Herramientas de corte de PCD, como herramienta de corte avanzada, se fabrican combinando estrechamente el material superduro diamante policristalino (PCD) con la matriz de la herramienta de corte y utilizando una artesanía exquisita. El material PCD es conocido por su dureza y resistencia al desgaste incomparables, lo que lo hace ideal para procesar una variedad de materiales. En comparación con las herramientas de corte tradicionales, las herramientas de corte PCD muestran un excelente rendimiento durante el proceso de corte, incluida una mayor velocidad de corte, menor fuerza de corte, mejor calidad de la superficie y mayor vida útil de la herramienta.
Características de las herramientas de corte PCD
La dureza ultraalta y la resistencia al desgaste son las características distintivas de las herramientas de corte de PCD. La dureza del material de PCD es superada solo por el diamante natural y mucho más alta que la de otros materiales de herramientas tradicionales. Esta dureza ultraalta proporciona a las herramientas de PCD una resistencia al desgaste extremadamente fuerte, lo que les permite mantener un borde afilado al procesar materiales duros y prolongar significativamente la vida útil de la herramienta. Al mismo tiempo, las herramientas de corte de PCD permanecen estables en duras condiciones de trabajo de alta temperatura y alta presión, lo que reduce eficazmente el desgaste de la herramienta.
La excelente resistencia a la compresión permite que las herramientas de corte de PCD permanezcan estables en condiciones de carga elevada. Durante el proceso de corte, la herramienta estará sujeta a enormes fuerzas de corte, especialmente al procesar materiales duros, la herramienta soportará una mayor presión.
La excelente conductividad térmica es una de las principales ventajas de las herramientas de PCD en el corte a alta velocidad. El material de PCD tiene una buena conductividad térmica, lo que ayuda a disipar el calor rápidamente y reducir la temperatura de la herramienta, lo que reduce la deformación térmica y mejora la precisión del mecanizado.
Principales indicadores de las herramientas PCD
- La dureza del PCD puede alcanzar los 8000 HV, lo que es de 8 a 12 veces la del carburo cementado.
- La conductividad térmica del PCD es de 700 W/mK, lo que supone entre 1,5 y 9 veces la del carburo cementado, e incluso mayor que la del PCBN y el cobre, por lo que las herramientas de PCD transfieren el calor rápidamente.
- El coeficiente de fricción del PCD generalmente es de solo 0,1 a 0,3 (el coeficiente de fricción del carburo cementado es de 0,4 a 1), por lo que las herramientas PCD pueden reducir significativamente las fuerzas de corte.
- El coeficiente de expansión térmica del PCD es de solo 0,9×10^-6~1,18×10^-6, lo que equivale solo a 1/5 del carburo cementado. Por lo tanto, las herramientas de PCD tienen una pequeña deformación térmica y una alta precisión de procesamiento.
- La afinidad entre las herramientas de corte de PCD y los metales no ferrosos y los materiales no metálicos es muy pequeña. Durante el proceso de mecanizado, las virutas no se adhieren fácilmente a la punta de la herramienta para formar un borde reforzado.
Tecnología de fabricación de herramientas PCD
METROFabricación PAGproceso
- Fabricación de insertos compuestos de PCD: Los insertos compuestos de PCD están hechos de polvo de diamante natural o sintético y aglutinantes (que contienen cobalto, níquel y otros metales) en una cierta proporción a altas temperaturas (1000 a 2000 °C) y altas presiones (50.000 a 100.000 atmósferas). ) y sinterizado bajo Durante el proceso de sinterización, debido a la adición de agentes aglutinantes, se forman puentes de unión con TiC, SiC, Fe, Co, Ni, etc. como componentes principales entre los cristales de diamante. Los cristales de diamante están incrustados en el esqueleto del puente de unión en forma de enlaces covalentes. La lámina compuesta generalmente se convierte en un disco con un diámetro y espesor fijos, y la lámina compuesta sinterizada necesita ser rectificada, pulida y sometida a otros tratamientos físicos y químicos correspondientes.
- Procesamiento de inserto de PCD: El procesamiento de inserto de PCD incluye principalmente pasos como el corte de láminas compuestas, la soldadura de cuchillas y el afilado de cuchillas.
Corte PAGproceso
Debido a que las herramientas de corte de PCD tienen una alta dureza y resistencia al desgaste, se deben utilizar técnicas de procesamiento especiales. En la actualidad, se utilizan principalmente varios métodos de procesamiento, como la electroerosión por hilo, el procesamiento por láser, el procesamiento por ultrasonidos y el chorro de agua a alta presión para procesar insertos compuestos de PCD.
- La electroerosión por hilo utiliza energía eléctrica para descargar en pequeños espacios para eliminar material capa por capa y es adecuada para el mecanizado de precisión.
- El procesamiento láser utiliza rayos láser de alta energía para cortar y grabar materiales con precisión, y se caracteriza por su alta eficiencia y alta precisión.
- El mecanizado ultrasónico utiliza vibración ultrasónica combinada con abrasivos para realizar microcortes de materiales y es adecuado para procesar formas complejas.
