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金刚石刀具的制造体例及利用

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金刚石刀具的制造体例及利用

分类:
行业静态
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公布时候:
2012/12/01 20:55
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  跟着汽车、航空和航天技术的飞速生长,对质料机能及加工技术的请求日趋进步。新型质料如碳纤维加强塑料、颗粒加强金属基复合质料(PRMMC)及陶瓷质料获得遍及利用。这些质料具有强度高、耐磨性好、热收缩系数小等特性,这决定了对它们进行机加工时刀具的寿命非常短。开辟新型耐磨且不变的超硬切削刀具是很多高校、科研院所和企业研究的课题。

  金刚石集力学、光学、热学、声学、光学等浩繁优良机能于一身,具有极高的硬度,摩擦系数小,导热性高,热收缩系数和化学惰性低,是制造刀具的抱负质料。本文对比来几年来金刚石刀具制造体例的生长作一概述。

  1.金刚石刀具的利用范围

  (1)难加工有色金属质料的加工

  加工铜、锌、铝等有色金属及其合金时,质料易粘附刀具,加工坚苦。操纵金刚石摩擦系数低、与有色金属亲和力小的特性,金刚石刀具可有效避免金属与刀具产生粘结。别的,因为金刚石弹性模量年夜,切削时刃部变形小,对所切削的有色金属挤压变形小,可使切削过程在小变形下完成,从而可以进步加工大要质量。

  (2)难加工非金属质料的加工

  加工含丰年夜量高硬度质点的难加工非金属质料,如玻璃纤维加强塑料、填硅质料、硬质碳纤维/环氧树脂复合质料时,质料的硬质点使刀具磨损严峻,用硬质合金刀具难以加工,而金刚石刀具硬度高、耐磨性好,是以加工效力高。

  (3)超紧密加工

  跟着当代集成技术的问世,机加工向高精度标的目标生长,对刀具机能提出了相当高的请求。因为金刚石摩擦系数小、热收缩系数低、导热率高,能切下极薄的切屑,切屑容易流出,与别的物质的亲和力小,不容易产生积屑瘤,发热量小,导热率高,可以避免热量对刀刃和工件的影响,是以刀刃不容易钝化,切削变形小,可以获得较高质量的大要。

  2.金刚石刀具的制造体例

  目前金刚石的首要加工体例有以下四种:薄膜涂层刀具、厚膜金刚石焊接刀具、金刚石烧结体刀具和单晶金刚石刀具。

  2.1 薄膜涂层刀具

  薄膜涂层刀具是在刚性及低温特性好的个人质料上经由过程化学气相堆积法(CVD)堆积金刚石薄膜制成的刀具。

  因为Si3N4系陶瓷、WC-Co系硬质合金和金属W的热收缩系与金刚石靠近,制膜时产生的热应力小,是以可作为刀体的基体质料。WC-Co系硬质合金中,粘结相Co的存在易使金刚石薄膜与基体之间构成石墨而降落附着强度,在堆积前需进行预措置以消弭Co的影响(一般经由过程酸腐蚀去Co)。

  化学气相堆积法是采取必然的体例把含有C源的气体激活,在极低的气体压强下,使碳原子在必然地区堆积上去,碳原子在凝集、堆积过程中构成金刚石相。目前用于堆积金刚石的CVD法首要包含:微波、热灯丝、直流电弧放射法等。

  金刚石薄膜的长处是可利用于各种多少形状复杂的刀具,如带有切屑的刀片、端铣刀、铰刀及钻头;可以用来切削很多非金属质料,切削时切削力小、变形小、事情安稳、磨损慢、工件不容易变形,合用于工件材质好、公差小的精加工。首要错误谬误是金刚石薄膜与基体的粘接力较差,金刚石薄膜刀具不具有重磨性。

