تصنيع وتطبيق أدوات الماس متعدد البلورات

تُصنع أداة PCD من طرف سكين من الماس متعدد البلورات ومصفوفة من الكربيد من خلال عملية تلبيد تحت درجات حرارة وضغوط عالية. وهي لا تُتيح فقط الاستفادة الكاملة من مزايا الصلابة العالية، والتوصيل الحراري العالي، ومعامل الاحتكاك المنخفض، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، وانخفاض التقارب مع المعادن واللافلزات، ومعامل المرونة العالي، وعدم وجود سطح انقسام، والتجانس، بل تُراعي أيضًا قوة السبيكة الصلبة العالية.
تُعدّ الثبات الحراري، ومقاومة الصدمات، ومقاومة التآكل من أهم مؤشرات أداء الماس متعدد الكريستالات (PCD). ونظرًا لاستخدامه غالبًا في بيئات ذات درجات حرارة وإجهادات عالية، يُعتبر الثبات الحراري العامل الأهم. تُظهر الدراسة أن الثبات الحراري للماس متعدد الكريستالات يؤثر بشكل كبير على مقاومته للتآكل ومقاومته للصدمات. وتشير البيانات إلى أنه عند تجاوز درجة الحرارة 750 درجة مئوية، تنخفض مقاومة التآكل ومقاومته للصدمات بنسبة تتراوح بين 5% و10%.
تحدد الحالة البلورية لمركب PCD خصائصه. في البنية المجهرية، تشكل ذرات الكربون روابط تساهمية مع أربع ذرات مجاورة، مما ينتج عنه بنية رباعية الأوجه، ثم تشكل البلورة الذرية، التي تتميز بتوجيه قوي وقوة ربط عالية، وصلابة عالية. فيما يلي مؤشرات الأداء الرئيسية لمركب PCD: ① تصل صلابته إلى 8000 HV، أي من 8 إلى 12 ضعف صلابة الكربيد؛ ② تبلغ موصليته الحرارية 700 واط/متر.كلفن، أي من 1.5 إلى 9 أضعاف موصلية PCBN والنحاس؛ ③ يبلغ معامل الاحتكاك عادةً 0.1-0.3 فقط، وهو أقل بكثير من معامل الاحتكاك للكربيد (0.4-1)، مما يقلل بشكل ملحوظ من قوة القطع؛ ④ يبلغ معامل التمدد الحراري 0.9 × 10⁻⁶ إلى 1.18 × 10⁻⁶، أي 1/5 من معامل التمدد الحراري للكربيد، مما يقلل من التشوه الحراري ويحسن دقة المعالجة. ⑤ والمواد غير المعدنية أقل ميلاً لتكوين عقيدات.
يتميز نتريد البورون المكعب بمقاومة عالية للأكسدة، ويمكن استخدامه في معالجة المواد المحتوية على الحديد، إلا أن صلابته أقل من صلابة الماس أحادي البلورة، كما أن سرعة المعالجة بطيئة وكفاءتها منخفضة. أما الماس أحادي البلورة، فيتميز بصلابة عالية، لكن متانته غير كافية. وتجعله خاصية التباين في الخواص عرضةً للتفكك على طول السطح (111) تحت تأثير القوى الخارجية، مما يحد من كفاءة المعالجة. أما متعدد البلورات الماسي (PCD)، فهو بوليمر مُصنّع من جزيئات ماس ​​دقيقة الحجم بوسائل محددة. وتؤدي الطبيعة العشوائية لتراكم الجزيئات غير المنتظم إلى طبيعته المتجانسة على المستوى العياني، ولا توجد فيه أسطح اتجاهية أو أسطح انقسام في قوة الشد. وبالمقارنة مع الماس أحادي البلورة، فإن حدود الحبيبات في متعدد البلورات الماسي (PCD) تقلل بشكل فعال من التباين في الخواص، مما يُحسّن الخواص الميكانيكية.
