PCD 절삭 공구, 고급 절삭 공구로서 초경질 소재인 다결정 다이아몬드(PCD)를 절삭 공구 매트릭스와 긴밀하게 결합하고 정교한 장인 정신을 사용하여 제작되었습니다. PCD 소재는 타의 추종을 불허하는 경도와 내마모성으로 유명하여 다양한 소재를 가공하는 데 이상적입니다. 기존 절삭 공구와 비교할 때 PCD 절삭 공구는 더 높은 절삭 속도, 더 낮은 절삭력, 더 나은 표면 품질, 더 긴 공구 수명을 포함하여 절삭 공정에서 뛰어난 성능을 보여줍니다.
PCD 절삭 공구의 특성
초고경도와 내마모성은 PCD 절삭 공구의 특징적인 특징입니다. PCD 소재의 경도는 천연 다이아몬드에 이어 두 번째로 높고 다른 전통적인 공구 소재보다 훨씬 높습니다. 이 초고경도는 PCD 공구에 매우 강력한 내마모성을 부여하여 단단한 소재를 가공할 때 날카로운 모서리를 유지하고 공구 수명을 크게 연장할 수 있습니다. 동시에 PCD 절삭 공구는 고온 및 고압의 혹독한 작업 조건에서도 안정을 유지하여 공구 마모를 효과적으로 줄입니다.
우수한 압축 강도로 인해 PCD 절삭 공구는 높은 하중 조건에서도 안정적으로 유지됩니다. 절삭 공정 중에 공구는 엄청난 절삭력을 받게 되며, 특히 단단한 재료를 가공할 때 공구는 더 큰 압력을 견뎌야 합니다.
우수한 열전도성은 고속 절삭에서 PCD 공구의 주요 장점입니다. PCD 소재는 열전도성이 좋기 때문에 열을 빠르게 발산하고 공구 온도를 낮추어 열 변형을 줄이고 가공 정확도를 개선하는 데 도움이 됩니다.
PCD 도구의 주요 지표
- PCD의 경도는 최대 8000HV에 달할 수 있으며, 이는 시멘트 카바이드의 8~12배입니다.
- PCD의 열전도도는 700W/mK로 시멘트 카바이드의 1.5~9배, 심지어 PCBN 및 구리보다도 높아서 PCD 공구는 열을 빠르게 전달합니다.
- PCD의 마찰 계수는 일반적으로 0.1~0.3에 불과합니다(초경합금의 마찰 계수는 0.4~1). 따라서 PCD 공구는 절삭력을 크게 줄일 수 있습니다.
- PCD의 열팽창 계수는 0.9×10^-6~1.18×10^-6에 불과하여 초경합금의 1/5에 불과하다. 따라서 PCD 공구는 열 변형이 작고 가공 정확도가 높다.
- PCD 절삭 공구와 비철 금속 및 비금속 재료 간의 친화성은 매우 작습니다. 가공 과정에서 칩이 공구 팁에 쉽게 결합되어 빌드업 에지를 형성하지 않습니다.
PCD 도구 제조 기술
중제조 피프로세스
- PCD 복합 인서트 제조: PCD 복합 인서트는 고온(1000~2000°C) 및 고압(50,000~100,000기압)에서 일정 비율의 천연 또는 합성 다이아몬드 분말과 바인더(코발트, 니켈 및 기타 금속 포함)로 만들어지고 소결됩니다. 소결 공정 동안 결합제를 첨가하여 TiC, SiC, Fe, Co, Ni 등을 주성분으로 하는 결합 브리지가 다이아몬드 결정 사이에 형성됩니다. 다이아몬드 결정은 공유 결합의 형태로 결합 브리지의 골격에 매립됩니다. 복합 시트는 일반적으로 고정된 직경과 두께를 가진 디스크로 만들어지며 소결된 복합 시트는 연삭, 연마 및 기타 해당 물리적 및 화학적 처리를 거쳐야 합니다.
- PCD 인서트 가공: PCD 인서트 가공에는 주로 복합 시트 절단, 블레이드 용접, 블레이드 날카롭게 하기와 같은 단계가 포함됩니다.
절단 피프로세스
PCD 절삭 공구는 경도와 내마모성이 높기 때문에 특수 가공 기술을 사용해야 합니다. 현재 와이어 EDM, 레이저 가공, 초음파 가공, 고압 워터젯과 같은 여러 가지 가공 방법이 주로 PCD 복합 인서트를 가공하는 데 사용됩니다.
- 와이어 방전 가공은 전기 에너지를 사용하여 아주 작은 틈새에 방전을 일으켜 소재를 층층이 제거하며, 정밀 가공에 적합합니다.
- 레이저 가공은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 소재를 정밀하게 절단하고 조각하며, 높은 효율성과 고정밀성이 특징입니다.
