดยทั่วไปควรเลือกแผ่น PDC บาง (0.3-1.0 มม.) ร่วมกับชั้นคาร์ไบด์ ความหนารวมของเครื่องมือประมาณ 28 มม. ชั้นคาร์ไบด์ไม่ควรหนาเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดชั้นที่เกิดจากความแตกต่างของแรงดึงระหว่างพื้นผิวยึดติด
2. กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD
กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือโดยตรง ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญต่อการใช้งานและการพัฒนา กระบวนการผลิตเครื่องมือ PCD แสดงไว้ในรูปที่ 5
(1) การผลิตเม็ดคอมโพสิต PCD (PDC)
① กระบวนการผลิตของ PDC
โดยทั่วไป PDC ประกอบด้วยผงเพชรธรรมชาติหรือเพชรสังเคราะห์และสารยึดเกาะที่อุณหภูมิสูง (1000-2000 องศาเซลเซียส) และความดันสูง (5-10 บรรยากาศ) สารยึดเกาะจะสร้างสะพานยึดเกาะโดยมีส่วนประกอบหลักคือ TiC, Sic, Fe, Co, Ni และผลึกเพชรฝังอยู่ในโครงสะพานยึดเกาะในรูปแบบของพันธะโควาเลนต์ โดยทั่วไป PDC จะถูกผลิตเป็นแผ่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาคงที่ ผ่านการเจียร ขัดเงา และกระบวนการทางกายภาพและเคมีอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง โดยพื้นฐานแล้ว รูปแบบที่ดีที่สุดของ PDC ควรคงคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีเยี่ยมของเพชรผลึกเดี่ยวไว้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นสารเติมแต่งในวัสดุเผาผนึกจึงควรน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะเดียวกันก็ควรรวมพันธะ DD ของอนุภาคให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
② การจำแนกและการคัดเลือกสารยึดเกาะ
สารยึดเกาะเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่มีผลต่อเสถียรภาพทางความร้อนของเครื่องมือ PCD ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และเสถียรภาพทางความร้อน วิธีการยึดเกาะ PCD ทั่วไป ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และโลหะทรานซิชันอื่นๆ ผงผสม Co และ W ถูกใช้เป็นสารยึดเกาะ และประสิทธิภาพโดยรวมของ PCD ที่ผ่านการเผาจะดีที่สุดเมื่อความดันสังเคราะห์อยู่ที่ 5.5 GPa อุณหภูมิการเผาอยู่ที่ 1450℃ และฉนวนเป็นเวลา 4 นาที SiC, TiC, WC, TiB2 และวัสดุเซรามิกอื่นๆ SiC มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า Co แต่ความแข็งและความเหนียวแตกหักค่อนข้างต่ำ การลดขนาดวัตถุดิบอย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งและความเหนียวของ PCD ได้ ไม่มีการยึดเกาะ ร่วมกับกราไฟต์หรือแหล่งคาร์บอนอื่นๆ ในอุณหภูมิสูงพิเศษและแรงดันสูงที่ถูกเผาให้เป็นเพชรพอลิเมอร์ระดับนาโน (NPD) การใช้กราไฟต์เป็นสารตั้งต้นในการเตรียม NPD ถือเป็นเงื่อนไขที่ต้องการมากที่สุด แต่ NPD สังเคราะห์มีความแข็งสูงสุดและมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่สุด
การคัดเลือกและควบคุมเมล็ด 3
ผงเพชรดิบเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ PCD การเตรียมผงเพชรเบื้องต้น การเติมสารยับยั้งการเจริญเติบโตของอนุภาคเพชรที่ผิดปกติในปริมาณเล็กน้อย และการเลือกสารเติมแต่งสำหรับการเผาที่เหมาะสม สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของอนุภาคเพชรที่ผิดปกติได้
