Wie viel wissen Sie über PCD-Schneidwerkzeuge

PKD-Schneidwerkzeuge, ein fortschrittliches Schneidwerkzeug, wird durch enge Verbindung des superharten Materials polykristalliner Diamant (PCD) mit der Schneidwerkzeugmatrix und unter Einsatz exquisiter Handwerkskunst hergestellt. PCD-Material ist für seine beispiellose Härte und Verschleißfestigkeit bekannt, was es ideal für die Verarbeitung einer Vielzahl von Materialien macht. Im Vergleich zu herkömmlichen Schneidwerkzeugen zeigen PCD-Schneidwerkzeuge während des Schneidprozesses eine hervorragende Leistung, darunter höhere Schnittgeschwindigkeit, geringere Schnittkraft, bessere Oberflächenqualität und längere Werkzeuglebensdauer.

Eigenschaften von PKD-Schneidwerkzeugen

Ultrahohe Härte und Verschleißfestigkeit sind die Markenzeichen von PCD-Schneidwerkzeugen. Die Härte von PCD-Material ist nach der von natürlichem Diamant die zweithöchste und viel höher als die anderer herkömmlicher Werkzeugmaterialien. Diese ultrahohe Härte verleiht PCD-Werkzeugen eine extrem hohe Verschleißfestigkeit, sodass sie bei der Bearbeitung harter Materialien eine scharfe Kante behalten und die Werkzeuglebensdauer deutlich verlängert wird. Gleichzeitig bleiben PCD-Schneidwerkzeuge unter harten Arbeitsbedingungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck stabil, wodurch der Werkzeugverschleiß effektiv reduziert wird.

Dank der hervorragenden Druckfestigkeit bleiben PCD-Schneidwerkzeuge auch unter hohen Belastungsbedingungen stabil. Während des Schneidvorgangs wird das Werkzeug enormen Schneidkräften ausgesetzt, insbesondere bei der Bearbeitung harter Materialien wird das Werkzeug einem größeren Druck ausgesetzt.

Die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit ist ein großer Vorteil von PCD-Werkzeugen beim Hochgeschwindigkeitsschneiden. PCD-Material hat eine gute Wärmeleitfähigkeit, die dazu beiträgt, Wärme schnell abzuleiten und die Temperatur des Werkzeugs zu senken, wodurch die thermische Verformung verringert und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird.

Hauptindikatoren für PCD-Werkzeuge

• Die Härte von PCD kann 8000 HV erreichen, was dem 8- bis 12-fachen der Härte von Hartmetall entspricht.
• Die Wärmeleitfähigkeit von PCD beträgt 700 W/mK, ist also 1,5 bis 9 Mal so hoch wie die von Hartmetall und sogar höher als bei PCBN und Kupfer, sodass PCD-Werkzeuge Wärme schnell übertragen.
• Der Reibungskoeffizient von PCD beträgt im Allgemeinen lediglich 0,1 bis 0,3 (der Reibungskoeffizient von Hartmetall beträgt 0,4 bis 1), sodass PCD-Werkzeuge die Schnittkräfte erheblich reduzieren können.
• Der Wärmeausdehnungskoeffizient von PCD beträgt nur 0,9 × 10 ^-6 ~ 1,18 × 10 ^-6, was nur 1/5 des Hartmetalls entspricht. Daher weisen PCD-Werkzeuge eine geringe thermische Verformung und eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit auf.
• Die Affinität von PCD-Schneidwerkzeugen zu Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen ist sehr gering. Beim Bearbeitungsprozess haften Späne nicht so leicht an der Werkzeugspitze und bilden keine Aufbauschneiden.

Technologie zur Herstellung von PCD-Werkzeugen

MHerstellung PProzess

• Herstellung von PCD-Verbundeinsätzen: PCD-Verbundeinsätze werden aus natürlichem oder synthetischem Diamantpulver und Bindemitteln (die Kobalt, Nickel und andere Metalle enthalten) in einem bestimmten Verhältnis bei hohen Temperaturen (1000 bis 2000 °C) und hohem Druck (50.000 bis 100.000 Atmosphären) hergestellt und unter Druck gesintert. Während des Sinterprozesses bilden sich durch die Zugabe von Bindemitteln Bindungsbrücken mit TiC, SiC, Fe, Co, Ni usw. als Hauptbestandteile zwischen Diamantkristallen. Die Diamantkristalle sind in Form kovalenter Bindungen in das Skelett der Bindungsbrücke eingebettet. Das Verbundblech wird normalerweise zu einer Scheibe mit einem festen Durchmesser und einer festen Dicke verarbeitet, und das gesinterte Verbundblech muss geschliffen, poliert und anderen entsprechenden physikalischen und chemischen Behandlungen unterzogen werden.
• Verarbeitung von PCD-Einsätzen: Die Verarbeitung von PCD-Einsätzen umfasst hauptsächlich Schritte wie das Schneiden von Verbundplatten, das Schweißen von Klingen und das Schärfen von Klingen.