1. مبادئ تصميم أدوات القطع المصنوعة من الماس متعدد الكريستالات
(1) اختيار حجم جسيمات PCD بشكل معقول
نظريًا، ينبغي أن تسعى مادة PCD إلى تحسين دقة الحبيبات، وأن يكون توزيع الإضافات بين المنتجات متجانسًا قدر الإمكان للتغلب على التباين. كما يرتبط اختيار حجم جسيمات PCD بظروف المعالجة. عمومًا، يمكن استخدام PCD ذي القوة العالية، والمتانة الجيدة، ومقاومة الصدمات الجيدة، والحبيبات الدقيقة في عمليات التشطيب أو التشطيب الفائق، بينما يُستخدم PCD ذو الحبيبات الخشنة في عمليات التشغيل الخشن العامة. يؤثر حجم جسيمات PCD بشكل كبير على أداء مقاومة التآكل للأداة. تشير الدراسات ذات الصلة إلى أنه عندما تكون حبيبات المادة الخام كبيرة، تزداد مقاومة التآكل تدريجيًا مع انخفاض حجم الحبيبات، ولكن عندما يكون حجم الحبيبات صغيرًا جدًا، لا تنطبق هذه القاعدة.
تم اختيار أربعة مساحيق ماس بأحجام جسيمات متوسطة تبلغ 10 ميكرومتر، و5 ميكرومتر، و2 ميكرومتر، و1 ميكرومتر، وتم التوصل إلى النتائج التالية: ① مع انخفاض حجم جسيمات المادة الخام، ينتشر الكوبالت بشكل أكثر تجانسًا؛ ② مع انخفاض حجم جسيمات المادة الخام، تنخفض مقاومة التآكل ومقاومة الحرارة لـ PCD تدريجيًا.
(2) اختيار معقول لشكل فتحة الشفرة وسمك الشفرة
تتضمن أشكال فوهة الشفرة أربعة أنواع رئيسية: الحافة المقلوبة، والدائرة غير الحادة، والحلقة المركبة ذات الحافة المقلوبة وغير الحادة، والزاوية الحادة. تُضفي الزاوية الحادة حدةً على الحافة، مما يُسرّع عملية القطع، ويُقلل بشكل ملحوظ من قوة القطع والنتوءات، ويُحسّن جودة سطح المنتج، وهو أنسب لسبائك الألومنيوم منخفضة السيليكون وغيرها من المعادن غير الحديدية منخفضة الصلابة، والتي تتطلب تشطيبًا متجانسًا. أما الحافة الدائرية غير الحادة فتُخمل فوهة الشفرة، مُشكّلةً زاوية R، مما يمنع كسر الشفرة بفعالية، وهي مناسبة لمعالجة سبائك الألومنيوم متوسطة/عالية السيليكون. في بعض الحالات الخاصة، مثل عمق القطع الضحل وتغذية الشفرة الصغيرة، يُفضّل استخدام الحافة الدائرية غير الحادة. بينما تُزيد الحافة المقلوبة من حدة الحواف والزوايا، مما يُثبّت الشفرة، ولكنها في الوقت نفسه تزيد من الضغط ومقاومة القطع، وهي أنسب لقطع سبائك الألومنيوم عالية السيليكون تحت الأحمال الثقيلة.
لتسهيل عملية القطع بالتفريغ الكهربائي، يُختار عادةً طبقة رقيقة من صفائح PDC (0.3-1.0 مم)، بالإضافة إلى طبقة الكربيد، ليصبح إجمالي سمك الأداة حوالي 28 مم. يجب ألا تكون طبقة الكربيد سميكة جدًا لتجنب التفاوت الناتج عن اختلاف الإجهاد بين أسطح الربط.
2- عملية تصنيع أدوات PCD
تُحدد عملية تصنيع أداة PCD بشكل مباشر أداء القطع وعمرها الافتراضي، وهو ما يُعدّ مفتاحًا لتطبيقها وتطويرها. يوضح الشكل 5 عملية تصنيع أداة PCD.
