Anwendung der Laser Cutting PCD Werkzeugtechnologie

PKD, auch als polykristalliner Diamant bekannt, ist eine neue Art von superhartem Material, das durch Sintern von Diamant mit Kobalt als Bindemittel bei einer hohen Temperatur von 1400 °C und einem hohen Druck von 6 GPa entsteht. PCD-Verbundblech ist ein superhartes Verbundmaterial, das aus einer 0,5–0,7 mm dicken PCD-Schicht in Kombination mit einem Hartlegierungssubstrat (normalerweise Wolframstahl) bei hoher Temperatur und hohem Druck besteht, wie in Abbildung 1 dargestellt. Es weist nicht nur eine hohe Härte und einen hohen Verschleiß auf Beständigkeit von PKD, besitzt aber auch die gute Festigkeit und Zähigkeit harter Legierungen. PKD-Verbundplatten werden durch Verfahren wie Schneiden, Schweißen und Kantenschleifen zu PKD-Sägeblättern verarbeitet, die in der mechanischen Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinenindustrie weit verbreitet sind. Schneidwerkzeuge aus PKD-Materialien werden in Werkzeugmaschinen verwendet und erfüllen die Leistungsanforderungen einiger Hartlegierungen, Keramikschneidwerkzeuge, Schnellarbeitsstahl und anderer Schneidwerkzeuge, die keine ultrahohe Oberflächenhelligkeit, Glätte, ultrahohe Präzision usw. erreichen können Hohe Härte bei der Bearbeitung von Werkstücken, daher werden PKD-Werkzeuge in der mechanischen Fertigungsindustrie als superharte Werkzeuge oder Edelsteinwerkzeuge bezeichnet.

PKD-Werkzeuge werden durch Aufschweißen von PKD-Verbundplatten auf den Werkzeugkörper hergestellt. Aufgrund der Kombination aus hoher Härte, Verschleißfestigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und Festigkeit von Einkristalldiamanten mit der hohen Biegefestigkeit des Hartlegierungs-Werkzeugkörpers bietet die Wolframcarbid-Hartlegierungsschicht des PKD-Verbundwerkstoffs dem PKD mechanische Unterstützung Schicht, wodurch die Biegefestigkeit erhöht wird. Gleichzeitig lässt sich die Hartlegierungsschicht leicht schweißen, sodass fertige Schneidwerkzeuge problemlos hergestellt werden können. Zu den derzeit auf dem Markt erhältlichen Strukturformen von PKD-Werkzeugen gehören: PKD-Klingen, PKD-Fräser, PKD-Reibahlen, PKD-Bohrer, PKD-Nutfräser, nicht standardmäßig geformte PKD-Werkzeuge usw.

PKD-Werkzeuge zeichnen sich durch hohe Härte, starke Verschleißfestigkeit, niedrigen Reibungskoeffizienten, hohen Elastizitätsmodul sowie einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Weit verbreitet in Branchen wie Automobilen, Schiffen, Luft- und Raumfahrt, Verarbeitung elektronischer Teile usw

Derzeit sind die Hauptbearbeitungsmethoden für PKD-Werkzeuge das elektrische Drahtschneiden, das Hochgeschwindigkeitsschleifen von Stahlplatten und das Laserschneiden. Aufgrund der unausgereiften Laserschneidtechnologie in China bleiben die Kosten für Forschungs- und Entwicklungsausrüstung hoch. Die meisten Hersteller entscheiden sich für die Methode des Elektroerosionsdrahtschneidens oder des Hochgeschwindigkeitsschleifens von Stahlplatten, um PKD-Werkzeuge zu bearbeiten.

Das traditionelle Prinzip der Drahterodierbearbeitung besteht darin, das Schneiden von Werkstückmaterialien zu erreichen, indem der Draht mit der positiven Elektrode der Hochspannungselektrizität und das Werkstück mit der negativen Elektrode verbunden wird, wodurch eine lokale Impulsentladung zwischen beiden entsteht. Das Prinzip der Schleifbearbeitung mit Hochgeschwindigkeitsstahlscheiben besteht darin, schnell rotierende Hochgeschwindigkeitsstahlscheiben zu verwenden, um unter einem bestimmten Druck Reibung zwischen PKD-Werkstücken zu erzeugen, was zu hohen Temperaturen führt. Durch das Gleiten von Schnellarbeitsstahlscheiben auf der Oberfläche von PKD-Werkstücken werden Diamantkörner gebrochen und gerissen, um den Schleifzweck zu erreichen. Das Prinzip des Laserschneidens von PKD besteht darin, dass ein Laserstrahl mit extrem hoher Energiedichte auf die Oberfläche von polykristallinem Diamant gestrahlt wird und ein Teil der Lichtenergie von der Oberfläche absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Temperatur im lokalen Bereich des Bestrahlungspunkts steigt schnell auf Zehntausende Grad an, was dazu führt, dass das polykristalline Diamantmaterial lokal schmilzt oder sogar verdampft und Löcher bildet. Durch den Vergleich der Bearbeitungsprinzipien des Drahterosionsschneidens, des Hochgeschwindigkeits-Stahlscheibenschleifens und des Laserschneidens wird analysiert, dass das Laserschneiden die folgenden Vorteile hat:

Gegenwärtig kann es beim Elektroerosionsdrahtschneiden und Hochgeschwindigkeitsschleifen von Stahlscheiben dazu kommen, dass Diamantkörner während der Bearbeitung reißen, die Struktur von PKD-Materialien beschädigt und deren Schneidleistung beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist aufgrund der inhärenten Einschränkungen der Prinzipien des Elektroerosionsdrahtschneidens und des Hochgeschwindigkeitsstahlscheibenschleifens der Radius der Schneidkante begrenzt, grobe PKD-Materialien können nicht bearbeitet werden und es dürfen keine Spanbruchrillen vorhanden sein. Um eine gute Schnittqualität zu erzielen, ist beim Drahtschneiden mit Funkenerosion häufig eine mehrfache Bearbeitung des Werkstücks erforderlich. Das Laserschneiden wirkt direkt auf Diamantkörner und Verbindungsmaterialien für die Verarbeitung ein, wodurch hochreine PKD-Materialien mit groben Partikeln verarbeitet werden können und ein Abrundungsradius der Schneidkante von <15 Μ M erzielt wird. Perfekter Schneideffekt ohne gebrochene Klinge.

Mit der zunehmenden Vielfalt an Werkzeuganwendungen werden auch die Anforderungen an Werkzeuge immer strenger. Einer der wichtigsten Indikatoren zur Messung der Schneidleistung von PKD-Werkzeugen ist der stumpfe Radius der Schneidkante. In der mechanischen Bearbeitungsindustrie hat es einen wichtigen Einfluss auf die Schneidleistung wie Schnittkraft, Schnittspannung und Werkzeugverschleiß.

Während des Entladungsprozesses des Werkstücks erzeugen elektrische Entladungsdrahtschneidwerkzeuge einen Spitzeneffekt, und die hohe Temperatur der Schneidnahtspitze wirkt sich auf den stumpfen Radius des Werkzeugs aus. Im Allgemeinen beträgt der stumpfe Radiusbereich von PKD-Werkzeugen beim Elektroerosionsdrahtschneiden 10–12 mm

Der Laserschneidprozess ist ein berührungsloser Bearbeitungsprozess mit guter Schnittqualität und einem minimalen Radiusbereich für stumpfe Kanten von 3-5 Μ zwischen M. Er bietet die Vorteile einer hohen Effizienz und einer einfachen Steuerung und bietet viel Flexibilität für Produktion und Fertigung. Für Hersteller mit hohen Anforderungen an Schneidwerkzeuge in ihren Produkten ist die Laserbearbeitung zweifellos die idealste Methode.

Beim Drahtschneiden mit elektrischer Entladung wird das Werkstück durch Hochspannungsstrom geschnitten, was zu einer lokalen Entladung im Werkstückbereich führt. Der Prozess erzeugt eine hohe Temperatur von mehreren tausend Grad, die zum inneren Schmelzen der Metallbindung führt, was zu Veränderungen in der elektrischen Leistung des PKD nach der Bearbeitung und einer Verringerung der Spanleistung des Schneidwerkzeugs führt. Das Prinzip des Laserschneidens besteht darin, dass das Werkstück in seiner Fokusposition mit einem Laserpunkt mit hoher Leistungsdichte bestrahlt wird, der sofort eine hohe Temperatur von mehreren zehntausend Grad erzeugt, wodurch es sofort verdampft. Die thermische Belastung während des Schneidvorgangs ist relativ gering. Der Einsatz von PKD-Werkzeugen zum Laserschneiden hat also den Vorteil, dass die Schneidleistung des Werkzeugs verbessert wird.

Zukünftig werden zunehmend Aluminium, Mangan und andere Leichtlegierungen sowie Titanlegierungen, Sinterlegierungen und andere hochfeste Legierungen als Werkstoffe für Antriebsstrangkomponenten im Automobilbereich eingesetzt. Der Markt für Diamantschneidwerkzeuge, die diese Materialien verarbeiten können, wird voraussichtlich ein deutliches Wachstum verzeichnen. Aufgrund der hohen Härte, der hohen Hitzebeständigkeit, der langen Lebensdauer, der Schärfe der Spankanten und der guten Wärmeleitfähigkeit von PKD-Werkzeugen können sie außerdem die Anforderungen an schnelle, effiziente, hochpräzise, neue Materialien usw. erfüllen Neue Formen für die Bearbeitung von Automobilkomponenten. Daher werden PKD-Werkzeuge weit verbreitet sein.