- 초음파 가공은 초음파 진동을 연마재와 결합하여 소재의 미세 절단을 수행하며, 복잡한 모양을 가공하는 데 적합합니다.
- 고압 워터젯은 고압 물 흐름에 연마제를 첨가하여 재료를 절단하는 방식으로, 재료의 열적 영향을 피하기 위해 냉간 가공에 적합합니다.
위의 가공 방법 중에서 EDM이 가장 좋은 효과를 냅니다. PCD에 본딩 브리지가 존재하기 때문에 EDM으로 복합 시트를 가공할 수 있습니다. 작동 유체가 있는 경우 펄스 전압을 사용하여 전극 금속에 가까운 작동 유체에 방전 채널을 형성하고 국부적으로 방전 스파크를 생성합니다. 순간적인 고온으로 인해 다결정 다이아몬드가 녹아 떨어져 필요한 삼각형, 직사각형 또는 정사각형 커터 헤드 블랭크가 형성될 수 있습니다. EDM PCD 복합 인서트의 효율성과 표면 품질은 절삭 속도, PCD 입자 크기, 층 두께 및 전극 품질과 같은 요인의 영향을 받습니다. 절삭 속도의 합리적인 선택은 매우 중요합니다. 실험 결과 절삭 속도를 높이면 가공된 표면 품질이 감소합니다. 절삭 속도가 너무 낮으면 "오버슈팅" 현상이 발생하고 절삭 효율성이 감소합니다. PCD 인서트 두께를 늘리면 절삭 속도도 감소합니다.
용접 피프로세스
PCD 복합 인서트는 기계적 클램핑 및 본딩 방법 외에도 대부분 브레이징을 통해 시멘트 카바이드 기판에 압착됩니다. 용접 방법에는 주로 레이저 용접, 진공 확산 용접, 진공 브레이징, 고주파 유도 브레이징 등이 있습니다. 현재 저투자 저비용 고주파 유도 가열 브레이징이 PCD 인서트 용접에 널리 사용되고 있습니다. 블레이드 용접 공정에서 용접 온도, 플럭스 및 용접 합금의 선택은 용접 후 도구의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 용접 공정에서 용접 온도 제어는 매우 중요합니다.
용접 온도가 너무 낮으면 용접 강도가 부족하고, 용접 온도가 너무 높으면 PCD가 쉽게 흑연화되어 "과열"이 발생하여 PCD 복합 인서트와 초경합금에 영향을 미칠 수 있습니다. 매트릭스의 조합. 실제 가공 공정에서 용접 온도는 유지 시간과 PCD의 발적 정도에 따라 제어할 수 있습니다(일반적으로 700°C 미만이어야 함). 해외의 고주파 용접은 대부분 자동 용접 기술을 사용하는데, 용접 효율이 높고 품질이 좋으며 연속 생산이 가능합니다. 국내에서는 대부분 수동 용접을 사용하는데, 생산 효율이 낮고 품질이 만족스럽지 않습니다.
날카롭게하다 피프로세스
PCD의 높은 경도는 재료 제거율을 극히 낮게 만듭니다(심지어 시멘트 카바이드의 제거율의 1만분의 1에 불과합니다). 현재 PCD 공구 연삭 공정은 주로 세라믹 본드 다이아몬드 연삭 휠을 사용하여 연삭합니다. 연삭 휠 연마재와 PCD 사이의 연삭은 유사한 경도를 가진 두 재료 간의 상호 작용이므로 연삭 법칙이 비교적 복잡합니다. 고립, 저속 연삭 휠의 경우 수용성 냉각수를 사용하면 PCD의 연삭 효율과 연삭 정확도를 개선할 수 있습니다.
연삭 휠 본드의 선택은 연삭기 유형과 가공 조건에 따라 달라야 합니다. 전기 방전 연삭(EDG) 기술은 연삭할 공작물의 경도에 거의 영향을 받지 않으므로 EDG 기술을 사용하여 PCD를 연삭하는 데는 큰 이점이 있습니다. 특정 복잡한 모양의 PCD 도구(예: 목공 도구)의 연삭도 이 유연한 연삭 공정에 대한 수요가 큽니다. 전기 방전 연삭 기술의 지속적인 개발로 EDG 기술은 PCD 연삭의 주요 개발 방향이 될 것입니다.
PCD 도구의 분류
금속 절단용 PCD 도구
금속 절단용 PCD 공구는 주로 용접형 PCD 공구와 인덱서블 PCD 인서트로 나뉜다. 최근 몇 년 동안 자동차 및 부품 산업에서 용접형 섕크 PCD 공구가 빠르게 발전했다. 주로 PCD 밀링 커터, PCD 보링 커터, PCD 리머 또는 위의 공구 중 두 개 또는 세 개 이상의 조합이 있다. PCD 공구는 주로 원통형 섕크, BT 섕크(BT40 및 BT50), SK 섕크(SK40 및 SKS0), HSK 핸들(HSK63 및 HSK100) 등의 형태이다.