(1) تصنيع أقراص مركبة من البولي كربونات والكالسيوم (PDC)
① عملية تصنيع PDC
يتكون الماس المُلبّد بالبوليمر (PDC) عمومًا من مسحوق الماس الطبيعي أو الصناعي ومادة رابطة، ويتم ذلك عند درجة حرارة عالية (1000-2000 درجة مئوية) وضغط عالٍ (5-10 ضغط جوي). تُشكّل المادة الرابطة جسرًا رابطًا مع كربيد التيتانيوم (TiC)، وكربيد السيليكون (SiC)، والحديد (Fe)، والكوبالت (Co)، والنيكل (Ni)، وغيرها من المكونات الرئيسية، وتُدمج بلورة الماس في هيكل الجسر الرابط بروابط تساهمية. يُصنع الماس المُلبّد بالبوليمر عادةً على شكل أقراص ذات قطر وسماكة ثابتين، ويخضع لعمليات الطحن والتلميع وغيرها من المعالجات الفيزيائية والكيميائية المناسبة. في جوهره، يجب أن يحتفظ الشكل المثالي للماس المُلبّد بالبوليمر بأكبر قدر ممكن من الخصائص الفيزيائية الممتازة للماس أحادي البلورة، ولذلك، يجب أن تكون الإضافات في جسم التلبيد في أدنى حد ممكن، وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون ارتباط جزيئات الماس بالبوليمر (PDC) في أعلى مستوياته.
٢- تصنيف واختيار المجلدات
يُعدّ المُرَكِّب الرابط أهم عامل يؤثر على الثبات الحراري لأداة PCD، مما يؤثر بشكل مباشر على صلابتها ومقاومتها للتآكل وثباتها الحراري. تشمل طرق الربط الشائعة لـ PCD استخدام الحديد والكوبالت والنيكل ومعادن انتقالية أخرى. استُخدم مسحوق مُختلط من الكوبالت والتنغستن كعامل ربط، وكان الأداء الشامل لـ PCD المُلبّد في أفضل حالاته عند ضغط تصنيع 5.5 جيجا باسكال، ودرجة حرارة تلبيد 1450 درجة مئوية، وعزل حراري لمدة 4 دقائق. كما استُخدمت مواد سيراميكية أخرى مثل كربيد السيليكون (SiC) وكربيد التيتانيوم (TiC) وكربيد التنجستن (WC) وثنائي بوريد التيتانيوم (TiB2). يتميز كربيد السيليكون بثبات حراري أفضل من الكوبالت، لكن صلابته ومتانته منخفضة نسبيًا. يُمكن تحسين صلابة ومتانة PCD عن طريق تقليل حجم المواد الخام بشكل مناسب. في حالة عدم استخدام مادة لاصقة، يتم حرق الجرافيت أو مصادر كربونية أخرى تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين للغاية لتكوين ماس بوليمري نانوي (NPD). إن استخدام الجرافيت كمادة أولية لتحضير NPD هو أكثر الظروف تطلبًا، ولكن NPD الاصطناعي يتمتع بأعلى صلابة وأفضل الخصائص الميكانيكية.
اختيار ومراقبة الحبوب 3
يُعد مسحوق الماس الخام عاملاً رئيسياً يؤثر على أداء الماس متعدد البلورات (PCD). ويمكن الحد من نمو جزيئات الماس غير الطبيعية من خلال المعالجة المسبقة لمسحوق الماس الدقيق، وإضافة كمية صغيرة من المواد التي تعيق نمو جزيئات الماس غير الطبيعية، والاختيار المناسب لمضافات التلبيد.
يُمكن لمسحوق النانوغرافيت عالي النقاء ذي البنية المنتظمة أن يُزيل التباين بشكل فعّال ويُحسّن الخواص الميكانيكية. استُخدم مسحوق النانوغرافيت الأولي المُحضّر بطريقة الطحن الكروي عالي الطاقة لتنظيم محتوى الأكسجين في عملية التلبيد المسبق عند درجة حرارة عالية، مما حوّل الجرافيت إلى ماس تحت ضغط 18 جيجا باسكال ودرجة حرارة تتراوح بين 2100 و2300 درجة مئوية، مُنتجًا صفائح وحبيبات من مسحوق النانوغرافيت، وقد زادت الصلابة مع انخفاض سُمك الصفائح.