- El chorro de agua a alta presión utiliza abrasivos agregados al flujo de agua a alta presión para cortar materiales y es adecuado para el procesamiento en frío para evitar el impacto térmico del material.
Entre los métodos de procesamiento anteriores, la electroerosión tiene el mejor efecto. La presencia de puentes de unión en PCD permite mecanizar láminas compuestas mediante electroerosión. En presencia de fluido de trabajo, el voltaje de pulso se utiliza para formar un canal de descarga en el fluido de trabajo cerca del metal del electrodo y generar chispas de descarga localmente. La alta temperatura instantánea puede hacer que el diamante policristalino se derrita y se caiga, formando así la pieza en bruto de cabezal de corte triangular, rectangular o cuadrada requerida. La eficiencia y la calidad de la superficie del inserto compuesto PCD para electroerosión se ven afectadas por factores como la velocidad de corte, el tamaño de partícula de PCD, el espesor de la capa y la calidad del electrodo. La selección razonable de la velocidad de corte es muy crítica. Los experimentos muestran que aumentar la velocidad de corte reducirá la calidad de la superficie procesada. Si la velocidad de corte es demasiado baja, se producirá el fenómeno de "sobreimpulso" y se reducirá la eficiencia de corte. Aumentar el espesor del inserto PCD también reducirá la velocidad de corte.
Soldadura PAGproceso
Además de los métodos de sujeción y unión mecánica, el inserto compuesto de PCD se presiona principalmente sobre el sustrato de carburo cementado mediante soldadura fuerte. Los métodos de soldadura incluyen principalmente soldadura láser, soldadura por difusión al vacío, soldadura fuerte al vacío, soldadura fuerte por inducción de alta frecuencia, etc. En la actualidad, la soldadura fuerte por calentamiento por inducción de alta frecuencia con baja inversión y bajo costo se usa ampliamente en la soldadura de insertos de PCD. Durante el proceso de soldadura de la cuchilla, la selección de la temperatura de soldadura, el fundente y la aleación de soldadura afectarán directamente el rendimiento de la herramienta después de la soldadura. Durante el proceso de soldadura, el control de la temperatura de soldadura es muy importante.
Si la temperatura de soldadura es demasiado baja, la resistencia de la soldadura será insuficiente; si la temperatura de soldadura es demasiado alta, el PCD se grafitizará fácilmente y puede provocar una "sobrecombustión", lo que afectará al inserto compuesto de PCD y al carburo cementado. La combinación de la matriz. En el proceso de procesamiento real, la temperatura de soldadura se puede controlar de acuerdo con el tiempo de retención y el grado de enrojecimiento del PCD (generalmente debe ser inferior a 700 °C). La soldadura de alta frecuencia en el extranjero utiliza principalmente tecnología de soldadura automática, que tiene una alta eficiencia de soldadura, buena calidad y puede lograr una producción continua; a nivel nacional, se utiliza principalmente la soldadura manual, con baja eficiencia de producción y calidad insatisfactoria.
Afilado PAGproceso
La alta dureza del PCD hace que su tasa de eliminación de material sea extremadamente baja (incluso solo una diezmilésima parte de la tasa de eliminación del carburo cementado). En la actualidad, el proceso de afilado de herramientas de PCD utiliza principalmente muelas de diamante con aglomerante cerámico para el rectificado. Dado que el rectificado entre el abrasivo de la muela y el PCD es la interacción entre dos materiales con dureza similar, la ley de rectificado es relativamente compleja. Para muelas de rectificado de baja velocidad y grano alto, el uso de refrigerante soluble en agua puede mejorar la eficiencia y la precisión del rectificado del PCD.
La elección del aglomerante de la muela de rectificado debe depender del tipo de rectificadora y de las condiciones de procesamiento. Dado que la tecnología de rectificado por descarga eléctrica (EDG) casi no se ve afectada por la dureza de la pieza de trabajo que se va a rectificar, el uso de la tecnología EDG para rectificar PCD tiene grandes ventajas. El rectificado de ciertas herramientas PCD de formas complejas (como las herramientas para trabajar la madera) también tiene una gran demanda de este proceso de rectificado flexible. Con el desarrollo continuo de la tecnología de rectificado por descarga eléctrica, la tecnología EDG se convertirá en una dirección de desarrollo principal del rectificado PCD.
Clasificación de herramientas PCD
Herramientas PCD para corte de metales
Las herramientas PCD para corte de metales se dividen principalmente en herramientas PCD soldadas e insertos PCD indexables. En los últimos años, las herramientas PCD con mango soldado se han desarrollado rápidamente en la industria automotriz y de repuestos. Existen principalmente fresas PCD, fresas de mandrilado PCD, escariadores PCD o una combinación de dos o incluso más de tres de las herramientas anteriores. Las herramientas PCD se presentan principalmente en forma de mango cilíndrico, mango BT (BT40 y BT50), mango SK (SK40 y SKS0), mango HSK (HSK63 y HSK100), etc.
PCD Ccortando tHerramientas para W.bueno PAGprocesamiento
Las herramientas de corte PCD también se utilizan ampliamente en la industria de procesamiento de madera. Las herramientas para trabajar la madera PCD se pueden dividir principalmente en dos categorías: hojas de sierra PCD y fresas para trabajar la madera con forma de PCD.
