金剛石刀具磨損機理的探討

金剛石刀具    時間:2014-03-12 07:47:55
金剛石刀具磨損機理的探討簡介
1.金剛石刀具的磨損形態  金剛石刀具的磨損形態常見於前刀面磨損、后刀面磨損。  隨著切削時間的不斷延長,切削區域能量不斷積聚,溫度不斷身高,當達到熱化……
金剛石刀具磨損機理的探討正文

1.金剛石刀具的磨損形態
金剛石刀具的磨損形態常見於前刀面磨損、后刀面磨損。
隨著切削時間的不斷延長,切削區域能量不斷積聚,溫度不斷身高,當達到熱化學反應溫度時,就會在刀具表面形成新的變質層。變質層大多是強度甚差的氧化物與碳化物,為斷形成,不斷隨切屑消失,逐漸形成磨損表面。
金剛石晶體在切削力特別是承受交變脈衝載荷持續作用下,一個又一個C原子獲得足夠的能量后從晶格中逸出,造成晶體缺陷,原子間引力減弱,在外力作用下晶格之間發生剪切與剝落,逐漸形成晶格層面的磨損,達到一定數量的晶格層面磨損后就會逐漸形成刀具的磨損表面。
金剛石刀具在高速切削有色金屬及其合金時,在長時間的高溫高壓作用下,當金剛石晶體與工件的金屬晶格達到分子甚至原子之間距離時,引起原子之間相互滲透。改變了金剛石晶體的表面成分,使得金剛石刀具表面的硬度與耐磨性降低,這種現象稱為金剛石的溶解。金剛石刀具的磨損程度與磨損速度則取決於金剛石原子在有色金屬或在其它非金屬材料原子中的溶解率。實踐證明,金剛石刀具在切削不同的材料時,有不同的溶解率,也就是說金剛石刀具在不同切削條件下切削不同的工件材料,磨損速度與程度是不相同的,溶解率越大,金剛石刀具磨損就越快。
2 注意的若干問題
(a)負倒棱加倒圓 (b)雙倒棱加倒圓 (c)消振棱加倒圓 (d)消振棱、擠光棱加倒圓
金剛石刀具常用刃區的形式 附表 單晶金剛石刀具的定向晶面 工件材料 磨損形式 刀具定向晶面硬脆材料(陶瓷、玻璃等) 微小碎裂 (100-100) 硅鋁合金 機械磨損 (110-110) FRM、FRP、CFRP等 熱化學磨損 (110-100)或(100-100)
金剛石刀具在使用時,除有鋒利的刀刃外,還應當選取適當的刃區形式,以增強刀刃強度。由於用機械方法加工製成的金剛石刀具用於鏡面切削時,常常需要一個磨合期,即需要經過一段時間的切削過程,刀具才能達到最佳加工效果。為了縮短或消除磨合期,一般可用離子束濺蝕法、無損傷機械化學拋光法、真空等離子化學拋光法與熱化學拋光法等研磨方法來解決。
單晶金剛石各向異性,在不同晶面及不同方向上性能差異甚大,切削不同的材料,應有不同的定向。
為了提高金剛石刀具的釺焊質量,應選用對金剛石潤濕性較好的合金作為釺焊材料,也可適當添加Ti、Cr、V、Mo等元素,以改善在液相下合金焊料對金剛石表面的浸潤性,實現焊料對金剛石的牢固粘結。另外,釺焊必須在真空中惰性氣體的保護下進行,釺焊溫度應低於金剛石石墨化轉變溫度(800°C),而且釺焊時動作要快,以避免出現刀片開裂等現象。刀片釺焊后可適當延長保溫時間,以消除釺焊應力。
PCD刀具宜採用逐漸減載的研磨工藝,既可保持較高的研磨效率,又可降低研磨后表面硬度的軟化層深度,從而延長刀具的使用壽命。單晶金剛石刀具則在高精密研磨盤上研磨,並選用較小的刃磨角q與適當的偏向角w,使用極細的金剛石研磨粉,採用精度高、運轉平穩且振動小的研磨機床(如空氣靜壓軸承研磨機)。
金剛石刀具適宜在機床—工件—刀具系統剛性足夠、轉速高、功率大、振動小、平穩性好的組合機床或加工中心上切削有色金屬及其合金、纖維增強金屬(FRM) 、纖維增強塑料(FRP)、碳纖維增強複合材料(CFRP)等連續表面。金剛石刀具的檢測和調刀應採用光學儀器等非接觸式測量方法。   

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