④ المعالجة الكيميائية المتأخرة
عند نفس درجة الحرارة (200 درجة مئوية) والمدة الزمنية (20 ساعة)، كان تأثير إزالة الكوبالت باستخدام حمض لويس-FeCl3 أفضل بكثير من تأثير الماء، وكانت النسبة المثلى لحمض الهيدروكلوريك 10-15 غ/100 مل. تتحسن الثباتية الحرارية لبلورات PCD مع زيادة عمق إزالة الكوبالت. بالنسبة لبلورات PCD ذات الحبيبات الخشنة، يمكن للمعالجة بحمض قوي إزالة الكوبالت تمامًا، ولكنها تؤثر بشكل كبير على أداء البوليمر. إضافة TiC وWC لتغيير بنية البلورات المتعددة الاصطناعية، ودمجها مع المعالجة بحمض قوي، يُحسّن من ثباتية بلورات PCD. حاليًا، تتطور عملية تحضير مواد PCD، وتتميز المنتجات بمتانة جيدة، وقد تحسنت الخواص التباينية بشكل كبير، ما أدى إلى إنتاجها تجاريًا، وتشهد الصناعات ذات الصلة نموًا سريعًا.
(2) معالجة شفرة PCD
① عملية القطع
يتميز الماس متعدد البلورات بصلابة عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، وعملية قطع صعبة للغاية.
② إجراء اللحام
يتم تثبيت بلورات الماس متعدد الكريستالات (PDC) على جسم السكين باستخدام التثبيت الميكانيكي والربط واللحام بالنحاس. يتم اللحام بالنحاس عن طريق ضغط بلورات الماس متعدد الكريستالات على مصفوفة الكربيد، ويشمل ذلك اللحام بالتفريغ، واللحام بالانتشار في التفريغ، واللحام بالتسخين الحثي عالي التردد، واللحام بالليزر، وغيرها. يتميز اللحام بالتسخين الحثي عالي التردد بتكلفته المنخفضة وعائده المرتفع، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع. تعتمد جودة اللحام على التدفق، وسبائك اللحام، ودرجة حرارة اللحام. تُعد درجة حرارة اللحام (عادةً أقل من 700 درجة مئوية) العامل الأكثر تأثيرًا؛ فارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط قد يؤدي إلى تبلور بلورات الماس متعدد الكريستالات، أو حتى احتراقها بشكل زائد، مما يؤثر سلبًا على جودة اللحام. أما انخفاض درجة الحرارة بشكل كبير فيؤدي إلى ضعف قوة اللحام. يمكن التحكم في درجة حرارة اللحام من خلال مدة العزل وعمق احمرار بلورات الماس متعدد الكريستالات.
③ عملية شحذ الشفرات
تُعدّ عملية طحن أدوات PCD أساسية في عملية التصنيع. عمومًا، لا تتجاوز قيمة ذروة الشفرة وقطرها 5 ميكرومتر، ولا يتجاوز نصف قطر القوس 4 ميكرومتر؛ ويضمن سطح القطع الأمامي والخلفي تشطيبًا سطحيًا مُرضيًا، بل ويُمكن تقليل قيمة Ra لسطح القطع الأمامي إلى 0.01 ميكرومتر لتلبية متطلبات الصقل المرآوي، مما يُسهّل انسياب الرقائق على طول سطح الشفرة الأمامي ويمنع التصاقها.
تشمل عملية طحن الشفرات طحن الشفرات الميكانيكي باستخدام عجلة طحن ماسية، وطحن الشفرات بالشرارة الكهربائية (EDG)، وطحن الشفرات باستخدام عجلة طحن كاشطة فائقة الصلابة ذات رابط معدني، وطحن الشفرات بالتحليل الكهربائي المباشر (ELID)، وطحن الشفرات المركبة. ومن بين هذه العمليات، يُعد طحن الشفرات الميكانيكي باستخدام عجلة طحن ماسية الأكثر نضجًا والأكثر استخدامًا على نطاق واسع.
