Для обработки композиционных материалов алмазные режущие инструменты обычно подразделяются на два основных типа: инструменты с PCD-покрытием и инструменты с CVD-алмазным покрытием.
Инструменты PCD изготавливаются с использованием сегментов PCD определенных размеров и геометрии, в то время как инструменты с алмазным покрытием CVD сначала полностью шлифуются для придания формы, а затем покрываются алмазным слоем CVD.
Инструменты с алмазным покрытием CVD
Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) - это процесс, при котором алмазное покрытие толщиной от 6 до 16 микрон наносится на подложку из карбида вольфрама. Подложка должна иметь низкое содержание кобальта, обычно около 6%, и перед нанесением покрытия должна быть подвергнута специальной обработке поверхности.
Такая обработка поверхности снижает концентрацию кобальта во внешнем слое подложки, что необходимо для достижения прочной адгезии между алмазным покрытием и твердосплавной основой. Полученный инструмент обладает отличной износостойкостью и хорошо подходит для обработки высокоабразивных композитных материалов.
Инструменты PCD
Поликристаллический алмаз (PCD) - это синтетический алмазный материал, отличный от монокристаллического алмаза. Его получают путем спекания множества алмазных частиц вместе с металлическим связующим - обычно кобальтом - при чрезвычайно высоких температурах и давлении.
PCD обычно состоит на 90-95% из алмазных частиц, а оставшийся процент составляет кобальт. Эта структура обеспечивает исключительную твердость, износостойкость и стабильность кромок, что делает Инструменты PCDвысокоэффективны для резки цветных металлов и композитных материалов.
Сравнение CVD и PCD:
| PCD | Алмазное покрытие CVD |
| Твердость | PCD - это композитный алмаз, состоящий на 90-95% из алмазного порошка и кобальтового связующего, который имеет более низкую твердость, чем CVD. Твердость составляет около 6000 по Виккерсу. | Поскольку CVD на 99% состоит из чистого алмаза, он обладает высочайшей твердостью. Твердость составляет около 8500 по Виккерсу. |
| Износостойкость | PCD содержит кобальт, поэтому кромка изнашивается быстрее, пока не будет достигнут определенный радиус кромки, и остается постоянной в течение длительного времени. | Благодаря покрытию из чистого алмаза CVD радиус кромки остается более острым в течение более длительного периода времени. Поскольку материал, из которого выполнено покрытие, - карбид вольфрама, при стирании покрытия острота кромки снижается гораздо быстрее. |
| Долговечность | Металлическая кобальтовая связка в материале PCD повышает прочность материала по сравнению с алмазом CVD. Поэтому он, вероятно, обладает большей устойчивостью к сколам при фрезеровании и в нестабильных условиях обработки. | Слой почти чистого алмаза обладает меньшей эластичностью и прочностью, поэтому вероятность его разрушения и расслаивания выше, чем у PCD. |
| Строительство | Геометрия инструментов PCD в виде пластинчатых сегментов ограничена формой сегмента. Однако у печатных плат с цельными наконечниками нет конструктивных ограничений. | Геометрические параметры CVD-инструментов не ограничены из-за того, что они сначала формируются в процессе шлифования. |
Приложение
Алмаз является идеальным материалом для изготовления режущего инструмента благодаря своей исключительной твердости, износостойкости и высокой теплопроводности. С помощью инструментов PCD можно обрабатывать все цветные материалы, включая древесностружечные плиты, HDF, ламинированные плиты, материалы, используемые в автомобильной промышленности для изготовления алюминиевых деталей, а также легкие материалы, такие как углепластики (CFRP), композиты с металлической матрицей (MMC) и многослойные материалы, используемые в авиастроении.
В отличие от фрезерования, сверление предполагает постоянный контакт с материалом, что снижает вероятность образования сколов или трещин на режущей кромке. В результате алмазные сверла CVD сводят к минимуму расслоение на выходе из отверстия, сочетая твердость и остроту. При изготовлении высокотехнологичных деталей, таких как те, которые используются в аэрокосмической промышленности, основной проблемой являются сверлящие композиты. Когда расслаивание является критерием разрушения, алмазные сверла CVD превосходят сверла PCD.
Если критерием отказа является диаметр отверстия, то сверла PCD "прослужат" дольше, чем сверла CVD. Это связано с тем, что CVD-алмаз представляет собой покрытие: как только алмазный слой отслаивается от подложки из карбида вольфрама, износ кромок быстро ускоряется. Инструменты PCD, напротив, изготовлены из цельного алмазного материала, и износ происходит более постепенно и непрерывно.
Для таких материалов, как углепластик/алюминий, где выходное отверстие выполнено в алюминии, также могут быть полезны сверла PCD. В этом случае предпочтительным выбором является сверло PCD, поскольку оно обеспечивает более длительный срок службы инструмента и может быть восстановлено несколько раз, поскольку отслаивание не является проблемой.
В отличие от пластинчатых сверл, геометрия которых определяется сегментами PCD, алмазные сверла CVD обладают большей гибкостью конструкции. Однако сверло Fullnib PCD не имеет геометрических ограничений, а его конструктивная гибкость эквивалентна гибкости алмазного сверла CVD, при условии, что ограниченная высота наконечника PCD не создает дополнительных ограничений.
PCD или CVD при выполнении операций зенковки
Несмотря на то, что зенковка выполняется вручную, корпус зенковки обычно изготавливается из стали из-за необходимости резьбового соединения. Поскольку CVD-алмаз не может быть нанесен на сталь, большинство инструментов для зенковки композитных материалов изготавливаются с использованием PCD.
В этих инструментах к стальному корпусу зенковки припаяны сегменты из PCD. Поскольку на корпусе из карбида вольфрама сложно шлифовать резьбу, на практике редко используются полностью твердосплавные зенковки с алмазным покрытием CVD.
Режущие инструменты PCD и CVD имеют свои преимущества и ограничения, и ни один из них не может полностью заменить другой. Оптимальный выбор зависит от конкретной конструкции инструмента, комбинации материалов и требований к применению.