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PCD 절단 도구는 목재 가공 산업에서도 널리 사용됩니다. PCD 목공 도구는 주로 PCD 톱날과 PCD 성형 목공 밀링 커터의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
PCD 도구 설계 원칙
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PCD 입자 크기의 선택은 도구 가공 조건과 관련이 있습니다. 예를 들어, 마무리 또는 초정삭용 도구를 설계할 때 고강도, 우수한 인성, 우수한 충격 저항성 및 미세 입자를 가진 PCD를 선택해야 합니다. 조립질 PCD 도구는 일반적인 거친 작업에 사용할 수 있습니다. PCD 재료의 입자 크기는 도구의 마모 및 파손 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 PCD 입자 크기 번호가 클수록 도구의 마모 저항성이 더 강합니다.
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일반적으로 PCD 복합 인서트의 층 두께는 약 0.3~1.0mm이고, 초경합금 층을 추가한 후의 총 두께는 약 2~8mm입니다. PCD 층 두께가 얇을수록 인서트의 방전 가공에 유리합니다. PCD 복합 인서트를 커터 본체 재료에 용접할 때 초경합금 층의 두께는 두 재료의 접합 표면 사이의 응력 차이로 인한 박리를 피하기 위해 너무 작을 수 없습니다.
에스구조적 디디자인
PCD 공구의 기하학적 매개변수는 작업물 조건, 공구 재료 및 구조와 같은 특정 가공 조건에 따라 달라집니다. PCD 공구는 종종 작업물의 마무리 가공에 사용되기 때문에 절삭 두께가 작습니다(때로는 공구의 절삭 날 반경과 동일). 이는 마이크로 절삭입니다. 따라서 릴리프 각도와 플랭크 표면은 가공 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 작은 릴리프 각도, 더 높은 플랭크 표면 품질은 PCD 공구의 가공 품질을 개선하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
- PCD 복합 인서트를 툴 홀더에 연결하는 방법에는 기계적 클램핑, 일체형 용접, 기계 클램프 용접 및 인덱서빌리티를 포함하여 다양한 방법이 있습니다.
- 기계적 클램핑은 클램프를 통해 PCD 복합 인서트를 툴 홀더에 고정하는 방법으로, 빠른 교체와 조정이 용이합니다.
- 일체형 용접은 PCD 복합 인서트와 툴 홀더를 직접 용접하여 전체 구조를 형성하여 연결부의 안정성과 강성을 보장하는 것입니다.
- 기계 클램프 용접은 기계적 클램핑과 용접의 장점을 결합하여 강력한 고정력과 어느 정도의 유연성을 제공할 수 있습니다.
- 인덱싱 방식을 사용하면 절삭 날이 마모된 후에도 인서트를 회전하거나 교체하여 계속 사용할 수 있으므로 공구의 수명이 연장됩니다.
PCD 공구 절단 매개변수
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PCD 공구는 매우 높은 스핀들 속도에서 절삭 작업을 수행할 수 있지만 절삭 속도의 변화가 가공 품질에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 고속 절삭은 가공 효율을 향상시킬 수 있지만 고속 절삭 조건에서 절삭 온도와 절삭력이 증가하면 공구 팁이 손상되고 공작 기계에서 진동이 발생할 수 있습니다. 다른 공작물 재료를 가공할 때 PCD 공구의 합리적인 절삭 속도도 다릅니다. 예를 들어 Al2O3 라미네이트 바닥재를 밀링하는 데 적합한 절삭 속도는 110~120m/min이고 SiC 입자 강화 알루미늄 기반 복합 재료와 산화규소 기반 엔지니어링 세라믹을 선삭하는 데 적합한 절삭 속도는 30~40m/min입니다.
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PCD 공구의 이송량이 너무 크면 공작물의 잔류 기하학적 영역이 증가하여 표면 거칠기가 증가합니다. 이송량이 너무 작으면 절삭 온도가 상승하고 절삭 수명이 단축됩니다.
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PCD 공구의 절삭 깊이를 늘리면 절삭력과 절삭 열이 증가하여 공구 마모가 심화되고 공구 수명에 영향을 미칩니다. 또한 절삭 깊이가 증가하면 PCD 공구 모서리가 쉽게 깨질 수 있습니다.
입자 크기 수준이 다른 PCD 도구는 다른 가공 조건에서 다른 작업물 재료를 가공할 때 다른 절삭 성능을 보입니다. 따라서 PCD 도구의 실제 절삭 매개변수는 특정 가공 조건에 따라 결정되어야 합니다.
