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加工贵金属

由于它们的宽范围的材料特性和高成本,贵金属可以特别难以加工。以下文章将介绍这些元素及其合金,并为如何有效且有效地提供如何机器的指南。

的元素

有时称为“高贵”金属,贵金属由八个元素组成,位于周期表中间(如下图1所示)。八金属是:

  1. 钌(Ru)
  2. 银(ag)
  3. 锇(OS)
  4. 铱(Ir)
  5. 铂金(PT)
  6. 黄金(Au)

这些元素是地球上的一些最稀有的材料,因此可以非常昂贵。黄金和银可以在纯粹的块状形成中找到,使它们更容易获得。然而,其他六种元素通常被发现在四个金属的原料矿石中混合,它们在下面的周期表:铁(Fe),钴(Co),镍(Ni)和铜(Cu)中。这些元素是贵金属的子集,并且通常称为铂族基团金属(PGM)。因为它们在生矿石中发现,这使得采矿和提取困难,大大提高了成本。由于他们的高价格标签,首次加工这些材料对商店的效率非常重要。

加工金属

图1:与蓝色盒装的8个贵金属的周期性表。图像来源:clearscience.tumblr.com

贵金属的基本性质与组成

贵金属具有显著的材料特性,因为它们的特点是柔软、延展性和抗氧化。它们被称为“贵金属”,因为它们能抵抗大多数类型的化学物质和环境的侵蚀。表1列出了几种贵金属在其元素形式下的材料特性。为了便于比较,它们与6061铝和4140钢并列。一般来说,只有金和银以其最纯的形式被使用,因为铂族金属是主要由铂组成的合金(含有少量的Ru, Rh, Pa, Os, Ir)。贵金属因其极高的密度和高熔点而引人注目,这使它们适合于各种应用。

表1:贵金属,4140钢和6061铝的冷加工材料性能

贵金属

贵金属的常见加工应用

银和金具有特别有利的导热性和电阻率。这些值在表2中列出,以及CC1000(退火铜)和退火的6061铝,用于比较目的。铜通常用于电气布线,因为其电阻率相对较低,即使银也会使其更好的替代品。这不是一般公约的明显原因是银与铜的成本。已经说,铜通常在电接触区域镀金,因为它在延长使用后倾向于氧化物,这降低了其电阻率。如前所述,已知金和其他贵金属抗氧化。这种腐蚀性是它们用于电子行业的阴极保护系统的主要原因。

表2:Ag, Au, Cu, Al的热导率和电阻率

加工金属

铂及其各自的合金提供了最多的应用,因为它可以实现许多不同的机械性能,同时仍然保持贵金属的优点(高熔点,延展性和抗氧化性)。表3列出了铂和许多其他铂基铂合金,它们都有自己的机械性能。这些性能的差异取决于添加到铂中的合金元素,合金金属的百分比,以及材料是否经过冷加工或退火。合金化可以显著提高材料的抗拉强度和硬度,同时降低材料的塑性。这种抗拉强度/硬度增加与延性下降的比率取决于添加的金属和添加的多少,如表3所示。一般来说,这取决于添加的元素的颗粒大小以及它的天然晶体结构。钌和锇具有特殊的晶体结构,添加到铂中时具有显著的硬化效果。特别是Pt-Os合金极其坚硬,几乎无法使用,这在现实世界中没有多少应用。然而,在铂中添加其他4种铂基金属允许各种不同用途的机械性能。

表3:PGM材料特性(注意:硬度和拉伸强度是冷工作值)

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铂及其合金具有生物相容性,使其能够长时间植入人体而不引起不良反应或中毒。因此,医疗设备包括心肌螺钉固定、支架和血管成形术设备的标记带都是用铂及其合金制成的。金和钯也常用于牙科。

