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簡述金剛石刀具的制造方法及應用

隨著汽車、航空和航天技術的飛速發展, 對材料性能及加工技術的要求日益提高。新型材料如碳纖維增強塑料、顆粒增強金屬基復合材料(PRMMC) 及陶瓷材料得到廣泛應用。這些素材包括的強度高、耐磨損性好、熱膨漲比率小等基本特性, 這直接決定了對因此確定機加工處理時刀柄的期十分的短。開拓環保型耐磨性且維持的超硬車削刀柄是一些職業院校、科研結題報告院所和公司分析的結題報告。金剛石集結構力學、磁學、熱學、擴聲、磁學等眾所高品質功效于全身上下,體現了良好的硬性,摩擦力系數小, 導熱性高朝,熱變大指數和化工惰性低, 是研制數控刀片的理想化用料。選文對近幾近些年金剛石數控刀片研制做法的快速發展作都述。

1.金剛石刀具的應用范圍

(1)難加工有色金屬材料的加工

加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合金時,材料易粘附刀具,加工困難。利用金剛石摩擦系數低、與有色金屬親和力小的特點,金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發生粘結。此外,由于金剛石彈性模量大, 切削時刃部變形小, 對所切削的有色金屬擠壓變形小, 可使切削過程在小變形下完成,從而可以提高加工表面質量。

(2)難加工非金屬材料的加工

加工含有大量高硬度質點的難加工非金屬材料, 如玻璃纖維增強塑料、填硅材料、硬質碳纖維/環氧樹脂復合材料時,材料的硬質點使刀具磨損嚴重,用硬質合金刀具難以加工,而金剛石刀具硬度高、耐磨性好,因此加工效率高。

(3)超精密加工

隨著現代集成技術的問世, 機加工向高精度方向發展, 對刀具性能提出了相當高的要求。因金剛石靜摩擦彈性比率小、熱變形彈性比率低、導電率高,能割下極薄的切屑,切屑非常容易排出,與兩種物料的人格魅力小,很容易導致積屑瘤, 發燒量小,導電率高,都不錯解決糖份對鋼刀和零件的后果,故而鋼刀材質鈍化,鉆削壓扁小,都不錯拿到較優質化量的外表面。

2.金剛石刀具的制造方法

目前金剛石的主要加工方法有以下四種: 薄膜涂層刀具、厚膜金剛石焊接刀具、金剛石燒結體刀具和單晶金剛石刀具。

2.1 薄膜涂層刀具

薄膜涂層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過化學氣相沉積法(CVD) 沉積金剛石薄膜制成的刀具。原因Si3N4 系衛浴陶瓷、WC-Co 系硬塑鎢鋼同時金屬材料W 的熱澎漲系與金剛石將近, 制膜時會產生的熱彎曲應力小, 如此能作為刀體的基體物料。WC-Co 系聚氯乙烯塑料合金類中, 黏接相Co 的具備易使金剛石塑料薄膜與基體彼此建立石墨而有效降低黏附比強度,在沉積物前需進行預處置以清理Co 的后果( 普遍依據酸氧化去Co)。化學上氣相色譜巖漿巖法是進行有一定的方式 把包含的C 源的乙炔氣更改密碼,在不高的乙炔氣壓強下,使碳原子結構在相應地方巖漿巖回去, 碳分子在聚集、積累的過程中導致金剛石相。近年使用在積累金剛石的CVD 法主耍比如:徽波、熱燈絲、直流電源脈沖噴射式法等。

金剛石薄膜的優點是可應用于各種幾何形狀復雜的刀具,如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸刀及鉆頭;可以用來切削許多非金屬材料,切削時切削力小、變形小、工作平穩、磨損慢、工件不易變形, 適用于工件材質好、公差小的精加工。主要缺點是金剛石薄膜與基體的粘接力很差,金剛石聚酯薄膜車床刀具不極具重磨性。

