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(1)切割工艺
PCD硬度高,耐磨性好,切割工艺难度大。具体切割工艺特点比较见表。
几种切割工艺的特点比较
综上所述,电火花加工是最合适的。电火花加工效率和PDC表面质量与电极质量、PCD粒度、层厚,特别是切削速度有关。实验表明,切削速度过高会影响PDC表面质量,过低会引起“拱线”,影响切割效率。随着刀片厚度的增加,切割速度会降低。
(2)焊接工艺
PDC和刀片的连接方法包括机械夹紧、粘合和钎焊。钎焊是将PDC压制在硬质合金基体上,方法包括真空钎焊、真空扩散焊、高频感应加热钎焊、激光焊接等。高频感应加热钎焊以低成本、高回报得到广泛应用。焊接质量与焊剂、焊接合金及焊接温度有关。焊接温度(一般低于700℃)影响最大,温度过高,容易引起PCD石墨化,甚至“过热”,直接影响焊接效果,温度过低会导致焊接强度不足。可以通过保温时间和PCD变红的深度来控制焊接温度。有关连接方法的比较,请参阅表。
表PDC刀片与刀杆连接方式的特点及应用
(3)刃磨技术
PCD刀具刃磨技术难度大,是制造工艺的关键。刀尖磨削一般在主切削刃上有一定的直线度,没有锯齿和崩刃,刀尖锯齿的峰值为5μm以内,圆弧半径为4μm以内,前、后刀面保证一定的表面光洁度,再将前刀面Ra降低到0.01μm,达到镜面要求,使切屑沿前刀面流动,预防粘刃[17]。
刃磨技术包括金刚石砂轮机械刃磨、电火花刃磨(EDG)、金属结合剂超硬研磨砂轮的在线电解修理刃磨(ELID)、复合刃磨加工。其中,金刚石砂轮机械刃磨最成熟,应用最广泛。
相关实验[18]表明:①粗粒砂轮存在严重缺刀、砂轮粒度降低、刀片质量变好的趋势;②砂轮粒度与微粒或超微粒PCD刀具的刃口质量密切相关,但对粗粒PCD刀具的作用有限。
国内外相关研究主要集中在刃磨机构[19-23]和技术上。在刃磨机构中,热化学去除和机械去除占主导地位,脆性去除和疲劳去除的比例相对较小。刃磨时,根据不同结合剂金刚石砂轮的强度、耐热性等特点,尽量提高砂轮的转速和频率,避免脆性和消除疲劳,提高热化学去除比例,降低表面粗糙度。干磨削的表面粗糙度低,但加工温度过高,容易烫伤工具表面[24]。
在刃磨技术方面需要注意:①选择合理的刃磨技术参数,可使刃口质量更佳,前、后刃面表面光泽度更高。但还应综合考虑磨削力高、砂轮损耗大、刃磨效率低、成本高等问题。②选择合理的砂轮质量,包括结合剂种类、砂轮粒度、浓度、结合剂、砂轮修理,配合合理的干湿刃研磨条件,可优化刀具前后角、刀尖钝化值等参数,同时可提高刀具表面质量。
不同粘结剂的金刚石砂轮特性不同,刃磨机理和效果也不同。树脂结合剂金刚石砂轮较软,磨粒早期易脱落,无耐热性,表面受热易变形,刃磨表面易产生磨痕,粗糙度大,金属结合剂金刚石砂轮因磨粒局部破碎而保持锋利状态,成形性好,表面平整刃磨表面粗糙度低、效率高,但对磨粒结合能力过强导致砂轮自锐性差,易残留刃口冲击缺口,造成边缘严密破坏,陶瓷结合剂金刚石砂轮强度适中,自激性好,内部气孔多,有利于排屑散热可适应各种冷却液,磨削温度低,砂轮磨损小,形状保持性好,工件精度高,效率最高,但由金刚石砂轮磨粒和结合剂构成的脱落体容易在工具表面结合剂上形成凹陷[24]。使用时应根据加工材料、综合磨削效率、磨具耐久性及工件表面质量合理选择。
关于磨削效率的研究主要集中在提高生产率和控制成本上,一般作为评价标准使用的是磨削率Q(单位时间的PCD去除量)和磨削比G(PCD去除量与砂轮损失量之比)。
德国学者KENTER在一定压力下磨削PCD刀具,试验得到[19-21]:①增大砂轮转速、PDC粒度和冷却液浓度,磨削率和磨损比均减小,②增大磨粒粒度,增大一定压力,增大砂轮中金刚石的浓度,磨削率和磨损比均增大;③粘结剂种类不同,磨削率和磨损比不同。KENTER系统研究了PCD刀具刃磨技术,但没有系统分析刃磨技术对刃磨质量的影响。