Pt-Ir合金的硬度和强度明显高于其他任何一种合金,在汽车工业中,它是出色的火花塞头。铑有时被添加到Pt-Ir合金中,以减少材料的弹性(因为它们被用作医用弹簧丝),同时也提高其可加工性。Pt和Pt- rh线对在测量温度时非常有效,因此被用于热电偶。

加工贵金属

当加工时具有最大效果的两个参数是硬度和伸长百分比。硬度是由制造业的机械师和工程师闻名,因为它表明材料的变形或切割的抵抗力。伸长率百分比是用于量化材料延性的测量。它表明设计师在骨折之前,结构将塑性变形的程度(永久地)。例如,诸如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的延展性塑料的延伸率为350-525%,而更脆性材料如燃油淬火和钢化铸铁(120-90-02级)具有百分比伸长约2%。因此,伸长百分比越大,材料的“粘甘蓝”越大。粘性材料容易发生建立边缘和有产生长丝状屑的倾向。

贵金属的工具

材料的延展性使得锋利的切削工具是切割贵重金属所必不可少的。铝合金工具的可变螺旋可用于纯金,银色和铂等较软的材料。

加工金属

图2:铝合金可变螺旋方形立铣刀

更高的硬度材料仍然需要锋利的切削刃。因此,一个人最好的选择是投资一个PCD金刚石太PCD晶圆具有能够削减极硬的材料与标准HSS和碳化物切割边缘相比,在保持相对长的时间内保持锋利的切削刃。

加工金属

图3:PCD Diamond Square End Mill

速度和馈送图表:

加工金属

图4:使用正方形有色金属时,贵金属的速度和馈送,3x LOC

加工金属

图5:贵金属使用2-凹槽方形PCD立铣刀时的速度和进给量

特定材料加工如何获得回报

机器师面临着许多问题,同时选择了他们的工作的正确工具。One key decision that must be made is whether a material specific tool is appropriate and necessary for the application that’s going to be performed – whether the benefits of using this type of tool outweigh the higher price tag than that of a tool designed for use in a variety of materials. There are four main categories to consider when deciding whether a material specific tool is your best bet: internal tool geometry, coatings, material removal rates (MRR), and cost.

何时使用材料专用模具

你是一家主要处理一种材料的商店的机械师吗?或者,你是否经常在一天中更换材料?另外,你们一次生产多少个零件?这些是您在做出工具决策之前必须问自己的问题。

材料特定的工具最好利用多个部件加工相同的材料。例如,如果您的商店正在加工1,000个塑料零件,请选择一个选择a为此材料设计的工具由于您的工具不仅持续时间,但表现更好。如果为您的商店的加工灵活性至关重要,如果您只是加工几个部分,或者如果零件完成不太重要,则常规终端磨机可能就足够了。

材料专用工装的优缺点

购买具有材料特定工具的利弊。

优点:

  • 工具几何设计的材料,你的工作,以达到最好的结果。
  • 涂层优化的材料,你正在切割。
  • 更激进的速度和馈电,并提高MRR作为结果。
  • 提高刀具寿命。

缺点:

  • 较高的前期成本,如果在适当的情况下使用,长期节约是可能的。
  • 减少灵活性的机会。虽然大多数终端磨机可能适用于许多工作和许多机器,但材料特定的端铣刀都是用于特定材料的

特殊材料加工的特殊好处

独特的内部工具几何

许多制造商供应工具,专为在特定材料铲斗中使用。例如,Harvey工具具有不同的目录部分,用于材料特定的工具硬化钢材,异国情调的合金,中金属钢材,高速切削钢,铝合金,塑料,有色金属材料的金刚石加工,复合材料。在这些部分中发现的工具的特殊几何形状被优化,以允许工具在其选择的材料组中表现最佳。

例如,一个机械师在准备加工一个塑料零件时可能会面临进退两难的局面。而一个立铣刀发现哈维工具的微型立铣刀部分当然可以机器这种材料,哈维工具的立铣刀提供设计,以机器塑料具有高耙,高浮雕设计。这是理想的塑料,因为你想有效地切割和形成芯片,而工具的强度不太关心。高耙和高浮雕创造了尖锐的切削刃,将很快分解成金属。然而,在塑料中,这种方法可以有效地剪切材料,并将热量转移到芯片中,从而在你的零件上产生良好的光面。

