① PCD是什材料,其硬度是多少能加工那些金属材料
PCD刀具主要材料是金刚石粉末,佐以一定的股捏硅铁等金属以及结合剂,在高温高压状态下生产出来的。
硬度的话是普通硬质合金刀具的100多倍。可以达到>8000HV。热传导系数也要高出6,7倍。
PCD刀具主要应用于以下两方面:
1.难加工有色金属材料的加工:用普通刀具加工难加工有色金属材料时,往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷,而PCD刀具则可表现出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合金(对该材料加工机理的研究已取得突破)。
2.难加工非金属材料的加工:PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料(CFRP)、人造板材等难加工非金属材料的加工。
PCD是生产中最常用的金刚石材料,它不仅适用通常机械加工领域,还广泛地应用在汽车、摩托车、高速列车、石油、化工、建筑、木材加工以及航空航天等工业部门。
在汽车和摩托车领域中,PCD适用于加工发动机铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等耐磨零部件。
在加工高硬度、高脆性材料时,PCD刀具的粘结磨损并不明显;相反,在加工低脆性材料(如碳纤维增强材料)时,刀具的磨损增大,此时粘接磨损起主导作用。
② 什么是PCD刀片
为在精加工非铁金属尤其是铝材料时有效控制切屑,国外开发出一种带有断屑器的PCD刀片。这种刀片是具有整体PCD切削刃的硬质合金基体刀片。硬质合金断屑器被直接焊在基体上,因此消除了金刚石和断屑器之间的缝隙,可避免切屑堵塞。该刀片圆周切削速度为250m/min,进给量为0.25mm/min。
③ PCD刀具的焊接方法常用的有哪几个
PCD的焊接方法
1) 激光焊接
激光焊(Laser Beam Welding)是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接具有高能量密度、可聚焦、深穿透、高效率、适应性强等优点。激光焊接 过程属于传导焊接,即激光辐照工件表面,产生的热量通过热传导向内部传递。通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件达到一定的熔 池深度而表面又无明显的汽化,即可进行焊接。由于功率密度大(可达109W/cm2),因此激光焊接过程中在金属材料上生成小孔,激光能量通过小孔往工件 的深部传输,减少横向扩散,材料的融合深度大,焊接速度快,单位时间焊合的面积大。此外,激光焊接形成的焊缝深而窄,深宽比大(可达2~10),焊合单位 面积所需能量小,热影响区小,焊接变形小。一般不加填充金属,依赖焊件自身融合。激光焊接系统有高度的柔性,易于实现自动化。但用激光焊接时,要求被焊件 有较高的装配精度,原始装配精度不能因焊接过程热变形而改变,且光斑应严格沿待焊缝扫描而不能有显著的偏移,否则将造成严重的焊接缺陷。此外,由于激光器 及其焊接系统的一次投资较大,焊接成本高,对母材的要求较高,参数多,对操作技能的要求高等等,都制约了激光焊接的广泛应用。使用激光进行PCD复合片的 焊接,获得的焊接接头强度可高达1800MPa,且对金刚石层不会产生热损伤,是一种理想的PCD焊接方法,目前多用于金刚石圆锯片的焊接。
2) 真空扩散焊
真空扩散焊(Vacuum Diffusion Bonding)是指在较高的温度和较大的压力下,使处于真空中清洁的零件表面相互靠近,在相当小的距离内原子相互扩散从而将两部分连接在一起的焊接方 法。真空扩散焊一般是在被焊材料熔点温度(绝对温度)的60%~80%的温度下进行的,因此对于膨胀系数差异很大的材料(如PCD复合片的硬质合金基底与 45#钢刀杆),此种方法显得十分有效。在进行扩散焊时,零件在真空室中的加热是在不断往外抽气的情况下进行的,因而能除掉零件表面的吸附气体和氧化膜。 此外,真空扩散焊能保持工件的几何尺寸和形状精度,获得具有真空密封的、热稳定的、抗震的接头。因此,真空扩散焊在PCD地质钻头的焊接中得到了广泛应 用。它的应用可保证钻头的质量,提高焊接强度,增大钻头的进尺深度。美国桑迪亚实验室在焊接表面进行镀镍处理,镀层厚25~50µ,然后在650℃下经受 214.62MPa的压力达4小时,进行真空扩散焊,其剪切强度为413.36~551.2MPa。
使用真空扩散焊进行PCD复合片焊接时,其焊接工艺过程复杂,焊接时间较长,成本高,需用专用设备,一次性投资很大。目前,真空扩散焊一般只用于焊接强度要求高、使用时振动较大的地质钻头的焊接,还未用于大批量制造通用刀具的生产中。
3) 真空钎焊
真空钎焊(Vacuum Brazing)是指在真空状态下进行零件的钎焊焊接。由于这种方法是在无氧化气体的气氛中进行的,所以能获得强度、韧性和均匀性都比较高的优良接头,是 一种新兴的焊接方法。进行真空钎焊必须采用专用设备,焊接过程中,在控制真空度的同时还要控制焊接温度,因此工艺复杂,操作难度较大。目前,利用真空钎焊 的方法进行PCD油田钻头的焊接,其钎缝的剪切强度可达451.9MPa
4) 高频感应钎焊
高频感应加热技术是二十世纪初发展起来的一项加热技术。由于它具有加热速度快、材料内部发热和热效率高、加热均匀且有选择性、产品质量好、几乎无环境污 染、易于实现生产自动化等一系列优点而得到迅速推广。目前,这种加热技术在机床制造、汽车、拖拉机制造、轴承制造、量具刃具制造及一般机械零件制造中都得 到了广泛应用,并且其应用范围日益扩大,高频感应钎焊就是其中一个主要应用方向。
高频感应钎焊(Hi-frequency Inction Brazing)就是利用电磁感应原理使电磁能在钎料和零件中转化成热能,将钎料加热到熔融状态,从而将零件焊接在一起的焊接方法。采用这种方法,钎焊加 热速度快,功率密度可达10~100kW/cm2,通常可在几秒钟内完成加热过程,并能保证零件的尺寸精度,其剪切强度可达300~400MPa。
与激光焊接、真空扩散焊、真空钎焊等焊接方法比较,高频感应钎焊的最大优势在于其设备投资少、焊接工艺易于掌握,其缺点在于高频感应加热的温度难于控制。目前,高频感应钎焊PCD复合片的应用比较广泛,但其工艺还有待于进一步提高。