聚晶金刚石复合片的电火花线切割精密加工试验

为了提高聚晶金刚石(PCD)刀具的生产效率,改进加工表面质量并减少刃磨余量,利用慢走丝电火花线切割机床(WEDM)对PCD复合片进行了加工工艺试验.对PCD复合片进行了5次切割,并分别测量了每次加工后的表面粗糙度、富钴界面层凹槽深度及宽度和PCD层刃口加工质量.试验结果表明:PCD复合片经慢走丝线切割多次加工,能够得到较好的表面质量,在众多影响因素中金刚石颗粒大小对加工质量影响较大;其中CTH025型号和CTB010型号的最终表面粗糙度分别为Ra=0.85 μm和Ra=0.57 μm,富钴界面层凹槽的深度分别为16.3 μm和5.7 μm,刃口处切口缺陷的尺寸也与金刚石颗粒的尺寸相当.经WEDM加工后的PCD复合片的刃磨余量可控制在4～15 μm左右.     

聚晶金刚石复合片快速切割技术

聚晶金刚石(PCD)是人造最硬的物质,硬度高,耐磨性好,是制造石油地质钻头、电线电缆模具、切割工具等的理想材料。 聚晶金刚石在制成工具时,常与硬质合金(WC)烧结在一起制成复合材料——聚晶金刚石复合片,然后再将它切割成所需的形状,制成各种各样的工具。然而由于它硬度高、熔点高、电阻率高、耐磨性高,采用机械成形加工非常困难,采用普通的电火花线切割加工也有一定的困难。 本项切割技术是在北京市电加工研究所获国家发明二等奖、日内瓦国际新发明银奖“聚晶金刚石加工技术”的基础上,结合为美国GE公司加工φ50.8mm的紫晶金刚石复合片开始的,针对如何快速切割高质量的聚晶金刚石复合片,在机械装置和加工工艺方面作     

聚晶金刚石复合片电火花线切割加工电极丝损耗研究

采用电火花线切割方法对聚晶金刚石复合片（PDC）进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了电极丝表面的显微形貌。从微观角度研究了PDC超硬材料电火花线切割加工的电极丝损耗机理,探讨了电参数和冲液条件等因素对电极丝损耗的影响。实验研究发现,采用贴附式高压喷液方式在高电压、小脉宽、大峰值电流的加工条件下,PDC切割效率为19.35mm2/min,电极丝损耗为1.5~2μm(104mm2切割量),较常压喷液方式切割效率提高51.6%,丝损降低15.2%。     

聚晶金刚石复合片电火花加工工艺参数的优化试验研究

在BDM-903精密数控电火花超硬刀具磨床上,通过正交试验获得了2组聚晶金刚石复合片的精加工条件。在此基础上,研究了脉冲控制参数、辅助电源参数、电极转速对精加工效率的影响,得出了最佳高压辅助回路追加电流以及最佳电极转速,分析了辅助电源参数对PDC表面粗糙度的影响以及伺服进给速度参数与辅助电源参数对PDC粗加工效率的影响,并得出最高粗加工效率下电极的最佳伺服进给速度。     

聚晶金刚石的Nd:YAG激光切割与电火花线切割损伤分析

采用近红外Nd:YAG激光切割方法与电火花线切割方法进行了聚晶金刚石(polycrystalline diamond compacts,PDC)切割加工实验,并分别利用细砂纸打磨、金刚石微粉抛光以及王水腐蚀等表面处理方法对试件进行了表面处理,通过扫描电镜显微观察与拉曼光谱分析等方法对试件进行了显微观察与分析。经分析发现:尽管近红外Nd:YAG激光切割速度较快,然而因脉宽较大导致热损伤大,加工表面存在明显的残留层,而且金刚石与硬质合金层界面存在明显的裂纹;电火花线切割表面质量好于激光切割加工,但金刚石界面处存在材料过量去除现象,而且切割速度比近红外激光切割加工小得多。为获得较好的PDC切割质量与切割效率,需采用脉宽更短的Nd:YAG激光或紫外激光。     

聚晶金刚石,陶瓷等不导电材料的电解电火花复合加工新技术

聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷等切削加工很困难，通常的电加工方法则因这些材料不导电也很难加工。本文提出了一种新的电解电火花复合加工方法，可在不导电材料上高效加工出较大面积的型腔和较深的孔，并以其工作原理，特点和应用作了叙述。     

聚晶金刚石复合片数控激光切割机床的研究

通过研究聚晶金刚石复合片PDC的激光切割机理和工艺,研发适用于PDC激光切割的激光束参数变换系统和观测定位光学系统,完成了激光切割数控机床结构设计和数控切割系统,开发了聚晶金刚石复合片数控激光切割机床,实现了自动化高精度切割,并有效提升了PDC激光切割的厚度和生产效率。     

聚晶金刚石复合片高频感应钎焊的试验研究

采用部分不等间隙接头设计方案和Ag Cu Zn Cd钎料 ,通过在空气中高频感应加热 (钎焊温度 6 90℃ ) ,成功实现了PCD复合片与 4 5钢刀杆的高强度焊接。根据钎焊试验结果 ,分析了钎料润湿性、钎焊温度、恒温保持时间和钎焊金属表面粗糙度对接头强度的影响     

聚晶金刚石复合片磨削力研究

聚晶金刚石复合片有高硬度和良好的韧性,是理想的刀具材料.采用金刚石砂轮对聚晶金刚石(PCD)复合片材料的聚晶金刚石层进行了磨削试验,研究了磨削工艺参数和砂轮特性对磨削力的影响.     