التجارب ذات الصلة: ① ستؤدي عجلة الطحن ذات الجسيمات الخشنة إلى انهيار خطير للشفرة، ويقل حجم جسيمات عجلة الطحن، وتصبح جودة الشفرة أفضل؛ ② يرتبط حجم جسيمات عجلة الطحن ارتباطًا وثيقًا بجودة شفرة أدوات PCD ذات الجسيمات الدقيقة أو فائقة الدقة، ولكن تأثيره محدود على أدوات PCD ذات الجسيمات الخشنة.
تركز الأبحاث ذات الصلة محليًا ودوليًا بشكل أساسي على آلية وعملية طحن الشفرات. في آلية طحن الشفرات، يهيمن الإزالة الكيميائية الحرارية والإزالة الميكانيكية، بينما تكون الإزالة الهشة والإزالة الناتجة عن الإجهاد أقل نسبيًا. عند الطحن، وبناءً على قوة ومقاومة الحرارة لعجلات الطحن الماسية المختلفة، يتم تحسين سرعة وتردد دوران عجلة الطحن قدر الإمكان، لتجنب الإزالة الهشة والإزالة الناتجة عن الإجهاد، وتحسين نسبة الإزالة الكيميائية الحرارية، وتقليل خشونة السطح. تكون خشونة السطح في الطحن الجاف منخفضة، ولكن من السهل أن تحترق سطح الأداة بسبب ارتفاع درجة حرارة المعالجة.
تتطلب عملية شحذ الشفرات مراعاة ما يلي: أولاً، اختيار معايير مناسبة لعملية الشحذ، مما يُحسّن جودة حافة الشفرة، ويزيد من تشطيب سطحها الأمامي والخلفي. مع ذلك، يجب مراعاة قوة الشحذ العالية، والفقد الكبير، وانخفاض كفاءة الشحذ، وارتفاع التكلفة؛ ثانياً، اختيار جودة مناسبة لعجلة الشحذ، بما في ذلك نوع المادة الرابطة، وحجم الجسيمات، وتركيزها، وطريقة تلميعها، مع مراعاة ظروف الشحذ الجافة والرطبة المناسبة، مما يُحسّن زوايا الشفرة الأمامية والخلفية، وقيمة التخميل لطرف الشفرة، وغيرها من المعايير، مع تحسين جودة سطح الشفرة.
تختلف عجلات التجليخ الماسية ذات الروابط المختلفة في خصائصها وآلية التجليخ وتأثيرها. عجلة التجليخ الماسية ذات الرابط الراتنجي لينة، وتتساقط جزيئات التجليخ بسهولة قبل الأوان، كما أنها تفتقر إلى مقاومة الحرارة، ويتشوه سطحها بسهولة بفعل الحرارة، وسطحها عرضة لعلامات التآكل، وخشونتها عالية. أما عجلة التجليخ الماسية ذات الرابط المعدني، فتحافظ على حدتها بفضل عملية التجليخ والسحق، وتتميز بقابلية تشكيل جيدة، وسطح أملس، وخشونة سطح منخفضة، وكفاءة عالية. مع ذلك، فإن قدرة جزيئات التجليخ على الربط تجعل خاصية الشحذ الذاتي ضعيفة، كما أن حافة القطع عرضة لترك فجوة ناتجة عن الاصطدام، مما يتسبب في تلف حوافها بشكل كبير. تتميز عجلة التجليخ الماسية ذات الرابط الخزفي بقوة متوسطة، وأداء جيد في الشحذ الذاتي، ومسام داخلية أكثر، مما يجعلها مثالية لإزالة الغبار وتبديد الحرارة، ويمكنها التكيف مع مجموعة متنوعة من سوائل التبريد، وتتميز بانخفاض درجة حرارة التجليخ، وقلة تآكلها، واحتفاظها الجيد بالشكل، ودقتها العالية. مع ذلك، فإن تركيب الماس والمادة الرابطة يؤدي إلى تكوّن حفر على سطح الأداة. استخدم وفقًا لمواد المعالجة، وكفاءة الطحن الشاملة، ومتانة المواد الكاشطة، وجودة سطح قطعة العمل.