2.2 金剛石厚膜焊接刀具

金剛石厚膜焊接刀具的制作過程一般包括:大面積的金剛石膜的制備;將金剛石膜切成鎢鋼刀都要的樣子面積;金剛石厚膜與廚房刀具基體板材的焊接工藝;金剛石厚膜車床刀具切割刃的研磨機與拋光。(1)金剛石厚膜的準備與切開較常用的準備金剛石厚膜的技藝工藝是電流等鋁離子體射流CVD 法。將金剛石形成沉積到WC-Co 金屬(外面采取鏡面生產)上, 在基體的冷卻水具體步驟中, 金剛石膜一鍵脫落。此措施累積速率快(極限能夠達到930μ m/h),晶格直接根據相對較密不可分, 但發芽表皮相對較光滑。金剛石膜硬度標準高、高耐磨、不導電決定的了它的切開做法是激光行業切開(切割工作可在室內空氣、o2和氬氣的自然環境中參與)。用智能機械裁切一方面能將金剛石厚膜裁切成所要要的圖案和長度,還不錯切出數控刀具的后角,具切縫窄、高質量等獨到之處。

(1)金剛石厚膜刀具的焊接

金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能, 致使金剛石不能被一般的低熔點合金所浸潤, 可焊性極差。目前主要通過在銅銀合金焊料中添加強碳化物形成元素或通過對金剛石單單從表面實現廢五金化治療來從而提高金剛石與廢五金中間的可焊性。

①活性釬料法

焊料一般用含Ti 的銅銀合金,不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接。常用的釬料成分Ag=68.8wt% , Cu=26.7wt% , Ti=4.5wt% ,所用的制法步驟是電孤鍛煉法和粉沫冶金材料法。Ti身為親水性設計在悍接時中與C 揭示添加TiC ,可升高金剛石與焊料的潤濕性和黏接抗壓強度。熱處理加熱溫度通常為850℃,保溫層10 30分鐘,緩冷以減小或增大內剪切力。

②表面金屬化后焊接

金剛石表面的金屬化是通過表面處理技術在金剛石表面鍍覆金屬, 使其表面具有金屬或類金屬的性能。一般是在金剛石的表面鍍Ti, Ti 與C 反應生成TiC , TiC 與Ag-Cu 合金釬料有較好的潤濕性和結合強度。目前常用的鍍鈦方法有:真空物理氣相沉積(PVD ,主要包括真空蒸發鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍等),化學氣相鍍和粉末覆蓋燒結。PVD 法單次鍍覆量低, 鍍覆過程中金剛石的溫度低于500℃,鍍層與金剛石之間是物理附著、無化學冶金。

CVD 法Ti 與金剛石發生化學反應形成強力冶金結合,反應溫度高,損害金剛石。

(2)厚膜金剛石刀具的刃磨

金剛石厚膜刀具的加工方法有: 機械磨削,熱金屬盤研磨,離子束、激光束和等離子體刻蝕等。

2.3 金剛石燒結體刀具

將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工成平均粒度為32~37μm 的金剛石晶粒或直接利用高溫高壓法制得金剛石晶粒,把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co 合金上,然后用Ta箔將其隔離,在5.5GPa、1500℃條件下燒結60 分鐘,制成金剛石燒結體,用此燒結體制成的車刀具有很高的耐磨性。

2.4 單晶金剛石刀具

單晶金剛石刀具通常是將金剛石單晶固定在小刀頭上, 小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有:機械加固法( 將金剛石底面和加壓面磨平,用壓板加壓固定在小刀頭上);粉末冶金法(將金剛石放在合金粉末中,經加壓在真空中燒結,使金剛石固定在小刀頭上);粘結和釬焊法(使用無機粘結劑或其它粘結劑固定金剛石)。由于金剛石與基體的熱膨脹系數相差懸殊,金剛石易松動,脫落。

3.結語

目前在金剛石的產業化中還存在一些關鍵問題函待解決, 如高速大面積的金剛石厚膜沉積工藝、控制金剛石膜的晶界密度和缺陷密度、金剛石膜的低溫生長, 金剛石薄膜與基體結合力弱等。金剛石數控刀具上的優良的特性和普遍的進展前景深深吸引國產外許多的專業人員確定鉆研, 有的早就確認了突破點性新況,確信買回去的明年金剛石數控刀將諸多適用到新現代加工廠中。

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