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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。

关于元素

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. 铱星(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.

贵金属的基本性质和组成

贵金属具有值得注意的材料性质,因为它们是特性柔软的,韧性和抗氧化的。它们被称为“贵族”金属,因为它们对大多数类型的化学和环境攻击抵抗力。表1列出了几种贵金属以其元素形式的讲述材料属性。为了比较目的,它们并排,具有6061 al和4140钢。通常,只有铂族金属是主要由铂组成的合金(具有较小的Ru,Rh,Pa,OS,IR),只使用金和银。贵金属对于非常致密并且具有高熔点来说是值得注意的,这使得它们适用于各种应用。

表1:贵金属的冷加工材料性能,4140钢和6061铝

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和Al的导热性和电阻率

加工金属

铂及其相应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好处(高熔点,延展性和抗氧化性)。表3列出了铂和一些其他的铂,每个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。合金化能显著提高材料的抗拉强度和硬度,同时降低材料的延展性。这种抗拉强度/硬度的增加与塑性的减少的比率取决于添加的金属以及添加多少,如表3所示。一般来说,这取决于所添加元素的颗粒大小以及其天然晶体结构。钌和锇具有特殊的晶体结构,加入铂中具有显著的硬化效果。特别是Pt-Os合金非常坚硬,实际上不可行,在现实世界中没有太多应用。然而,在铂上添加其他4种PGMs允许各种用途的一系列机械性能。

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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铂及其合金是生物相容的,使其能够长时间置于人体中而不会导致不良反应或中毒。因此,包括心肌螺钉固定,支架和用于血管成形术装置的标记带的医疗装置由铂及其合金制成。黄金和钯也常用于牙科应用。

Pt-Ir合金明显比任何其他合金更硬和更强,是汽车工业火花塞的优秀头部。铑有时被添加到Pt-Ir合金中,以降低材料的弹性(因为它们被用作医用弹簧线),同时增加其可加工性。铂和铂铑线对在测量温度方面非常有效,因此用于热电偶。

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并具有生产长弦芯片的趋势。

贵金属的工具

材料延展性为切割贵金属来说是一个尖锐的切削工具。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。

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图2:用于铝合金的可变螺旋方形铣床

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钻石也是如此l. 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:

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图4:使用正方形有色金属时,贵金属的速度和馈送,3x LOC

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图5:使用2槽方形PCD端铣刀时贵金属的速度和馈送

材料特定工具如何偿还

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.

何时利用材料特定的工具

你是一家商店的机械师,主要用一种类型的材料处理吗?或者,您通常在一天中经常更换材料吗?此外,你一次做多少份?这些是您必须在制定工具决策之前问自己的问题。

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。

物料特定工具的利弊

购买具有材料特定工具的利弊。

凡好

  • 工具几何设计专为您正在努力实现最佳效果的材料。
  • 涂层优化的材料,你切割。
  • 更具侵略性的速度和饲料,并因此提升了MRR。
  • 增加工具寿命。

cons

  • 较高前期成本,但如果在适当的情况下使用长期节省。
  • 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

物料特定工具的特殊优势

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免费加工钢材铝合金塑料有色金属材料的金刚石工具, 和复合材料。这些部分中发现的工具的特殊几何优化了,以允许该工具在其选择材料组中最佳地执行。

例如,机器师可以面对困境,同时准备将塑料部件机械。虽然找到了一个终端磨坊哈维工具的微型磨坊部分肯定可以机器这种材料,哈维工具的终端磨机为机器塑料提供高耙,高浮雕设计。这是塑料的理想选择,因为您希望有效地切割和形成芯片,而工具的强度较少令人担忧。高耙和高浮雕会产生一个尖锐的切削刃,可以在金属中迅速分解。然而,在塑料中,这种有效地剪切材料并将热量转移到芯片中以在您的部件中产生良好的表面。

材料特定的工具

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特定涂层和基材,用于最佳性能

选择物料特定工具的一个关键益处是能够利用可用于该材料的最佳涂层选择。工具涂层提供许多功能,包括改进的润滑性,提高刀具寿命和更高质量的部分。此外,涂层工具通常可以比未涂层工具快约10%。

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

由于材料特定的工具具有作业的最佳工具几何形状,因此运行参数通常能够更具侵略性。任何机械师都知道材料拆除率MRR (MRR)是与车间效率最密切相关的指标,因为在给定的一段时间内,从一个零件上移除的材料越多,零件生产的速度就越快,车间的产量也就越高。

