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加工贵金属

由于贵重金属具有广泛的材料特性,而且如果零件必须报废,其成本也很高,所以加工起来尤其困难。下面的文章将介绍这些元素及其合金,并提供如何有效和高效地加工它们的指导。

的元素

有时被称为“贵金属”,贵金属由8种元素组成,它们位于元素周期表的中间(如图1所示)。这8种金属分别是:

  1. 铑(RH)
  2. 钯(PD)
  3. 银(Ag)
  4. 锇(Os)
  5. 铱(Ir)
  6. 铂(Pt)
  7. 金(AU)

这些元素是地球上最稀有的物质,因此可能非常昂贵。金和银以纯金块的形式被发现,这使得它们更容易获得。然而,其他六种元素通常混合在元素周期表下面的四种金属的原矿中:铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和铜(Cu)。这些元素是贵金属的子集,通常被称为铂族金属(PGM)。因为它们是在原矿中一起被发现的,这使得开采和提取变得困难,大大增加了成本。由于这些材料价格高昂,第一次正确加工这些材料对商店的效率至关重要。

加工金属

图1:元素周期表,8种贵金属用蓝色包装。图片来源:clearscience.tumblr.com

贵金属的基本性质和组成

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

银和金具有特别良好的导热性和电阻率。表2列出了这些值,以及CC1000(退火铜)和退火6061铝,以供比较。尽管银可以作为更好的替代品,但由于其电阻率相对较低,所以铜通常被用于电线。这不是一般惯例的明显原因是银和铜的成本。也就是说,铜通常在电接触区域镀上金,因为它在长期使用后趋于氧化,这降低了它的电阻率。如前所述,金和其他贵金属是已知的抗氧化的。这种耐腐蚀性是它们被用于电子工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益处(高熔点,延展性和抗氧化性)。表3列出了铂和许多其他PGM,每个其他PGM都有自己的机械性能。这些性质的方差取决于加入到铂的合金元素,合金金属的百分比,以及材料是否已被冷轧或退火。合金化可以显着增加材料的拉伸强度和硬度,同时同时降低其延展性。这种拉伸强度/硬度增加到延展性的比率降低取决于所添加的金属以及加入的金属,如表3所示。通常这取决于所添加元素的粒度以及其天然结晶结构。钌和锇的特定晶体结构具有在加入铂时具有显着的硬化效果。PT-OS合金特别是非常艰难和实际上不可行的,这不会产生许多现实世界的应用。然而,将其他4个PGM的添加到铂允许具有各种用途的机械性能范围。

表3:PGM材料性能(注:硬度和抗拉强度均为冷加工值)

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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

硬度和延伸率是加工时影响最大的两个参数。硬度是众所周知的机械师和工程师在整个制造业,因为它表明材料的抵抗变形或切割。延伸率是用来量化材料延展性的一种测量方法。它向设计者表明结构在断裂前塑性(永久)变形的程度。例如,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等延展性塑料的延伸率为350-525%,而油淬和回火铸铁(120-90-02级)等脆性更强的材料的延伸率约为2%。因此,延伸率越大,材料的“粘性”就越大。胶粘材料很容易组合边缘和有产生长丝状屑的倾向。

贵金属工具

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、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

较高硬度的材料仍然需要锋利的切削刃。因此,一个人的最佳选择是投资PCD金刚石太湖PCD晶片有能够切割极其坚硬的材料与标准的高速钢和硬质合金切削刃相比,在相当长的一段时间内保持锋利的切削刃。

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图3:PCD金刚石方立铣刀

速度和馈电图:

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图4:使用方形有色金属时的速度和进给量,3x LOC

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图5:贵金属使用2-凹槽方形PCD立铣刀时的速度和进给量

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. 纤维撕下
  4. 刀具磨损不均匀
  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。复合钻井应用程序能面对同样的问题,和合适吗钻孔选择也可以帮助。

直槽立铣刀

直槽复合刀具通过径向施加所有切削力,消除典型螺旋切削刃的轴向力,防止分层材料的分层。切割行动改善了高的正前角剪切纤维和偏心救济,以提高边缘寿命。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。

直槽立铣刀

压缩刀具

压缩刀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

Chipbreaker刀

削减者刀具非常适合于粗加工和高纤维填充的复合材料。这种切口状的断屑器可以剪切纤维,缩短断屑,以改善物料的排出。这种特殊的几何形状是伟大的保持芯片小和避免“嵌套”的纤维状芯片周围的切割机。

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。虽然立铣刀类型的工具是中心切削,但钻孔机风格有一个140°的点角,使它更适合切入。这是伟大的清除口袋在中间复合表。

金刚石切割立铣刀复合材料

复合材料用立铣刀。金刚石切削。立铣刀式

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

立铣刀和钻铣刀在外径上具有相同的下切几何形状。这种钻石切割工具的名字来自于左齿和右齿的组合。该工具主要采用下切式,这种几何形状使得这些工具能够有效地对高纤维增强或填充的复合材料进行粗化和轮廓化,分解切屑并剪切纤维。

钻石切割vs Chipbreaker风格

钻石切割工具有更高的凹槽数,有些人可能直觉上认为这会导致更好的光洁度,但事实并非如此,因为这一行工具包含右手齿和左手齿。在增加剪切纤维的能力和留下较差的整理之间有一个权衡。切屑式工具,虽然不如剪切纤维有效,但最终设计的目的相同,但留下更好的光洁,因为所有的凹槽都面对相同的方向。

复合修整器

复合修整器优化了复合材料的几何形状。缓慢的螺旋和高槽数的更多接触点,最终通过减少纤维增强和层状材料的磨损,使光面。

复合材料精加工立铣刀

涂涂层还是不涂涂层?

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。