材料特定的工具

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特定涂层和基材,用于最佳性能

选择特定材料工具的一个关键好处是能够利用该材料的最佳涂层选择。工具涂层提供许多功能,包括改善润滑性,增加工具寿命,和更高质量的零件光洁度。此外,涂层工具的运行速度通常比未涂层工具快10%左右。

虽然许多制造商将特别涂层标准立铣刀在您的要求,这需要额外的时间和成本。在其具体目录部分,哈维工具提供涂层工具库存并准备发货。例如,他们的硬化钢材异国情调的合金类别利用ALTIN纳米涂层。这是一种独特的纳米复合涂层,其最大工作温度为2,100°F,并且显示出材料的改善性能,例如硬化钢,钛合金和Inconel等材料。

提高材料去除率

由于特定材料的工具具有最优的工具几何形状的作业,运行参数通常能够更积极。任何机械师都知道材料拆除率(MRR)是与车间效率最密切相关的指标,在给定的一段时间内,从一个部件中删除的材料越多,部件制造得越快,车间产出也就越高。

下面的例子比较了哈维工具的微型立铣刀和材料专用立铣刀的运行参数。您可以注意到,尽管两种刀具之间的关键几何形状相同,且在相同的材料和相同的操作中使用,但切屑负载(+25%)、线性进给速率(+33%)和切削深度(+43%)都提高了。这允许在更短的时间内移除更多的材料。

微型磨机

零件号:836408.

说明:3槽1/8英寸直径3x LOC Square Stub&Standard

材料:6061铝

应用范围:开槽

速度:10,000 rpm

芯片负载:.00124 IPT

线性进给:37.2 IPM

道格:.04375

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材料专用立铣刀

零件号:942308

描述:3长笛1/8英寸直径3x LOC方形可变螺旋铝合金

材料:6061铝

应用范围:开槽

速度:10,000 rpm

芯片负载:.00165 IPT

线性进给:49.5 IPM

道格:.0625

材料特定的工具

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大量节约成本

下图显示了微型端铣刀部分,项目中找到的工具之间的成本分析分析993893-C3.;和在材料特定终端铣刀部分,项目中找到的工具933293-C6。与加工1,000个零件相比,总的节省将近2,500美元。

材料特定的工具福利图表

材料特定的工具总结

总之,特定材料的立铣刀有很多好处,但在某些情况下是最好的利用。虽然这些工具的初始成本较高,但从长远来看,它们可以通过使用更长的时间和在给定的一段时间内生产更多的零件来节省您的车间时间和金钱。

加工复合材料的理想工具

复合材料

如果一种材料由至少两种独特的成分组成,并且结合后能在许多不同的应用中产生有益的物理和机械性能,则该材料被归类为复合材料。一种粘合剂,即基质材料,填充作为增强剂的第二种材料的粒子或纤维。复合材料的强度、重量和刚度的组合使其对汽车、航空航天和发电行业极为有用。通常,颗粒增强复合材料的基体材料是某种形式的塑料,而增强材料是玻璃或碳颗粒。它们有时被称为“填充塑料”,通常是非常研磨性的材料。许多复合材料是分层的不同的纤维取向,这增加了材料的强度,被称为纤维增强复合材料。

加工复合材料时的常见问题

  1. 复合层的分层
  2. 毛边的纤维
  3. 纤维撕裂
  4. 不均匀的工具磨损
  5. 由于“竞争”材料造成的表面光洁度差

这些问题都是由复合材料产生的独特条件造成的,并且很难纠正。同时切割多种材料的简单事实,引入了许多因素,使其难以在适当的刀具和适当的运行参数之间取得适当的平衡。以下工具样式为各种组合关注点提供了解决方案。复合钻井应用程序可以面对同样的问题,适当钻头的选择也能帮上忙。

