高壓整體燒結PCD鉆頭

由美國猶他州的PrecorpInc.公司開發(fā)并擁有技術專利、商標名稱為DiaEdge的高壓整體燒結PCD鉆頭(PCD-veineddrill)從20世紀80年代后期開始應用于金屬切削加工,但這種鉆頭多年來一直未能在人們心目中建立起較高的可信度。

高壓整體燒結PCD鉆頭基本信息

中文名稱 高壓整體燒結PCD鉆頭 外文名稱 PCD-veineddrill
開始于 20世紀80年代 開發(fā)商 美國猶他州的PrecorpInc.公司

簡介

如今,這種沿鉆頭刃槽長度方向開槽并將聚晶金剛石(PCD)粉在槽中通過高溫高壓燒結成型獲得的整體燒結VCD鉆頭又重新受到人們的重視,它的應用范圍也得到廣泛拓展。高壓整體燒結PCD鉆頭最初只是零星應用于航空零件和電子器件的加工,如今它已成為航空、電子、汽車、醫(yī)療器械等行業(yè)切削加工難加工材料的常規(guī)刀具,且應用范圍還在不斷擴大。

金剛石具有最高的硬度和最小的摩擦系數(shù),是制備切削刀具的理想材料。Precorp公司制造DiaEdge聚晶金剛石鉆頭的主要工藝步驟為:①制備整體硬質合金鉆尖毛坯;②在鉆坯上開出窄槽;③將PCD金剛石粉與粘結劑混合后注入槽中;④將鉆坯置于專用燒結壓機中,在1480℃、61320kg/cm2的高溫高壓下燒結壓制成型;⑤得到嵌有PCD刃帶的鉆尖毛坯;⑥將鉆尖毛坯焊接到整體硬質合金鉆桿毛坯上;⑦磨制出需要的鉆頭幾何刃形。采用該工藝可制備出具有復雜鉆尖形狀的整體燒結PCD鉆頭,鉆頭直徑可小至φ0.4mm。這種鉆頭非常適合用于高速、高效鉆削加工。

鉆尖與鉆桿焊接接頭距切削刃的長度取決于鉆頭直徑的大小,該距離應使焊接接頭在加工時不會受到切削區(qū)發(fā)熱的影響,以保證接頭與刀體的整體性。由于焊接接頭與刀體的整體性是金剛石刀具的薄弱環(huán)節(jié),因此有必要認真研究高壓整體燒結PCD鉆頭不同于常規(guī)焊接式PCD鉆頭的使用特點。

常規(guī)PCD鉆頭的制備方法通常是在鉆尖部位加工一個凹槽,利用線切割將在硬質合金基片上沉積的PCD薄膜切割成形,然后將其焊接在鉆尖凹槽中。在20世紀80年代后期,世界上只有少數(shù)廠家(包括Precorp公司)能成功制備PCD鉆頭。90年代初期,焊接式PCD鉆頭被用于鉆削加工汽車發(fā)動機活塞上的定位器孔,該活塞為過共晶鋁合金鑄件(硅含量12%以上),必須使用PCD鉆頭加工才能達到要求的刀具壽命,鉆頭刃磨一次通??杉庸?500副孔(實際上可能達到加工10000副孔)。但是,焊接式PCD鉆頭的加工時間較長,每件加工成本較高。此外,鉆頭切削刃在高溫作用下經(jīng)常發(fā)生焊接失效現(xiàn)象,從而導致整個鉆頭破損。使用整體燒結PCD鉆頭則可較好解決上述問題。

Precorp公司的DiaEdge整體燒結PCD鉆頭最早被設計用于電子工業(yè)和航空制造業(yè),通過進一步的加工試驗,該技術的應用領域逐漸擴大。目前,該鉆頭可用于加工綠色硬質合金、鋁基復合材料、增強型復合陶瓷、各種牌號的鋁材等,加工對象包括汽車發(fā)動機殼體、傳動箱體、新型噴氣戰(zhàn)斗機的翼梁等。戰(zhàn)斗機翼梁采用韌性極好的復合樹脂材料制成,鉆孔加工量很大,如F-22噴氣戰(zhàn)機機翼的每一個表面需鉆削3500個孔,每副機翼的上下表面共需鉆削14000個孔。過去采用硬質合金鉆頭加工20m翼梁需耗時16小時,現(xiàn)在采用整體燒結PCD鉆頭加工則只需4.5小時。降低每孔加工成本和加工時間是影響加工總成本的主要因素,也是使用整體燒結PCD鉆頭的優(yōu)勢所在。目前,美國航空業(yè)已計劃將整體燒結PCD鉆頭應用于B-2、A-6、777等機型的生產加工。

