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(1)切割工藝
PCD硬度高,耐磨性好,切割工藝難度大。具體切割工藝特點比較見表。
幾種切割工藝的特點比較
綜上所述,電火花加工是最合適的。電火花加工效率和PDC表面質量與電極質量、PCD粒度、層厚,特別是切削速度有關。實驗表明,切削速度過高會影響PDC表面質量,過低會引起“拱線”,影響切割效率。隨著刀片厚度的增加,切割速度會降低。
(2)焊接工藝
PDC和刀片的連接方法包括機械夾緊、粘合和釬焊。釬焊是將PDC壓制在硬質合金基體上,方法包括真空釬焊、真空擴散焊、高頻感應加熱釬焊、激光焊接等。高頻感應加熱釬焊以低成本、高回報得到廣泛應用。焊接質量與焊劑、焊接合金及焊接溫度有關。焊接溫度(一般低于700℃)影響最大,溫度過高,容易引起PCD石墨化,甚至“過熱”,直接影響焊接效果,溫度過低會導致焊接強度不足。可以通過保溫時間和PCD變紅的深度來控制焊接溫度。有關連接方法的比較,請參閱表。
表PDC刀片與刀桿連接方式的特點及應用
(3)刃磨技術
PCD刀具刃磨技術難度大,是制造工藝的關鍵。刀尖磨削一般在主切削刃上有一定的直線度,沒有鋸齒和崩刃,刀尖鋸齒的峰值為5μm以內,圓弧半徑為4μm以內,前、后刀面保證一定的表面光潔度,再將前刀面Ra降低到0.01μm,達到鏡面要求,使切屑沿前刀面流動,預防粘刃[17]。
刃磨技術包括金剛石砂輪機械刃磨、電火花刃磨(EDG)、金屬結合劑超硬研磨砂輪的在線電解修理刃磨(ELID)、復合刃磨加工。其中,金剛石砂輪機械刃磨最成熟,應用最廣泛。
相關實驗[18]表明:①粗粒砂輪存在嚴重缺刀、砂輪粒度降低、刀片質量變好的趨勢;②砂輪粒度與微?;虺⒘CD刀具的刃口質量密切相關,但對粗粒PCD刀具的作用有限。
國內外相關研究主要集中在刃磨機構[19-23]和技術上。在刃磨機構中,熱化學去除和機械去除占主導地位,脆性去除和疲勞去除的比例相對較小。刃磨時,根據不同結合劑金剛石砂輪的強度、耐熱性等特點,盡量提高砂輪的轉速和頻率,避免脆性和消除疲勞,提高熱化學去除比例,降低表面粗糙度。干磨削的表面粗糙度低,但加工溫度過高,容易燙傷工具表面[24]。
在刃磨技術方面需要注意:①選擇合理的刃磨技術參數,可使刃口質量更佳,前、后刃面表面光澤度更高。但還應綜合考慮磨削力高、砂輪損耗大、刃磨效率低、成本高等問題。②選擇合理的砂輪質量,包括結合劑種類、砂輪粒度、濃度、結合劑、砂輪修理,配合合理的干濕刃研磨條件,可優(yōu)化刀具前后角、刀尖鈍化值等參數,同時可提高刀具表面質量。
不同粘結劑的金剛石砂輪特性不同,刃磨機理和效果也不同。樹脂結合劑金剛石砂輪較軟,磨粒早期易脫落,無耐熱性,表面受熱易變形,刃磨表面易產生磨痕,粗糙度大,金屬結合劑金剛石砂輪因磨粒局部破碎而保持鋒利狀態(tài),成形性好,表面平整刃磨表面粗糙度低、效率高,但對磨粒結合能力過強導致砂輪自銳性差,易殘留刃口沖擊缺口,造成邊緣嚴密破壞,陶瓷結合劑金剛石砂輪強度適中,自激性好,內部氣孔多,有利于排屑散熱可適應各種冷卻液,磨削溫度低,砂輪磨損小,形狀保持性好,工件精度高,效率最高,但由金剛石砂輪磨粒和結合劑構成的脫落體容易在工具表面結合劑上形成凹陷[24]。使用時應根據加工材料、綜合磨削效率、磨具耐久性及工件表面質量合理選擇。
關于磨削效率的研究主要集中在提高生產率和控制成本上,一般作為評價標準使用的是磨削率Q(單位時間的PCD去除量)和磨削比G(PCD去除量與砂輪損失量之比)。
德國學者KENTER在一定壓力下磨削PCD刀具,試驗得到[19-21]:①增大砂輪轉速、PDC粒度和冷卻液濃度,磨削率和磨損比均減小,②增大磨粒粒度,增大一定壓力,增大砂輪中金剛石的濃度,磨削率和磨損比均增大;③粘結劑種類不同,磨削率和磨損比不同。KENTER系統研究了PCD刀具刃磨技術,但沒有系統分析刃磨技術對刃磨質量的影響。