NPD บริสุทธิ์สูงที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอสามารถขจัดความต่างศักย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลให้ดียิ่งขึ้น ผงสารตั้งต้นนาโนแกรไฟต์ที่เตรียมโดยวิธีการบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมปริมาณออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงก่อนการเผา เปลี่ยนแกรไฟต์ให้เป็นเพชรที่อุณหภูมิต่ำกว่า 18 GPa และ 2100-2300℃ ทำให้เกิด NPD แบบแผ่นและแบบเม็ด และความแข็งจะเพิ่มขึ้นตามความหนาของแผ่นที่ลดลง
④ การรักษาทางเคมีในระยะหลัง
ที่อุณหภูมิเดียวกัน (200°C) และเวลา (20 ชั่วโมง) กรดลิวอิส-FeCl3 มีประสิทธิภาพในการกำจัดโคบอลต์ได้ดีกว่าน้ำอย่างมีนัยสำคัญ และอัตราส่วนที่เหมาะสมของกรดไฮโดรคลอริกอยู่ที่ 10-15 กรัม/100 มิลลิลิตร เสถียรภาพทางความร้อนของ PCD ดีขึ้นเมื่อความลึกในการกำจัดโคบอลต์เพิ่มขึ้น สำหรับ PCD ที่มีเนื้อหยาบ การบำบัดด้วยกรดเข้มข้นสามารถกำจัด Co ได้อย่างสมบูรณ์ แต่มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของพอลิเมอร์ การเติม TiC และ WC เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างโพลีคริสตัลสังเคราะห์ และใช้ร่วมกับการบำบัดด้วยกรดเข้มข้นเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของ PCD ปัจจุบัน กระบวนการเตรียมวัสดุ PCD กำลังพัฒนา ความเหนียวของผลิตภัณฑ์อยู่ในระดับที่ดี แอนไอโซทรอปิกได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ทำให้สามารถผลิตเชิงพาณิชย์ได้ อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว
(2) การประมวลผลของใบมีด PCD
① กระบวนการตัด
PCD มีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และมีกระบวนการตัดที่มีความยากสูง
② ขั้นตอนการเชื่อม
PDC และตัวมีดเชื่อมด้วยแคลมป์เชิงกล การยึดติด และการบัดกรีแข็ง การบัดกรีแข็งคือการกด PDC ลงบนเมทริกซ์คาร์ไบด์ ซึ่งรวมถึงการบัดกรีแข็งด้วยสุญญากาศ การเชื่อมด้วยสุญญากาศแบบกระจาย การบัดกรีแข็งด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูง และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เป็นต้น การบัดกรีแข็งด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูงมีต้นทุนต่ำและให้ผลตอบแทนสูง และได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย คุณภาพการเชื่อมขึ้นอยู่กับฟลักซ์ โลหะผสม และอุณหภูมิในการเชื่อม อุณหภูมิในการเชื่อม (โดยทั่วไปต่ำกว่า 700°C) จะส่งผลกระทบมากที่สุด หากอุณหภูมิสูงเกินไป อาจทำให้เกิดการกราไฟต์ PCD หรือแม้กระทั่ง "การเผามากเกินไป" ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเชื่อม และอุณหภูมิที่ต่ำเกินไปจะทำให้ความแข็งแรงในการเชื่อมไม่เพียงพอ อุณหภูมิในการเชื่อมสามารถควบคุมได้โดยระยะเวลาฉนวนและความลึกของความแดงของ PCD
③ กระบวนการเจียรใบมีด
กระบวนการเจียรเครื่องมือ PCD เป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการผลิต โดยทั่วไปค่าสูงสุดของใบมีดและใบมีดจะอยู่ภายใน 5 ไมโครเมตร และรัศมีส่วนโค้งจะอยู่ภายใน 4 ไมโครเมตร พื้นผิวตัดด้านหน้าและด้านหลังช่วยให้ได้ผิวสำเร็จที่แน่นอน และลดค่า Ra ของพื้นผิวตัดด้านหน้าลงเหลือ 0.01 ไมโครเมตร เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของกระจก ทำให้เศษไหลไปตามพื้นผิวใบมีดด้านหน้า และป้องกันไม่ให้ใบมีดติด
กระบวนการเจียรใบมีดประกอบด้วยการเจียรใบมีดด้วยกลไกด้วยล้อเจียรเพชร การเจียรใบมีดด้วยประกายไฟฟ้า (EDG) การเจียรใบมีดขัดโลหะแบบแข็งพิเศษ (ELID) และการเจียรใบมีดคอมโพสิต ในบรรดากระบวนการเหล่านี้ การเจียรใบมีดด้วยกลไกด้วยล้อเจียรเพชรถือเป็นกระบวนการที่ก้าวหน้าที่สุดและได้รับความนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