  2.2 金刚石厚膜焊接刀具

  金刚石厚膜焊接刀具的制作过程一般包含:年夜面积的金刚石膜的制备;将金刚石膜切成刀具需求的形状尺寸;金刚石厚膜与刀具基体质料的焊接;金刚石厚膜刀具切削刃的研磨与抛光。(1)金刚石厚膜的制备与切割常常利用的制备金刚石厚膜的工艺体例是直流等离子体射流CVD法。将金刚石堆积到WC-Co合金(大要进行镜面加工)上,在基体的冷却过程中,金刚石膜主动零落。此体例堆积速率快(最高可930μm/h),晶格之间连络比较紧密,但是生长大要比较粗糙。金刚石膜硬度高、耐磨、不导电决定了它的切割体例是激光切割(切割可在氛围、氧气和氩气的环境中进行)。采取激光切割不但能将金刚石厚膜切割成所需求的形状和尺寸,还可以切出刀具的后角,具有切缝窄、高效等长处。

  (1)金刚石厚膜刀具的焊接

  金刚石与一般的金属及其合金之间具有很高的界面能,导致金刚石不克不及被一般的低熔点合金所浸润,可焊性极差。目前首要经由过程在铜银合金焊猜中增加强碳化物构成元素或经由过程对金刚石大要进行金属化措置来进步金刚石与金属之间的可焊性。

  ①活性钎料法焊料一般用含Ti的铜银合金,不加助熔剂在惰性气体或真空中焊接。常常利用的钎料成分Ag=68.8wt%,Cu=26.7wt%,Ti=4.5wt%,常常利用的制备体例是电弧熔炼法和粉末冶金法。Ti作为活性元素在焊接过程中与C反应天生TiC,可进步金刚石与焊料的润湿性和粘结强度。加热温度通常是850℃,保温10分钟,缓冷以减小内应力。

  ②大要金属化后焊接

  金刚石大要的金属化是经由过程大要措置技术在金刚石大要镀覆金属,使其大要具有金属或类金属的机能。通常为在金刚石的大要镀Ti,Ti与C反应天生TiC,TiC与Ag-Cu合金钎料有较好的润湿性和连络强度。目前常常利用的镀钛体例有:真空物理气相堆积(PVD,首要包含真空蒸发镀、真空溅射镀、真空离子镀等),化学气相镀和粉末覆盖烧结。PVD法单次镀覆量低,镀覆过程中金刚石的温度低于500℃,镀层与金刚石之间是物理附着、无化学冶金。CVD法Ti与金刚石产生化学反应构成强力冶金连络,反应温度高,侵害金刚石。

  (2)厚膜金刚石刀具的刃磨

  金刚石厚膜刀具的加工体例有:机器磨削,热金属盘研磨,离子束、激光束和等离子体刻蚀等。

  2.3 金刚石烧结体刀具

  将金刚石厚膜用滚压研磨粉碎的体例加工成均匀粒度为32~37μm的金刚石晶粒或直接操纵低温高压法制得金刚石晶粒,把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co合金上,然后用Ta箔将其隔离,在5.5GPa、1500℃前提下烧结60分钟,制成金刚石烧结体,用此烧结体制成的车刀具有很高的耐磨性。

  2.4 单晶金刚石刀具

  单晶金刚石刀具凡是是将金刚石单晶牢固在小刀头上,小刀头用螺钉或压板牢固在车刀刀杆上。金刚石在小刀头上的牢固体例首要有:机器加固法(将金刚石底面和加压面磨平,用压板加压牢固在小刀头上);粉末冶金法(将金刚石放在合金粉末中,经加压在真空中烧结,使金刚石牢固在小刀头上);粘结和钎焊法(利用无机粘结剂或别的粘结剂牢固金刚石)。因为金刚石与基体的热收缩系数相差差异,金刚石易松动,零落。

  3.结语

  目前在金刚石的财产化中还存在一些关头问题函待处理,如高速年夜面积的金刚石厚膜堆积工艺、节制金刚石膜的晶界密度和缺点密度、金刚石膜的低温生长,金刚石薄膜与基体结合力弱等。金刚石刀具优良的机能和遍及的生长前程吸收国表里无数的专家进行研究,有些已获得了冲破性停顿,信赖不久的将来金刚石刀具将遍及利用到当代加工中。

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