يركز البحث في كفاءة الطحن بشكل أساسي على تحسين الإنتاجية والتحكم في التكاليف. وعمومًا، يُستخدم معدل الطحن Q (إزالة الماس متعدد البلورات لكل وحدة زمنية) ونسبة التآكل G (نسبة إزالة الماس متعدد البلورات إلى فقدان عجلة الطحن) كمعايير تقييم.
أجرى الباحث الألماني كينتر اختبارًا على أداة PCD باستخدام ضغط ثابت، حيث أظهرت النتائج ما يلي: ① عند زيادة سرعة عجلة التجليخ، وحجم جزيئات PCD، وتركيز سائل التبريد، ينخفض ​​معدل التجليخ ونسبة التآكل؛ ② عند زيادة حجم جزيئات التجليخ، وزيادة الضغط الثابت، وزيادة تركيز الماس في عجلة التجليخ، يزداد معدل التجليخ ونسبة التآكل؛ ③ يختلف معدل التجليخ ونسبة التآكل باختلاف نوع المادة الرابطة. درس كينتر عملية تجليخ شفرات أداة PCD بشكل منهجي، لكن تأثير عملية تجليخ الشفرات لم يُحلل بشكل منهجي.

3. استخدام أدوات القطع المصنوعة من الماس متعدد الكريستالات (PCD) وفشلها
(1) اختيار معايير قطع الأدوات
خلال الفترة الأولية لأداة PCD، تخضع حافة القطع الحادة لعملية تخميل تدريجية، مما يُحسّن جودة سطح التشغيل. يُسهم التخميل في إزالة الفجوات الدقيقة والنتوءات الصغيرة الناتجة عن عملية شحذ الشفرة، ويُحسّن جودة سطح حافة القطع، كما يُشكّل في الوقت نفسه حافة دائرية تُضغط على السطح المُعالَج وتُصلحه، وبالتالي تُحسّن جودة سطح قطعة العمل.
عند استخدام أداة PCD لتشكيل سطح سبائك الألومنيوم، تكون سرعة القطع عادةً 4000 متر/دقيقة، بينما تكون سرعة تشكيل الثقوب عادةً 800 متر/دقيقة. أما عند معالجة المعادن غير الحديدية عالية المرونة واللدونة، فيُفضل استخدام سرعة دوران أعلى (300-1000 متر/دقيقة). يُنصح عمومًا بأن يكون حجم التغذية بين 0.08 و0.15 مم/دورة. زيادة حجم التغذية بشكل مفرط تؤدي إلى زيادة قوة القطع وزيادة المساحة الهندسية المتبقية على سطح قطعة العمل؛ بينما يؤدي انخفاض حجم التغذية بشكل مفرط إلى زيادة حرارة القطع وزيادة التآكل. مع زيادة عمق القطع، تزداد قوة القطع وحرارة القطع، مما يُقلل من عمر الشفرة، وقد يؤدي عمق القطع المفرط إلى انهيارها بسهولة؛ بينما يؤدي عمق القطع المنخفض إلى تصلب سطح الشفرة وتآكلها، وقد يؤدي في بعض الأحيان إلى انهيارها.
(2) شكل التآكل
في عملية تشكيل الأدوات، يصبح التآكل أمراً لا مفر منه نتيجة الاحتكاك وارتفاع درجة الحرارة وغيرها من العوامل. يتكون تآكل أداة القطع الماسية من ثلاث مراحل: مرحلة التآكل السريع الأولية (المعروفة أيضاً بالمرحلة الانتقالية)، ومرحلة التآكل المستقر بمعدل تآكل ثابت، ثم مرحلة التآكل السريع اللاحقة. تشير مرحلة التآكل السريع إلى أن الأداة غير فعالة وتحتاج إلى إعادة شحذ. تشمل أشكال تآكل أدوات القطع التآكل الالتصاقي (تآكل اللحام البارد)، والتآكل الانتشار، والتآكل الكاشط، والتآكل التأكسدي، وغيرها.