聚晶金刚石研磨工艺及机理研究

研究了冷却液、法向载荷对聚晶金刚石 (PCD)材料去除率及表面质量的影响 ;同时基于PCD材料的物理、化学性能 ,通过观察PCD研磨前、后的表面微观形貌 ,分析了PCD材料的研磨机理。     

PDC刀具切削参数对切削力和表面粗糙度的影响

研究了PDC刀具的切削参数对切削力和表面粗糙度的影响。结果表明进给量和背吃刀量是影响切削力的主要因素,切削速度对切削力的影响较小。小进给量、高切削速度有助于提高工件表面光洁度。     

异形PDC齿切削破岩提速机理研究

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明：锥形齿的切向力最小,破岩比功最高,对应的锥形齿钻头的进尺也最小;三平面齿的法向力和切向力均为最大;破岩比功最低的齿为双曲面齿;进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。     

磨损状况下聚晶金刚石钻头切削齿的切削参数求解

针对磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数预测方法尚未建立,无法很好地开展等磨损布齿设计的问题,建立了磨损齿的几何模型,并提出了求解切削参数的零点遍历法。基于MATLAB平台对零点遍历法进行编译,并对切削齿的切削弧长、切削面积和切削体积进行求解。结果表明,提出的零点遍历法能够用于磨损齿和未磨损齿的切削参数求解（误差在2%以下）;结合切削齿的受力与磨损模型,能够预测PDC钻头每颗齿的磨损趋势。     

CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割机理

采用电火花线切割方法对CBN-WC-10Co刀具材料进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜（SEM)观察了切割试件截面和表面的显微形貌并进行了成分分析。从微观角度分别研究了CBN颗粒和硬质合金基体的材料去除机理,分析了CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割热损伤情况。研究结果表明:CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割材料去除机理主要是通过放电通道产生的高温使材料局部区域熔化或者气化,在放电爆炸力作用下被抛出熔池,同时放电爆炸力使部分CBN颗粒直接从硬质合金基体脱落,形成凹坑;黏结剂金属钴因其导电性好、熔点和沸点低而容易被过量去除,导致WC颗粒因失去支撑结构而从表层脱落,且放电通道内产生的爆炸冲击波也会造成WC边缘局部碎裂。     

基于规则推理的数控线切割路线规划技术

研究了数控线切割路线影响因素相关知识,从穿丝点选取、起切点定位、切割方向规划等方面对线切割路线知识规则进行描述,提出了基于规则推理的数控线切割加工中电极丝切割路线规划方法.     

放电参数对PCD表层材料微观结构影响的实验研究

通过调整电火花成形加工的主要放电参数,对聚晶金刚行（PCD）样品进行放电加工。进而对加工样品进行X射线衍射分析,并住扣描电子显微镜下观察其表层结构。弄清了放电加：亡后PCD表面变质层的主要成分,分析了变质层产生的原因,总结了脉冲宽度和加工电流对PCD表面变质层深度、表面粗糙度影响的关系曲线。为制定PCD放电加工工艺提供了重要的实验依据。     

复杂曲面零件电火花线切割加工系统研究

开发了以新型翻转式自动分度数控回转工作台为核心的复杂曲面电火花线切割加工系统。阐明了系统的运动规律,建立了通用数学模型,并进行了计算机仿真和样件加工实验研究。利用该数控回转工作台,采用二维加工信息流控制技术,与国产高速走丝电火花线切割机床相结合,从根本上解决复杂曲面零件高速走丝电火花线切割加工的关键技术问题,大幅度提高了线切割加工的加工质量和生产效率。该方法在模具制造中得到了良好的应用。     

全局力平衡PDC钻头布齿优化设计

针对聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在钻井破岩过程中因受力不平衡,导致钻井倾斜、井径扩大、钻头产生横向振动和涡动,造成钻头早期失效的问题,基于已有PDC钻头切削力学知识,构建了PDC钻头弯曲力矩及全局力平衡布齿优化设计模型,并提出模型求解方法。布齿设计实例结果表明,采用全局力平衡布齿设计方法得到的布齿结构可使PDC钻头在不同进尺条件下均能保持全局力平衡状态,尤其低进尺(小于1 mm)时的力平衡状态得到极大改善,提高了PDC钻头的钻井稳定性,对于改善钻头受力、提升钻头使用寿命、提高钻井质量与效率具有重要意义。