Schneiden PProzess

Da PKD-Schneidwerkzeuge eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit aufweisen, müssen spezielle Verarbeitungstechniken eingesetzt werden. Derzeit werden zur Verarbeitung von PKD-Verbundeinsätzen hauptsächlich verschiedene Verarbeitungsmethoden wie Drahterodieren, Laserverarbeitung, Ultraschallverarbeitung und Hochdruckwasserstrahl verwendet.

• Beim Drahterodieren wird elektrische Energie zur Entladung in winzigen Spalten verwendet, um Material Schicht für Schicht abzutragen, und es eignet sich für die Präzisionsbearbeitung.
• Bei der Laserbearbeitung werden hochenergetische Laserstrahlen zum präzisen Schneiden und Gravieren von Materialien eingesetzt und sie zeichnet sich durch hohe Effizienz und Präzision aus.
• Bei der Ultraschallbearbeitung werden Ultraschallvibrationen in Kombination mit Schleifmitteln zum Mikroschneiden von Materialien verwendet und sie eignet sich für die Bearbeitung komplexer Formen.
• Beim Hochdruckwasserstrahlen werden dem Hochdruckwasserstrom Schleifmittel zum Schneiden von Materialien hinzugefügt. Es eignet sich für die Kaltverarbeitung, um die thermische Auswirkung auf das Material zu vermeiden.

Unter den oben genannten Verarbeitungsverfahren hat EDM die beste Wirkung. Das Vorhandensein von Bindungsbrücken in PCD ermöglicht die Bearbeitung von Verbundplatten durch EDM. In Gegenwart von Arbeitsflüssigkeit wird die Impulsspannung verwendet, um einen Entladungskanal in der Arbeitsflüssigkeit in der Nähe des Elektrodenmetalls zu bilden und lokal Entladungsfunken zu erzeugen. Die augenblicklich hohe Temperatur kann dazu führen, dass der polykristalline Diamant schmilzt und abfällt, wodurch der erforderliche dreieckige, rechteckige oder quadratische Schneidkopfrohling entsteht. Die Effizienz und Oberflächenqualität von EDM-PCD-Verbundeinsätzen werden von Faktoren wie Schnittgeschwindigkeit, PCD-Partikelgröße, Schichtdicke und Elektrodenqualität beeinflusst. Die vernünftige Auswahl der Schnittgeschwindigkeit ist sehr wichtig. Experimente haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit die Qualität der bearbeiteten Oberfläche verringert. Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu niedrig ist, tritt das Phänomen des „Überschießens“ auf und die Schnitteffizienz verringert sich. Eine Erhöhung der Dicke der PCD-Einsätze verringert auch die Schnittgeschwindigkeit.

Schweißen PProzess

Neben mechanischen Klemm- und Verbindungsmethoden wird der PCD-Verbundeinsatz meist durch Löten auf das Hartmetallsubstrat gepresst. Zu den Schweißmethoden gehören hauptsächlich Laserschweißen, Vakuumdiffusionsschweißen, Vakuumlöten, Hochfrequenz-Induktionslöten usw. Derzeit wird beim PCD-Einsatzschweißen häufig das Hochfrequenz-Induktionserwärmungslöten mit geringer Investition und geringen Kosten verwendet. Während des Klingenschweißprozesses wirkt sich die Auswahl der Schweißtemperatur, des Flussmittels und der Schweißlegierung direkt auf die Leistung des Werkzeugs nach dem Schweißen aus. Während des Schweißprozesses ist die Kontrolle der Schweißtemperatur sehr wichtig.