以下示例比较了来自Harvey工具的微型端铣刀和材料特定端铣刀部分的端铣刀的运行参数。您可以注意到,虽然两种工具之间的关键几何形状相同,并且在具有相同操作的相同材料中,芯片负载(+ 25%),线性进料速率(+ 33%)和切割深度(+ 43%)升高。这允许在较短的时间段内移除更多材料。

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:开槽

速度:10,000 rpm

芯片负载:.00124 IPT

线性馈送:37.2 IPM

doc:.04375

材料特定的工具

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材料特定终端磨机

零件号:942308

描述:3槽1/8英寸直径3x LOM方形变量螺旋用于铝合金

材料:6061铝

应用:开槽

速度:10,000 rpm

芯片负载:.00165 IPT

线性饲料:49.5 IPM

doc:.0625

材料特定的工具

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广泛的成本节省

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1,000份的加工相比,整体储蓄近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,特殊材料立铣刀有许多好处,但最好在某些情况下使用。虽然这些工具的初始成本较高,但从长远来看,它们可以通过在给定的时间内使用更长的时间和生产更多的零件来节省你的工作时间和金钱。

用于加工复合材料的理想工具

复合材料

如果它由至少两个独特的成分组成,则将材料被分类为复合材料,当组合时,当多种不同的应用中组合产生有益的物理和机械性能时。作为基质材料的粘合剂填充有第二种材料的颗粒或纤维作为增强剂。强度,重量和刚性的组合使复合材料非常有用于汽车,航空航天和发电行业。通常,颗粒增强复合材料的基质材料是某种形式的塑料,并且增强材料是玻璃或碳颗粒。这些有时被称为“填充塑料”,通常是非常非常磨蚀的材料。许多复合材料具有不同的纤维取向层,这增加了材料的强度并且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. 未切割的纤维
  3. 纤维撕裂
  4. 不均匀的工具磨损
  5. 由于“竞争”材料而差的表面处理

这些问题都是由复合材料所产生的独特条件造成的,而且可能很难纠正。同时切割多种材料的组合,这一简单的事实引入了许多因素,使合适的作业工具和合适的运行参数难以达到适当的平衡。下面的工具样式为各种各样的复合问题提供了解决方案。复合钻孔应用可以面对同样的问题,适当钻头的选择也会有帮助。

直笛终端磨机

直笛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。浅的猖獗的操作可以使用此工具进行,但在外围铣削应用中可以看到最大的益处。

直笛终端磨机

压缩切割器

压缩切割机由剪切和下降螺旋。切割长度的顶部具有左侧切割牙齿,左手螺旋。切割长度的下部具有右侧切割齿,具有右侧螺旋。这产生相反的切割力以在切割分层复合材料以防止分层,纤维拉出和沿着表面的毛刺时稳定材料去除过程。工件的顶部和底部的压缩保持层叠的粘合在一起。

压缩切割器端磨机

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”。

复合材料的破碎机

钻石切口磨机

钻石切割复合切割机有两种不同的几何形状:最终磨坊风格钻机磨坊。虽然终端磨坊工具是中心切割,但是钻磨坊风格有一个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。

金刚石切割端磨机用于复合材料

复合材料的终端铣刀 - 钻石切口磨机风格

用于复合材料的金刚石切割钻机

复合材料的端铣刀 - 钻石切割磨机风格

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。

综合终结器

综合整理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,尤其是具有玻璃或碳纤维的材料,可以特别是磨料并且具有磨损碳化物工具的切削刃的趋势。如果一个人希望达到最佳的工具寿命并保持锋利的切削刃,那么选择无定形金刚石涂层工具是最好的选择。这种薄涂层可提高其未涂覆的对应物的润滑性和耐磨性。使用具有CVD的工具金刚石涂层在极端情况下可以非常有益,当光纤填充百分比非常大。这是一个真正的金刚石涂层,提供了最佳的耐磨性,但略微较小的尖锐的切削刃,因为它是更厚的涂层。PCD金刚石工具提供了最佳的工具寿命。如果它是钎焊到硬质合金柄的固体钻石晶圆,并且可以保持任何金刚石工具的最尖锐的边缘。但是,PCD仅限于直槽,并且可以以更高的价格出现。

在当今的制造世界中,复合材料越来越多地利用它们令人印象深刻的重量比。这种增长刺激了上述工具选择中看到的切割复合材料的创新技术。Harvey Tool的各种几何形状有助于任何机器店铺粘贴复合切割应用,并将继续为这些类型的制造问题提供突破性解决方案。