การทดลองที่เกี่ยวข้อง: ① ล้อเจียรอนุภาคหยาบจะทำให้ใบมีดยุบตัวอย่างรุนแรง และขนาดอนุภาคของล้อเจียรจะลดลง และคุณภาพของใบมีดจะดีขึ้น ขนาดอนุภาคของล้อเจียร ② นั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณภาพของใบมีดของเครื่องมือ PCD ที่เป็นอนุภาคละเอียดหรืออนุภาคละเอียดมาก แต่มีผลจำกัดต่อเครื่องมือ PCD ที่เป็นอนุภาคหยาบ
งานวิจัยที่เกี่ยวข้องทั้งในและต่างประเทศมุ่งเน้นไปที่กลไกและกระบวนการเจียรใบมีดเป็นหลัก กลไกการเจียรใบมีดส่วนใหญ่เน้นการกำจัดด้วยความร้อนและการกำจัดด้วยกลไก ส่วนการกำจัดความเปราะและความล้ามีค่อนข้างน้อย ในการเจียร ควรปรับปรุงความเร็วและความถี่ในการแกว่งของล้อเจียรให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยพิจารณาจากความแข็งแรงและความทนทานต่อความร้อนของล้อเจียรเพชรชนิดต่างๆ หลีกเลี่ยงการกำจัดความเปราะและความล้า เพิ่มสัดส่วนการกำจัดความร้อนและลดความหยาบของพื้นผิว ความหยาบของพื้นผิวในการเจียรแบบแห้งต่ำ แต่อาจเกิดได้ง่ายเนื่องจากอุณหภูมิในการเจียรที่สูง ส่งผลให้พื้นผิวเครื่องมือไหม้
กระบวนการเจียรใบมีดต้องคำนึงถึง: ① เลือกพารามิเตอร์กระบวนการเจียรใบมีดที่เหมาะสม ซึ่งจะทำให้คุณภาพปากคมมีดดีขึ้น ผิวสำเร็จด้านหน้าและด้านหลังใบมีดดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ควรพิจารณาแรงเจียรที่สูง การสูญเสียสูง ประสิทธิภาพการเจียรต่ำ และต้นทุนสูงด้วย ② เลือกคุณภาพของล้อเจียรที่เหมาะสม ซึ่งรวมถึงชนิดของสารยึดเกาะ ขนาดอนุภาค ความเข้มข้นของสารยึดเกาะ การเคลือบล้อเจียร ด้วยสภาวะการเจียรใบมีดทั้งแบบแห้งและแบบเปียกที่เหมาะสม จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของมุมหน้าและหลังของเครื่องมือ ค่าความคงทนของปลายใบมีด และพารามิเตอร์อื่นๆ ขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของเครื่องมือ
ล้อเจียรเพชรชนิดยึดเกาะแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะ กลไกการเจียรและประสิทธิภาพการเจียรที่แตกต่างกัน ล้อเจียรเพชรชนิดยึดเกาะเรซินมีความอ่อนนุ่ม อนุภาคเจียรหลุดออกง่ายก่อนเวลาอันควร ไม่ทนความร้อน พื้นผิวเสียรูปได้ง่ายเมื่อโดนความร้อน พื้นผิวเจียรใบมีรอยสึกหรอง่าย ความหยาบมาก ล้อเจียรเพชรชนิดยึดเกาะโลหะยังคงความคมได้แม้ผ่านการเจียร ขึ้นรูปและขัดผิวได้ดี ความหยาบผิวของใบเจียรต่ำ ประสิทธิภาพสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการยึดเกาะของอนุภาคเจียรทำให้การลับคมเองทำได้ไม่ดี และคมตัดมีช่องว่างจากการกระแทกได้ง่าย ก่อให้เกิดความเสียหายเล็กน้อย ล้อเจียรเพชรชนิดยึดเกาะเซรามิกมีความแข็งแรงปานกลาง ประสิทธิภาพการกระตุ้นตัวเองดี รูพรุนภายในมากขึ้น เหมาะสำหรับการขจัดฝุ่นและระบายความร้อน สามารถปรับใช้กับสารหล่อเย็นได้หลากหลาย อุณหภูมิในการเจียรต่ำ ล้อเจียรสึกหรอน้อย คงรูปทรงได้ดี ความแม่นยำสูงสุด อย่างไรก็ตาม ตัวเรือนของเพชรและสารยึดเกาะทำให้เกิดหลุมบนพื้นผิวเครื่องมือ ใช้งานตามวัสดุการประมวลผล ประสิทธิภาพการเจียรที่ครอบคลุม ความทนทานต่อการขัดถู และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงาน
งานวิจัยด้านประสิทธิภาพการเจียรส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงผลผลิตและต้นทุนการควบคุม โดยทั่วไป อัตราการเจียร Q (การกำจัด PCD ต่อหน่วยเวลา) และอัตราการสึกหรอ G (อัตราส่วนการกำจัด PCD ต่อการสูญเสียของล้อเจียร) จะถูกใช้เป็นเกณฑ์ในการประเมิน