Wenn die Schweißtemperatur zu niedrig ist, ist die Schweißfestigkeit unzureichend. Wenn die Schweißtemperatur zu hoch ist, wird PCD leicht graphitisiert und es kann zu „Überbrennen“ kommen, was die Kombination aus PCD-Verbundeinsatz und Hartmetallmatrix beeinträchtigt. Im eigentlichen Verarbeitungsprozess kann die Schweißtemperatur entsprechend der Haltezeit und dem Rötungsgrad von PCD gesteuert werden (sollte im Allgemeinen unter 700 °C liegen). Beim Hochfrequenzschweißen im Ausland wird meist die automatische Schweißtechnologie verwendet, die eine hohe Schweißeffizienz und gute Qualität aufweist und eine kontinuierliche Produktion ermöglicht. Im Inland wird meist manuelles Schweißen verwendet, mit geringer Produktionseffizienz und unbefriedigender Qualität.

Schärfung PProzess

Aufgrund der hohen Härte von PCD ist die Materialabtragsrate extrem niedrig (nur ein Zehntausendstel der Abtragsrate von Hartmetall). Derzeit werden beim Schleifen von PCD-Werkzeugen hauptsächlich Diamantschleifscheiben mit Keramikbindung zum Schleifen verwendet. Da das Schleifen zwischen Schleifmittel und PCD eine Wechselwirkung zwischen zwei Materialien mit ähnlicher Härte ist, ist das Schleifgesetz relativ komplex. Bei hochkörnigen, langsam laufenden Schleifscheiben kann die Verwendung von wasserlöslichem Kühlmittel die Schleifleistung und Schleifgenauigkeit von PCD verbessern.

Die Wahl der Schleifscheibenbindung sollte vom Schleifertyp und den Verarbeitungsbedingungen abhängen. Da die Technologie des elektrischen Entladungsschleifens (EDG) nahezu unabhängig von der Härte des zu schleifenden Werkstücks ist, bietet die Verwendung der EDG-Technologie zum Schleifen von PCD große Vorteile. Auch beim Schleifen bestimmter PCD-Werkzeuge mit komplexer Form (z. B. Holzbearbeitungswerkzeuge) besteht eine große Nachfrage nach diesem flexiblen Schleifverfahren. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Technologie des elektrischen Entladungsschleifens wird die EDG-Technologie zu einer Hauptentwicklungsrichtung des PCD-Schleifens.

Klassifizierung von PKD-Werkzeugen

PKD-Werkzeuge für die Metallzerspanung

PCD-Werkzeuge für die Metallzerspanung werden hauptsächlich in geschweißte PCD-Werkzeuge und PCD-Wendeschneidplatten unterteilt. In den letzten Jahren haben sich PCD-Werkzeuge mit geschweißtem Schaft in der Automobil- und Teileindustrie rasant entwickelt. Es gibt hauptsächlich PCD-Fräser, PCD-Bohrfräser, PCD-Reibahlen oder eine Kombination aus zwei oder sogar mehr als drei der oben genannten Werkzeuge. PCD-Werkzeuge gibt es hauptsächlich in Form von Zylinderschaft, BT-Schaft (BT40 und BT50), SK-Schaft (SK40 und SKS0), HSK-Griff (HSK63 und HSK100) usw.

PCD Cschneidig TWerkzeuge für Bgut PVerarbeitung

PCD-Schneidwerkzeuge werden auch häufig in der Holzverarbeitungsindustrie verwendet. PCD-Holzbearbeitungswerkzeuge können hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt werden: PCD-Sägeblätter und PCD-geformte Holzbearbeitungsfräser.

Konstruktionsprinzipien für PCD-Werkzeuge

PCD PArtikel SGröße

Die Wahl der PCD-Partikelgröße hängt von den Verarbeitungsbedingungen des Werkzeugs ab. Wenn Sie beispielsweise Werkzeuge für die Endbearbeitung oder Feinbearbeitung entwerfen, sollten Sie PCD mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit, guter Schlagfestigkeit und feiner Körnung wählen. Grobkörnige PCD-Werkzeuge können zum allgemeinen Schruppen verwendet werden. Die Partikelgröße des PCD-Materials hat einen erheblichen Einfluss auf die Verschleiß- und Brucheigenschaften von Werkzeugen. Untersuchungen zeigen, dass die Verschleißfestigkeit des Werkzeugs umso höher ist, je größer die PCD-Partikelgröße ist.

ICHeinfügen TDicke

Normalerweise beträgt die Schichtdicke eines PCD-Verbundeinsatzes etwa 0,3 bis 1,0 mm, und die Gesamtdicke nach dem Hinzufügen der Hartmetallschicht beträgt etwa 2 bis 8 mm. Eine dünnere PCD-Schichtdicke ist für die elektrische Entladungsbearbeitung des Einsatzes von Vorteil. Wenn der PCD-Verbundeinsatz mit dem Fräserkörpermaterial verschweißt wird, darf die Dicke der Hartmetallschicht nicht zu gering sein, um eine Delamination zu vermeiden, die durch den Spannungsunterschied zwischen den Verbindungsflächen der beiden Materialien verursacht wird.