直笛终端磨机

直槽复合刀具设计用于防止分层材料通过径向施加所有切割力,消除来自典型螺旋切削刃的轴向力。用高正面耙角改善切割动作,用于剪切纤维和偏心释放,以改善边缘寿命。浅增加操作该工具可以执行,但最大的好处是在周边铣削应用。

直笛终端磨机

压缩刀具

压缩切割机由上剪和下剪螺旋组成。切割长度的顶部部分有右手的切割齿与左手的螺旋形。切割长度的较低部分有右侧带有右侧螺旋的切割齿。当切割分层复合材料时,这会产生相反的切割力来稳定材料去除过程,以防止分层、纤维拔出和沿表面的毛刺。压缩工件的顶部和底部保持层状粘合在一起。

压缩铣刀立铣刀

削减者刀具

的Chipbreaker刀非常适用于粗加工和分析复合材料,具有高百分比的纤维填充物。凹口屑剪切纤维和缩短芯片,以改善材料疏散。这种专门的几何形状对于保持芯片小而避免在切割器周围的纤维芯片的“嵌套”。

用于复合材料的断屑器

金刚石铣刀

金刚石切削复合刀具有两种不同的几何形状:端铣刀的风格钻磨风格。虽然终端磨坊工具是中心切割,但是钻孔机风格有一个140°点角,使其更适合进入切割。这对于清除复合纸张中间的口袋很棒。

金刚石切割立铣刀复合材料

复合材料的终端铣刀 - 钻石切口磨机风格

金刚石切割复合材料钻头

复合材料用立铣刀。金刚石切削。钻头式铣刀

终端轧机和钻机磨机都在外径上共享相同的左侧几何形状。该钻石切割工具从左手和右侧牙齿的组合接收其名称。该工具主要是倒下的风格 - 一种几何形状,其允许这些工具有效地粗糙和轮廓高纤维增强或填充的复合材料,通过纤维分解芯片和剪切。

钻石削减了栗架风格

钻石切割工具具有更高的长笛计数,其中一些可能直觉地认为会导致更好的完成,但这不是这种情况,因为这一系列工具包含右手和左手牙齿。剪切纤维的能力增加和留下较差的折磨之间的权衡。Chexbreaker风格的工具,虽然没有像剪切纤维那样有效,最终是针对相同目的而设计的,但由于所有的长笛都面向相同的方向,叶子更好地完成。

复合修整器

复合修整器在复合材料中精加工了优化的几何形状。更慢的螺旋和高槽计数对于更多的接触点,最终通过最大限度地减少纤维增强和层状材料的磨损来使光滑的光滑。

用于复合材料的整理铣刀

涂层还是没有涂层?

复合材料,尤其是那些含有玻璃或碳纤维的材料,具有特别强的研磨性,容易磨损硬质合金工具的切削刃。如果一个人想要达到最佳的工具寿命和保持锋利的切削刃,那么选择非晶金刚石涂层工具是最好的选择。这种薄涂层提高了润滑性和耐磨性比其未涂层的对手。使用CVD工具金刚石涂层在极端情况下是非常有益的,当纤维填充百分比非常大。这是一个真正的钻石涂层,并提供了最好的耐磨性,但稍不锋利的边缘,因为它是一个较厚的涂层。PCD金刚石刀具提供了最好的刀具寿命。如果它是一个坚固的金刚石薄片钎焊到硬质合金柄,并能保持任何金刚石工具的最锋利的边缘。然而,PCD是有限的直管长笛,可以来在一个更高的价格。

复合材料因其令人印象深刻的强度重量比在当今制造业中得到了越来越多的利用。这种增长刺激了切削复合材料的创新技术,如上所示的工具选择。Harvey Tool的各种几何形状有助于任何机械车间处理复合切削应用,并将继续为这类制造问题提供开创性的解决方案。