นักวิชาการชาวเยอรมัน KENTER ทำการเจียรเครื่องมือ PCD ด้วยแรงดันคงที่ ทดสอบ: ① เพิ่มความเร็วของล้อเจียร ขนาดอนุภาค PDC และความเข้มข้นของสารหล่อเย็น อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอลดลง ② เพิ่มขนาดอนุภาคเจียร เพิ่มแรงดันคงที่ เพิ่มความเข้มข้นของเพชรในล้อเจียร อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอเพิ่มขึ้น ③ ชนิดของสารยึดเกาะต่างกัน อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอต่างกัน KENTER ได้ทำการศึกษากระบวนการเจียรใบมีดของเครื่องมือ PCD อย่างเป็นระบบ แต่ไม่ได้วิเคราะห์อิทธิพลของกระบวนการเจียรใบมีดอย่างเป็นระบบ

3. การใช้และความล้มเหลวของเครื่องมือตัด PCD
(1) การเลือกพารามิเตอร์การตัดเครื่องมือ
ในช่วงเริ่มต้นของเครื่องมือ PCD ปากคมของคมตัดจะค่อยๆ สึกกร่อนลง ทำให้คุณภาพพื้นผิวงานกลึงดีขึ้น การเคลือบแบบ Passivation สามารถขจัดช่องว่างขนาดเล็กและเสี้ยนเล็กๆ ที่เกิดจากใบเจียรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของคมตัด และสร้างรัศมีวงกลมของคมตัดเพื่อบีบและซ่อมแซมพื้นผิวที่ผ่านการเจียร ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงาน
การกัดผิวเครื่องมือ PCD สำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์ โดยทั่วไปความเร็วในการตัดจะอยู่ที่ 4,000 ม./นาที ความเร็วในการเจาะรูโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 800 ม./นาที การกลึงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความยืดหยุ่นสูง ควรใช้ความเร็วในการกลึงที่สูงขึ้น (300-1,000 ม./นาที) โดยทั่วไปปริมาณการป้อนจะอยู่ระหว่าง 0.08-0.15 มม./รอบ ปริมาณการป้อนที่มากเกินไปจะเพิ่มแรงตัด ทำให้พื้นที่ผิวชิ้นงานเหลือน้อยลง ปริมาณการป้อนที่น้อยเกินไป ความร้อนในการตัดจะเพิ่มขึ้น และการสึกหรอที่เพิ่มขึ้น เมื่อความลึกในการตัดเพิ่มขึ้น แรงตัดจะเพิ่มขึ้น ความร้อนในการตัดจะเพิ่มขึ้น อายุการใช้งานจะลดลง ความลึกในการตัดที่มากเกินไปอาจทำให้ใบมีดยุบตัวได้ง่าย ความลึกในการตัดที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การแข็งตัวของเครื่องจักร การสึกหรอ และอาจถึงขั้นใบมีดยุบตัวได้
(2) แบบสวมใส่
ชิ้นงานที่ใช้เครื่องมือตัด มักเกิดการสึกหรออันเนื่องมาจากแรงเสียดทาน อุณหภูมิสูง และสาเหตุอื่นๆ การสึกหรอของเครื่องมือเพชรประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ ระยะการสึกหรอเร็วเริ่มต้น (หรือที่เรียกว่าระยะเปลี่ยนผ่าน) ระยะการสึกหรอคงที่ที่มีอัตราการสึกหรอคงที่ และระยะการสึกหรอเร็วตามมา ระยะการสึกหรอเร็วบ่งชี้ว่าเครื่องมือทำงานผิดปกติและจำเป็นต้องเจียรใหม่ รูปแบบการสึกหรอของเครื่องมือตัด ได้แก่ การสึกหรอแบบยึดติด (การสึกหรอจากการเชื่อมเย็น) การสึกหรอแบบกระจายตัว การสึกหรอแบบขัดถู การสึกหรอแบบออกซิเดชัน เป็นต้น
แตกต่างจากเครื่องมือแบบดั้งเดิม รูปแบบการสึกหรอของเครื่องมือ PCD คือการสึกหรอแบบยึดติด การสึกหรอแบบกระจาย และความเสียหายของชั้นโพลีคริสตัลไลน์ สาเหตุหลักคือความเสียหายของชั้นโพลีคริสตัลไลน์ ซึ่งเกิดจากการยุบตัวของใบมีดเล็กน้อยอันเนื่องมาจากแรงกระแทกจากภายนอกหรือการสูญเสียกาวใน PDC ทำให้เกิดช่องว่าง ซึ่งเป็นความเสียหายทางกายภาพทางกล ซึ่งอาจนำไปสู่การลดลงของความแม่นยำในการประมวลผลและเศษชิ้นงาน ขนาดอนุภาค PCD รูปทรงใบมีด มุมใบมีด วัสดุชิ้นงาน และพารามิเตอร์การประมวลผล จะส่งผลต่อความแข็งแรงของใบมีดและแรงตัด ซึ่งเป็นสาเหตุของความเสียหายของชั้นโพลีคริสตัลไลน์ ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม ควรเลือกขนาดอนุภาควัตถุดิบ พารามิเตอร์เครื่องมือ และพารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมาะสมตามสภาพการประมวลผล

