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I. Preparação e purificação de matéria-prima
Os materiais principais para pastilhas de PCBN são micropó de nitreto cúbico de boro (CBN), complementado com ligantes (metálicos ou cerâmicos) e um substrato de metal duro.
Seleção de material : O micropó de CBN deve atender aos requisitos de alta pureza (≥99,9%) e tamanho de partícula uniforme (normalmente 0,5~30μm; grãos mais finos para acabamento, grãos mais grossos para aplicações de alta resistência ao desgaste). Os ligantes são categorizados em tipos metálicos (por exemplo, Co, Ni, Ti) e tipos cerâmicos (por exemplo, TiN, TiC, Al₂O₃). Os ligantes metálicos aumentam a tenacidade, enquanto os ligantes cerâmicos melhoram a estabilidade em altas temperaturas.
Tratamento de purificação : Impurezas no micropó de CBN , como pirofilita, grafite, impurezas metálicas e oxigênio/umidade adsorvidos, devem ser removidas por meio de processamento químico em várias etapas:
Tratamento com NaOH a aproximadamente 300°C para remoção de pirofilita e nitreto de boro hexagonal (HBN).
Ferver com ácido perclórico para remover a grafite.
Ferver com HCl para remover impurezas metálicas, seguido de enxaguar com água destilada até ficar neutro. Ligantes (por exemplo, Co, Ni, Al) sofrem redução com hidrogênio para remover óxidos superficiais.
II. Processo de sinterização de alta temperatura e alta pressão
Carregamento do molde : Micropó de CBN purificado e aglutinante são misturados em proporção (conteúdo de aglutinante normalmente de 10% a 15%) e carregados em um molde de grafite. Para peças brutas compostas, um substrato de metal duro (por exemplo, liga de carboneto de tungstênio contendo cobalto) deve ser colocado abaixo da camada de CBN.
Condições de Sinterização : Usando uma prensa especializada (seis bigornas ou duas bigornas), aplique uma pressão de 5~8 GPa e aqueça a 1200~1800°C, mantendo por vários minutos a horas. Durante este processo, os grãos de CBN formam ligações covalentes ou alcançam densificação através da difusão em fase líquida do ligante.
Se forem adicionados ligantes metálicos (por exemplo, Co), a temperatura de sinterização pode ser moderadamente reduzida e o Co do substrato de carboneto pode infiltrar-se nos limites dos grãos do CBN, fortalecendo a ligação entre camadas.
Para sinterização de CBN puro (sem ligante), a densificação depende da recristalização e do crescimento de grãos de CBN, resultando em dureza extremamente alta, mas com menor tenacidade.
III. Usinagem de precisão e retificação de bordas
Corte e Brasagem : A peça bruta composta é primeiro cortada em pré-formas de pastilhas e depois soldada nas hastes da ferramenta; blocos sólidos sinterizados seguem diretamente para o desbaste de bordas.
Processo de retificação de bordas :
Desbaste : Usa rebolos diamantados com resina de grão 180 ~ 240 com uma taxa de avanço de 0,01 mm/curso duplo para modelagem preliminar.
Desbaste fino : usa discos de grão W10 ~ W14 com uma taxa de avanço de 0,005 mm/curso duplo para melhorar a precisão da superfície. Lapidação : Usa rebolos diamantados W5 ~ W3 ou pasta de lapidação para obter uma rugosidade de ponta de Ra 0,1 ~ 0,4 μm, atendendo aos requisitos de precisão para "torneamento duro em vez de retificação".
Materiais de revestimento : Comumente usados são TiN, Al₂O₃, AlTiN, diamante CVD , etc., com espessuras de 2 ~ 30 μm.
Processo de revestimento :
Pré-tratamento : Limpe a superfície da pastilha de óleo e contaminantes.
Deposição : Use a tecnologia de Deposição Física de Vapor (PVD) ou Deposição Química de Vapor (CVD) para formar um revestimento uniforme na superfície da pastilha.
Pós-tratamento : O tratamento térmico garante uma forte ligação entre o revestimento e o substrato, evitando o escurecimento da superfície (requer temperatura e atmosfera controladas). Os revestimentos melhoram significativamente a resistência ao desgaste, as propriedades antiaderência e a vida útil da ferramenta.
V. Testes e Controle de Qualidade
Teste de desempenho : Inclui propriedades físicas como dureza (HV 2600 ~ 3600), resistência à flexão, condutividade térmica e testes de vida útil de corte sob condições de trabalho simuladas.
Inspeção Microscópica : Utiliza microscópios eletrônicos de alta potência (SEM, TEM) para observar o estado de ligação dos grãos de CBN, verificando microfissuras ou impurezas; a aresta de corte deve estar livre de defeitos microscópicos invisíveis a olho nu, caso contrário podem ocorrer lascas.
Precisão Dimensional : Verifica tolerâncias geométricas, rugosidade superficial, valor M (dimensão chave da pastilha), etc., para garantir a conformidade com os requisitos de usinagem.
Através do controle preciso dos processos acima, as pastilhas de PCBN alcançam uma combinação de alta dureza, forte resistência ao desgaste e excelente estabilidade térmica, tornando-as ferramentas essenciais para usinagem de materiais endurecidos acima de HRC 45 (como aços endurecidos, ferros fundidos resfriados ). As diferenças de desempenho entre os modelos resultam essencialmente do design personalizado de proporções de matérias-primas, processos de sinterização e tecnologias de revestimento.
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