由于金剛石鉆頭的價格是常規(guī)硬質合金鉆頭的許多倍,因此,為降低每孔加工成本,必須通過延長刀具使用壽命、縮短機床加工時間來平衡加工成本支出。整體燒結PCD鉆頭與常規(guī)焊接式PCD鉆頭相比,以上使用原則也同樣適用。如果使用整體燒結PCD鉆頭可使刀具失效的可能性大幅度下降,則這種鉆頭對難加工材料鉆削工藝可起到明顯改善作用。由于加工技術的發(fā)展最終是由用戶需求驅動的,因此很難確定是使用整體燒結PCD鉆頭還是使用常規(guī)焊接式PCD鉆頭最劃算。因此,選用刀具時對被加工材料及工藝完整性進行認真研究是非常重要的,加工部門與刀具制造商的密切合作是滿足用戶需求的最佳途徑。例如,位于美國俄亥俄州的本田傳動器制造廠已將Precorp公司的整體燒結PCD鉆頭/鉸刀(商標名稱為OneShot)成功應用于汽車傳動器的加工,從而使原來的三步工序縮減為一步工序,提高了生產率。根據(jù)最新統(tǒng)計,本田傳動器廠已使用該刀具加工了超過30萬個孔,降低了生產成本,提高了產品質量,縮短了生產周期。

Precorp公司制造的整體燒結PCD鉆頭的傳統(tǒng)應用領域主要是航空制造業(yè),用于加工碳纖維增強塑料工件。加工這種材料時,鉆刃的鋒利程度至關重要,如鉆刃較鈍,加工時可能會撕裂材料中的碳纖維,從而破壞孔口的完整性。使用鉆刃鋒利的整體燒結PCD鉆頭可減輕鉆頭沖擊,且切削刃可對孔口處的碳纖維起到修整作用。通過大量實際加工,可獲得整體燒結PCD鉆頭加工碳纖維增強塑料的推薦切削速度及進給量。為防止被加工材料發(fā)生分層而采用的小進給量(約0.025~0.05mm/r)以及過大的切削速度(100~200m/min以上)將產生較大切削熱,從而引起材料中的樹脂融化,為此加工時需要使用冷卻液。在使用先進的切屑真空抽吸系統(tǒng)的情況下進行干式鉆削也可收到良好的加工效果。加工實踐表明,整體燒結PCD鉆頭的鉆孔數(shù)是標準(118°)焊接式PCD鉆頭鉆孔數(shù)的3倍、鑲PCD刀片鉆頭鉆孔數(shù)的6倍、硬質合金鉆頭鉆孔數(shù)的100倍。

隨著高速加工技術的不斷發(fā)展,整體燒結PCD鉆頭及其它旋轉刀具必將得到更廣泛的應用,這是因為機床主軸轉速超過10000r/min的高速加工對于高剛性機床上使用的金剛石刀具影響很小。如今,整體燒結PCD鉆頭已被應用于汽車制造業(yè)加工碳纖維增強塑料零件,如位于美國密歇根州的通用汽車Powertrain分廠使用一種稱為“freedrill”的整體燒結PCD鉆頭加工汽車傳動箱體上的橫向孔。原來使用硬質合金鉆頭加工時,鉆頭容易磨鈍,并引起鉆孔毛刺,因此需要每天更換鉆頭。改用整體燒結PCD鉆頭后,雖然鉆頭本身的成本比原來增加了5倍,但刀具加工壽命大大延長,一年只需要換一次刀。制造碳-碳材料飛機剎車的RobertE.MorrisTurbineGroup公司最近也成功完成了使用整體燒結PCD鉆頭加工剎車材料的工藝試驗。事實上,鉆削加工金屬基復合剎車材料正成為整體燒結PCD鉆頭在汽車制造業(yè)的一個主要應用領域。一家主要的金屬基復合材料(MMCs)制造商Alcan公司已將Percorp公司的整體燒結PCD鉆頭列入加工MMC材料的工藝指南。在MMC材料中添加碳化硅、氧化鋁顆粒雖然可顯著改善復合材料的機械性能,但材料中的硬質相也會加劇加工時的刀具磨損。迄今為止,金剛石刀具仍是加工MMC材料最有效的刀具,整體燒結PCD鉆頭的獨特結構使其具有優(yōu)異的耐磨性,并可獲得很高的加工尺寸精度和表面質量,在某些情況下完全可以省略后續(xù)鉸孔工序。

可以預見,整體燒結PCD刀具今后將在各類機加工車間得到越來越廣泛的應用。

高壓整體燒結PCD鉆頭造價信息

市場價 信息價 詢價
材料名稱 規(guī)格/型號 市場價
(除稅)
工程建議價
(除稅)
行情 品牌 單位 稅率 供應商 報價日期
燒結焊劑 CHF203 查看價格 查看價格