4. แนวโน้มการพัฒนาเครื่องมือตัด PCD
ปัจจุบัน ขอบเขตการใช้งานของเครื่องมือ PCD ได้ขยายจากงานกลึงแบบดั้งเดิมไปสู่งานเจาะ งานกัด และงานตัดความเร็วสูง และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายทั้งในและต่างประเทศ การพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้าไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมรถยนต์แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังนำมาซึ่งความท้าทายที่ไม่เคยมีมาก่อนในอุตสาหกรรมเครื่องมือ ซึ่งกระตุ้นให้อุตสาหกรรมเครื่องมือเร่งพัฒนาประสิทธิภาพและนวัตกรรม
การประยุกต์ใช้เครื่องมือตัด PCD อย่างแพร่หลายได้ส่งเสริมและส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาเครื่องมือตัด ด้วยการวิจัยที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ข้อกำหนดของ PDC จึงมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ การปรับปรุงคุณภาพเกรนให้เหมาะสม ความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพ อัตราการเจียรและอัตราการสึกหรอสูงขึ้นเรื่อยๆ รวมถึงความหลากหลายของรูปทรงและโครงสร้าง ทิศทางการวิจัยเครื่องมือ PCD ประกอบด้วย: ① วิจัยและพัฒนาชั้น PCD บาง; ② วิจัยและพัฒนาวัสดุเครื่องมือ PCD ใหม่; ③ วิจัยเพื่อพัฒนาการเชื่อมเครื่องมือ PCD ให้ดีขึ้นและลดต้นทุน; ④ วิจัยปรับปรุงกระบวนการเจียรใบมีด PCD เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ; ⑤ วิจัยปรับพารามิเตอร์เครื่องมือ PCD ให้เหมาะสมและใช้เครื่องมือตามสภาพพื้นที่; ⑥ วิจัยเลือกพารามิเตอร์การตัดอย่างมีเหตุผลตามวัสดุที่ผ่านกระบวนการ
สรุปสั้น ๆ
(1) ประสิทธิภาพการตัดของเครื่องมือ PCD ช่วยชดเชยการขาดแคลนเครื่องมือคาร์ไบด์หลายชนิด ในขณะเดียวกัน ราคาต่ำกว่าเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวมาก ในการตัดสมัยใหม่ ถือเป็นเครื่องมือที่มีแนวโน้มดี
(2) ตามประเภทและประสิทธิภาพของวัสดุที่ผ่านการประมวลผล การเลือกขนาดอนุภาคและพารามิเตอร์ของเครื่องมือ PCD ที่เหมาะสม ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานของการผลิตและการใช้เครื่องมือ
(3) วัสดุ PCD มีความแข็งสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตมีดตัด แต่ก็สร้างความยากลำบากในการผลิตเครื่องมือตัดเช่นกัน ในการผลิต ควรพิจารณาความยากของกระบวนการและความต้องการในการประมวลผลอย่างครอบคลุม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ดีที่สุด
(4) สำหรับวัสดุการประมวลผล PCD ในเขตมีด เราควรเลือกพารามิเตอร์การตัดอย่างสมเหตุสมผล โดยพิจารณาจากการตอบสนองประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ เพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือให้ได้มากที่สุด เพื่อให้ได้สมดุลระหว่างอายุการใช้งานของเครื่องมือ ประสิทธิภาพการผลิต และคุณภาพของผลิตภัณฑ์
(5) วิจัยและพัฒนาวัสดุเครื่องมือ PCD ใหม่เพื่อเอาชนะข้อเสียที่มีอยู่
บทความนี้มีที่มาจาก "เครือข่ายวัสดุที่แข็งเป็นพิเศษ"