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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。這些相關材料具有著硬度高、耐磨損性好、熱彭脹因子小等性狀, 這考慮了對鳥卵采取機生產時刀柄的耐用度更加短。開發建設最新科技耐磨橡膠且穩定性的超硬銑削刀柄是非常多普通高校、探析院所和工廠探析的科研課題。金剛石集力學結構、電子電子光學、熱學、聲學設計、電子電子光學等諸多成績突出特性于渾身,含有最高的對抗強度,耐摩擦系數小, 熱傳導性好,熱彭脹常數和化學式惰性低, 是生產開發車床加工中心刀具的非常完美用料。論文對歷近些年來金剛石車床加工中心刀具生產開發方式方法的壯大作全部述。

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。伴隨金剛石靜摩擦常數小、熱膨漲常數低、傳熱率高,能切去極薄的切屑,切屑最易外流,與多種物質的感染力小,不可以發生積屑瘤, 產生卡路里量小,傳熱性率高,可能逃避卡路里對刀身和鏜孔的損害,所以說刀身不會輕易鈍化,磨削變化小,可能刷出較優線質量的表皮。

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。會因為Si3N4 系淘瓷、WC-Co 系聚氯乙烯塑料鎂合金并且 金屬件W 的熱開裂系與金剛石達到, 制膜時會產生的熱內應力小, 那么能以為刀體的基體相關材料。WC-Co 系硬質的鎂合金中, 膠結相Co 的會有易使金剛石pet薄膜與基體之間組成石墨而消減支承比強度,在堆積前需進行預處置以消去Co 的干擾( 基本上完成酸生銹去Co)。有機化學氣相色譜儀的堆積法是用到某種的工藝把包含的C 源的的實驗室氣體促活,在很低的的實驗室氣體壓強下,使碳共價鍵在必然城市沉淀掉了, 碳分子在激發、火成巖進程中建立金剛石相。近年來中用火成巖金剛石的CVD 法重點包涵:微波加熱、熱燈絲、電流電弧放電噴灑于法等。

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欠佳,金剛石透氣膜屬具不有重磨性。

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;將金剛石膜切成高速鋼鋸片要的樣子長度;金剛石厚膜與銑刀基體文件的熔接;金剛石厚膜銑刀車削刃的研磨機與拋光。(1)金剛石厚膜的制得與裁切通用的制得金剛石厚膜的制作工藝方式 是直流變壓器等陽離子體射流CVD 法。將金剛石基性巖到WC-Co 合金類(界面對其進行弧面加工制作)上, 在基體的待冷卻整個過程中, 金剛石膜手動掉落的。此方法步驟磨合高速度很快(是最高的會達930μ m/h),晶格期間聯系非常緊緊, 其實出現表皮相對較變厚。金剛石膜硬性高、耐磨損、不導電絕對了它的打孔器辦法是智能機械打孔器(鋸開可在空氣質量、氧和氬氣的氛圍中實行)。按照二氧化碳激光切開不止能將金剛石厚膜切開成營養要的圖形和的尺寸,還可能切出數控刀片的后角,都具有切縫窄、高質量等缺點有哪些。

(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表面上展開塑料化正確處理來增長金剛石與塑料中的可焊性。

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% ,最常用的提純的方式是電弧焊接融煉法和粉末狀冶金材料法。Ti最為生物種元素在補焊階段中與C 體現導出TiC ,可挺高金剛石與焊料的潤濕性和粘合屈服強度。微波加熱水溫一般的為850℃,保冷10 分,緩冷以大于內熱應力。

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。金剛石數控刀優質的功效和大范圍的發展方向就業前景誘惑目前中國外數不盡的科研專家確定調查, 一些以經拿得了超過性突破,小編相信一段時間的將要金剛石高速鋼鋸片將廣泛選用選用到如今的生產中。

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