تختلف أدوات PCD عن الأدوات التقليدية في أنها تتعرض للتآكل بثلاثة أنواع: التآكل الالتصاقي، والتآكل الانتشارى، وتلف الطبقة متعددة البلورات. ويُعد تلف الطبقة متعددة البلورات السبب الرئيسي، ويتجلى في انهيار طفيف للشفرة نتيجة الصدمات الخارجية أو فقدان الالتصاق في مادة PCD، مما يُشكل فجوة. يُصنف هذا التلف ضمن التلف الفيزيائي الميكانيكي، وقد يؤدي إلى انخفاض دقة المعالجة وزيادة هدر قطع العمل. يؤثر حجم جسيمات PCD، وشكل الشفرة، وزاوية الشفرة، ومادة قطعة العمل، ومعايير المعالجة على قوة الشفرة وقوة القطع، مما يُسبب تلف الطبقة متعددة البلورات. في التطبيقات الهندسية، يجب اختيار حجم جسيمات المادة الخام المناسبة، ومعايير الأداة، ومعايير المعالجة وفقًا لظروف المعالجة.

4. اتجاهات تطوير أدوات القطع المصنوعة من الماس متعدد الكريستالات
في الوقت الراهن، توسّع نطاق استخدام أدوات PCD من الخراطة التقليدية إلى الحفر والطحن والقطع عالي السرعة، وأصبحت تُستخدم على نطاق واسع محلياً وعالمياً. لم يؤثر التطور السريع للسيارات الكهربائية على صناعة السيارات التقليدية فحسب، بل فرض أيضاً تحديات غير مسبوقة على صناعة الأدوات، مما حثّها على تسريع وتيرة التحسين والابتكار.
أدى الانتشار الواسع لأدوات القطع المصنوعة من الماس متعدد الكريستالات (PCD) إلى تعميق وتعزيز البحث والتطوير في هذا المجال. ومع تعميق البحث، أصبحت مواصفات الماس متعدد الكريستالات أصغر فأصغر، مع تحسين جودة تكرير الحبيبات، وتوحيد الأداء، وزيادة معدل الطحن ونسبة التآكل، وتنوع الأشكال والهياكل. تشمل اتجاهات البحث في أدوات الماس متعدد الكريستالات ما يلي: ① البحث والتطوير في طبقة رقيقة من الماس متعدد الكريستالات؛ ② البحث والتطوير في مواد جديدة لأدوات الماس متعدد الكريستالات؛ ③ البحث في تحسين لحام أدوات الماس متعدد الكريستالات وخفض التكلفة بشكل أكبر؛ ④ البحث في تحسين عملية طحن شفرات أدوات الماس متعدد الكريستالات لزيادة الكفاءة؛ ⑤ البحث في تحسين معايير أدوات الماس متعدد الكريستالات واستخدام الأدوات وفقًا للظروف المحلية؛ ⑥ البحث في اختيار معايير القطع بشكل مدروس وفقًا للمواد المعالجة.
ملخص موجز
(1) أداء قطع أداة PCD، يعوض عن النقص في العديد من أدوات الكربيد؛ في الوقت نفسه، سعرها أقل بكثير من أداة الماس أحادي البلورة، وهي أداة واعدة في القطع الحديث؛
(2) وفقًا لنوع وأداء المواد المعالجة، يتم اختيار حجم الجسيمات ومعايير أدوات PCD بشكل معقول، وهو شرط أساسي لتصنيع الأدوات واستخدامها.
(3) تتميز مادة PCD بصلابة عالية، مما يجعلها مثالية لقطع السكاكين، ولكنها في الوقت نفسه تُصعّب عملية تصنيع أدوات القطع. لذا، عند التصنيع، يجب مراعاة صعوبة العملية واحتياجاتها بشكل شامل، لتحقيق أفضل أداء من حيث التكلفة.
(4) في معالجة مواد PCD في مقاطعة السكاكين، يجب علينا اختيار معايير القطع بشكل معقول، على أساس تلبية أداء المنتج، قدر الإمكان لتمديد عمر خدمة الأداة من أجل تحقيق التوازن بين عمر الأداة وكفاءة الإنتاج وجودة المنتج؛
(5) البحث والتطوير لمواد أدوات PCD جديدة للتغلب على عيوبها المتأصلة
هذا المقال مأخوذ من "شبكة من المواد فائقة الصلابة"