Principios de diseño de herramientas PCD
PCD PAGartículo Sdimensionar
La elección del tamaño de partícula de PCD está relacionada con las condiciones de procesamiento de la herramienta. Por ejemplo, al diseñar herramientas para acabado o superacabado, se debe seleccionar PCD con alta resistencia, buena tenacidad, buena resistencia al impacto y grano fino. Las herramientas de PCD de grano grueso se pueden utilizar para desbaste general. El tamaño de partícula del material PCD tiene un impacto significativo en las propiedades de desgaste y rotura de las herramientas. Las investigaciones muestran que cuanto mayor sea el número de tamaño de partícula de PCD, mayor será la resistencia al desgaste de la herramienta.
IInsertar tGrosor
Normalmente, el espesor de la capa de inserto compuesto de PCD es de aproximadamente 0,3~1,0 mm, y el espesor total después de agregar la capa de carburo cementado es de aproximadamente 2~8 mm. El espesor más delgado de la capa de PCD es beneficioso para el mecanizado por descarga eléctrica del inserto. Cuando el inserto compuesto de PCD se suelda al material del cuerpo de la fresa, el espesor de la capa de carburo cementado no puede ser demasiado pequeño para evitar la delaminación causada por la diferencia de tensión entre las superficies de unión de los dos materiales.
Sestructural DDiseño electrónico
Los parámetros geométricos de las herramientas PCD dependen de condiciones de procesamiento específicas, como las condiciones de la pieza de trabajo, los materiales de la herramienta y las estructuras. Dado que las herramientas PCD se utilizan a menudo para el mecanizado de acabado de piezas de trabajo, el espesor de corte es pequeño (a veces incluso igual al radio del filo de corte de la herramienta), lo que es un microcorte. Por lo tanto, su ángulo de alivio y la superficie del flanco tienen un impacto significativo en la calidad del procesamiento. Un ángulo de alivio pequeño y una calidad de superficie del flanco más alta pueden desempeñar un papel importante en la mejora de la calidad de procesamiento de las herramientas PCD.
- Hay varias formas de conectar el inserto compuesto de PCD al portaherramientas, incluida la sujeción mecánica, la soldadura integral, la soldadura con sujeción de máquina y la indexabilidad.
- La sujeción mecánica es un método de fijación del inserto compuesto de PCD en el portaherramientas a través de una abrazadera, lo que facilita su reemplazo y ajuste rápidos.
- La soldadura integral consiste en soldar directamente el inserto compuesto de PCD y el portaherramientas juntos para formar una estructura general que garantice la estabilidad y rigidez de la conexión.
- La soldadura con abrazadera de máquina combina las ventajas de la sujeción mecánica y la soldadura, lo que puede proporcionar una fuerte fuerza de fijación y un cierto grado de flexibilidad.
- El método indexable permite un uso continuo rotando o reemplazando el inserto después de que el filo se desgaste, lo que extiende la vida útil de la herramienta.
Parámetros de corte de herramientas PCD
Herramienta PCD Ccortando Sorinar
Las herramientas PCD pueden realizar operaciones de corte a velocidades de husillo extremadamente altas, pero no se puede ignorar el impacto de los cambios en la velocidad de corte en la calidad del procesamiento. Aunque el corte a alta velocidad puede mejorar la eficiencia del procesamiento, en condiciones de corte a alta velocidad, el aumento de la temperatura de corte y la fuerza de corte pueden causar daños en la punta de la herramienta y causar vibración en la máquina herramienta. Al procesar diferentes materiales de la pieza de trabajo, la velocidad de corte razonable de las herramientas PCD también es diferente. Por ejemplo, la velocidad de corte razonable para fresar pisos laminados de Al2O3 es de 110 ~ 120 m/min; la velocidad de corte razonable para tornear materiales compuestos a base de aluminio reforzado con partículas de SiC y cerámicas de ingeniería a base de óxido de silicio es de 30 ~ 40 m/min.
PCD tgenial Ccortando Fnecesitar
Si la cantidad de alimentación de la herramienta PCD es demasiado grande, el área geométrica residual en la pieza de trabajo aumentará, lo que dará como resultado un aumento en la rugosidad de la superficie; si la cantidad de alimentación es demasiado pequeña, la temperatura de corte aumentará y se reducirá la vida útil del corte.
PCD tgenial Ccortando Dprofundidad de CUtah
Aumentar la profundidad de corte de las herramientas PCD aumentará la fuerza de corte y el calor de corte, lo que agravará el desgaste de la herramienta y afectará su vida útil. Además, el aumento de la profundidad de corte puede provocar fácilmente el astillado del filo de la herramienta PCD.
Las herramientas PCD con diferentes niveles de tamaño de partícula muestran un rendimiento de corte diferente al procesar diferentes materiales de piezas de trabajo en diferentes condiciones de procesamiento. Por lo tanto, los parámetros de corte reales de las herramientas PCD deben determinarse de acuerdo con las condiciones de procesamiento específicas.