大西洋

t 13% 重慶大西洋五金機電有限公司
燒結焊劑 CHF430 查看價格 查看價格

大西洋

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材料名稱 規(guī)格/型號 除稅
信息價
含稅
信息價
行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時間
鉆頭 80型 查看價格 查看價格

廣東2007年全年信息價
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肇慶市2004年1季度信息價
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廣東2007年全年信息價
鉆頭 Ф89-102 查看價格 查看價格

廣東2007年全年信息價
材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數(shù) 最新報價
(元)
供應商 報價地區(qū) 最新報價時間
鉆頭 鉆頭|28.954根 3 查看價格 四川宏福建材貿易有限公司 四川   2020-07-09
配電箱PCD 配電箱 PCD|1臺 1 查看價格 四川中建普聯(lián)科技股份有限公司 全國   2022-04-14
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高壓整體燒結PCD鉆頭常見問題

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現(xiàn)在市場上的合金鉆頭普遍為鎢鋼材質的整體鉆頭,雖然材質相同,但由于加工工藝的原因,各個品牌的產品質量相差懸殊。進口和國產的合金鉆頭也差別很大。

進口的合金鉆頭一般采用VHM微晶粒硬合金 (ISO K40),超細顆粒類型 (0.6μm) 在高性能鉆頭和普通銑床的應用中,將硬度和韌性理想地結合在一起。

高品質的合金鉆頭表面會采取涂層處理,如氮化鋁鉻(AlCrN)涂層,該涂層為單層涂層,厚度4μm,微硬度達3200HV,0.35的摩擦系數(shù),熱穩(wěn)定性達1100攝氏度。涂層后鉆頭顏色呈藍灰色。

涂層后合金鉆頭能加工低合金鋼、高強度鋼。高硬鋼能達54HRC。

PCD又稱聚晶金剛石,市場上常見拉絲模芯型號包括SD、CXD以及CXT三大系列。PCD的成功研制為線材拉制業(yè)帶來了巨大變革,它使整個加工過程變得更為高效和穩(wěn)定。PCD由微米級金剛石微粒與結合劑在高溫高壓條件下燒結而成,具有硬度高、耐磨性好、抗沖擊能力強等優(yōu)點,模具使用過程中體現(xiàn)出磨損均勻、壽命長的優(yōu)勢,適用于高速拉拔。由于PCD在宏觀上呈現(xiàn)各向同性,因此它不會像單晶金剛石那樣出現(xiàn)??啄p不均勻和模孔不圓的現(xiàn)象發(fā)生。另外由于PCD的價格比單晶金剛石低得多,因此在拉絲行業(yè)中獲得了廣泛應用。絕大部分金剛石拉絲模均使用PCD拉絲模芯。

按照結合劑的不同,PCD模芯可分鈷基和硅基兩類。鈷基PCD模芯含有金屬結合劑,具有良好的可加工性,可以使用電火花、激光、超聲波等工藝進行加工,但金屬鈷的存在使得金剛石在高溫下易于發(fā)生石墨化,因此該類模芯適合在低于650攝氏度的條件下加工和使用。硅基PCD模芯可加工性相對較差,不過材料中沒有金屬結合劑,因此材料在1000攝氏度的條件下依然可保持良好的熱穩(wěn)定性。

根據(jù)鉆頭體材料分類

⒈胎體式PDC鉆頭

胎體式金剛石復合片(PDC)鉆頭是將金剛石復合片通過釬焊方式焊接在鉆頭胎體上的一種切削型鉆頭。胎體鉆頭用碳化鎢粉末燒結而成,用人造聚晶金剛石復合片釬焊在碳化鎢胎體上,用天然金剛石保徑。

⒉鋼體式PDC鉆頭

鋼體PDC鉆頭,是用鎳、鉻、鉬合金機械加工成形。經(jīng)過熱處理后在鉆頭體上鉆孔,將人造聚晶金剛石復合片壓入(緊配合)鉆頭體內,用柱狀碳化鎢保徑。

根據(jù)適用行業(yè)分類

⒈地質勘探用復合片鉆頭

主要用于地質勘察勘探的復合片鉆頭,適用于軟到中硬巖層,現(xiàn)在有些廠家新研發(fā)的新型復合片可以應用到十級硬度的巖層。

⒉煤田鉆采用復合片鉆頭

主要是用于煤礦上煤層鉆探采挖。一般來講煤田的巖層相對較軟,復合片鉆頭被大量應用,如錨桿鉆頭,三翼鉆頭等。

⒊石油勘探用復合片鉆頭

主要是應用在油氣田的鉆采用鉆頭。目前來說,油田用復合片鉆頭是所有復合片鉆頭里面造價最高,要求最高的??梢哉f是復合片鉆頭里面的貴族了。

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