Sstrukturell DEntwurf

Die geometrischen Parameter von PCD-Werkzeugen hängen von bestimmten Verarbeitungsbedingungen wie Werkstückbedingungen, Werkzeugmaterialien und Strukturen ab. Da PCD-Werkzeuge häufig zur Endbearbeitung von Werkstücken verwendet werden, ist die Schnittdicke gering (manchmal sogar gleich dem Schneidkantenradius des Werkzeugs), was ein Mikroschneiden ist. Daher haben der Freiwinkel und die Freiflächenoberfläche einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitungsqualität. Ein kleiner Freiwinkel und eine höhere Qualität der Freiflächenoberfläche können eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Verarbeitungsqualität von PCD-Werkzeugen spielen.

• Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den PCD-Verbundeinsatz mit dem Werkzeughalter zu verbinden, darunter mechanisches Klemmen, Integralschweißen, Maschinenklemmschweißen und Indexierbarkeit.
• Mechanische Klemmung ist eine Methode zum Befestigen des PCD-Verbundeinsatzes auf dem Werkzeughalter durch eine Klemme, was einen schnellen Austausch und eine schnelle Einstellung ermöglicht.
• Beim Integralschweißen werden der PCD-Verbundeinsatz und der Werkzeughalter direkt zu einer Gesamtstruktur zusammengeschweißt, um die Stabilität und Steifigkeit der Verbindung sicherzustellen.
• Das maschinelle Klemmschweißen vereint die Vorteile des mechanischen Klemmens und des Schweißens, wodurch eine starke Befestigungskraft und ein gewisses Maß an Flexibilität gewährleistet werden können.
• Bei der Wendeschneidplatte ist eine Weiterverwendung durch Drehen oder Ersetzen der Wendeschneidplatte nach Verschleiß der Schneide möglich, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert wird.

Schnittparameter für PCD-Werkzeuge

PKD-Werkzeug Cschneidig Sgepinkelt

PCD-Werkzeuge können Schneidvorgänge bei extrem hohen Spindeldrehzahlen durchführen, aber die Auswirkungen von Änderungen der Schnittgeschwindigkeit auf die Verarbeitungsqualität können nicht ignoriert werden. Obwohl Hochgeschwindigkeitsschneiden die Verarbeitungseffizienz verbessern kann, kann der Anstieg der Schnitttemperatur und der Schnittkraft unter Hochgeschwindigkeitsschneidbedingungen zu Schäden an der Werkzeugspitze und zu Vibrationen in der Werkzeugmaschine führen. Bei der Verarbeitung unterschiedlicher Werkstückmaterialien ist auch die angemessene Schnittgeschwindigkeit von PCD-Werkzeugen unterschiedlich. Beispielsweise beträgt die angemessene Schnittgeschwindigkeit zum Fräsen von Al2O3-Laminatböden 110 bis 120 m/min; die angemessene Schnittgeschwindigkeit zum Drehen von SiC-partikelverstärkten Verbundwerkstoffen auf Aluminiumbasis und technischer Keramik auf Siliziumoxidbasis beträgt 30 bis 40 m/min.

PCD Tcool Cschneidig Feed

Wenn der Vorschub des PKD-Werkzeugs zu groß ist, vergrößert sich die verbleibende geometrische Fläche am Werkstück, was zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit führt; wenn der Vorschub zu klein ist, steigt die Schnitttemperatur und die Schnittlebensdauer verringert sich.

PCD Tcool Cschneidig DEpth von Cut

Eine Erhöhung der Schnitttiefe von PCD-Werkzeugen erhöht die Schnittkraft und die Schnittwärme, was den Werkzeugverschleiß verschlimmert und die Werkzeuglebensdauer beeinträchtigt. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Schnitttiefe leicht zu Kantenabsplitterungen an PCD-Werkzeugen führen.

PCD-Werkzeuge mit unterschiedlichen Partikelgrößen weisen bei der Bearbeitung unterschiedlicher Werkstückmaterialien unter unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen unterschiedliche Schneidleistungen auf. Daher sollten die tatsächlichen Schneidparameter von PCD-Werkzeugen entsprechend den spezifischen Verarbeitungsbedingungen bestimmt werden.