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I. Preparación y purificación de materias primas
Los materiales centrales de las inserciones de PCBN son micropolvo de nitruro de boro cúbico (CBN), complementado con aglutinantes (metálicos o cerámicos) y un sustrato de carburo.
Selección de materiales : el micropolvo de CBN debe cumplir con los requisitos de alta pureza (≥99,9 %) y tamaño de partícula uniforme (normalmente 0,5 ~ 30 μm; granos más finos para acabado, granos más gruesos para aplicaciones de alta resistencia al desgaste). Los aglutinantes se clasifican en tipos metálicos (p. ej., Co, Ni, Ti) y tipos cerámicos (p. ej., TiN, TiC, Al₂O₃). Los aglutinantes metálicos mejoran la tenacidad, mientras que los aglutinantes cerámicos mejoran la estabilidad a altas temperaturas.
Tratamiento de purificación : Las impurezas en el micropolvo de CBN , como pirofilita, grafito, impurezas metálicas y oxígeno/humedad adsorbidos, deben eliminarse mediante un procesamiento químico de varios pasos:
Tratamiento con NaOH a aproximadamente 300°C para eliminar pirofilita y nitruro de boro hexagonal (HBN).
Hervir con ácido perclórico para eliminar el grafito.
Hervir con HCl para eliminar impurezas metálicas, seguido de enjuague con agua destilada hasta neutralidad. Los aglutinantes (p. ej., Co, Ni, Al) se someten a reducción con hidrógeno para eliminar los óxidos superficiales.
II. Proceso de sinterización a alta temperatura y alta presión
Carga del molde : El micropolvo de CBN purificado y el aglutinante se mezclan en proporción (el contenido de aglutinante suele ser del 10 % al 15 %) y se cargan en un molde de grafito. Para piezas en bruto compuestas, se debe colocar un sustrato de carburo (por ejemplo, una aleación de carburo de tungsteno que contenga cobalto) debajo de la capa de CBN.
Condiciones de sinterización : utilizando una prensa especializada (de seis o dos yunques), aplique una presión de 5 a 8 GPa y caliente a 1200 a 1800 °C, manteniéndola durante varios minutos a horas. Durante este proceso, los granos de CBN forman enlaces covalentes o logran una densificación mediante la difusión en fase líquida del aglutinante.
Si se agregan aglutinantes metálicos (por ejemplo, Co), la temperatura de sinterización se puede reducir moderadamente y el Co del sustrato de carburo puede infiltrarse en los límites de los granos de CBN, fortaleciendo la unión entre capas.
Para la sinterización de CBN puro (sin aglutinante), la densificación se basa en la recristalización y el crecimiento de los granos de CBN, lo que da como resultado una dureza extremadamente alta pero una tenacidad más pobre.
III. Mecanizado de precisión y rectificado de bordes
Corte y soldadura fuerte : las piezas en bruto compuestas primero se cortan en preformas de inserto y luego se sueldan en los vástagos de las herramientas; Los bloques macizos sinterizados proceden directamente al rectificado de los cantos.
Proceso de pulido de bordes :
Rectificado desbaste : utiliza muelas abrasivas de diamante aglomeradas con resina de grano 180~240 con una velocidad de avance de 0,01 mm/doble carrera para dar forma preliminar.
Rectificado fino : utiliza ruedas de arena W10~W14 con una velocidad de avance de 0,005 mm/doble carrera para mejorar la precisión de la superficie. Lapeado : utiliza muelas de diamante W5~W3 o pasta de lapeado para lograr una rugosidad del filo de Ra 0,1~0,4μm, cumpliendo con los requisitos de precisión para "torneado duro en lugar de esmerilado".
Materiales de revestimiento : Los más utilizados son TiN, Al₂O₃, AlTiN, diamante CVD , etc., con espesores de 2~30μm.
Proceso de recubrimiento :
Pretratamiento : Limpie la superficie del inserto de aceite y contaminantes.
Deposición : utilice la tecnología de deposición física de vapor (PVD) o deposición química de vapor (CVD) para formar una capa uniforme en la superficie del inserto.
Postratamiento : el tratamiento térmico garantiza una fuerte unión entre el revestimiento y el sustrato y al mismo tiempo evita el ennegrecimiento de la superficie (requiere temperatura y atmósfera controladas). Los recubrimientos mejoran significativamente la resistencia al desgaste, las propiedades antiadherentes y la vida útil de la herramienta.
V. Pruebas y control de calidad
Pruebas de rendimiento : Incluye propiedades físicas como dureza (HV 2600~3600), resistencia a la flexión, conductividad térmica y pruebas de vida útil de corte en condiciones de trabajo simuladas.
Inspección microscópica : utiliza microscopios electrónicos de alta potencia (SEM, TEM) para observar el estado de unión de los granos de CBN y verificar si hay microfisuras o impurezas; el filo debe estar libre de defectos microscópicos invisibles a simple vista, de lo contrario podrían producirse astillas.
Precisión dimensional : comprueba las tolerancias geométricas, la rugosidad de la superficie, el valor M (dimensión de inserción clave), etc., para garantizar el cumplimiento de los requisitos de mecanizado.
Mediante un control preciso de los procesos anteriores, las plaquitas PCBN logran una combinación de alta dureza, fuerte resistencia al desgaste y excelente estabilidad térmica, lo que las convierte en herramientas fundamentales para mecanizar materiales endurecidos por encima de HRC 45 (como aceros endurecidos y hierros fundidos enfriados ). Las diferencias de rendimiento entre modelos se deben esencialmente al diseño personalizado de las proporciones de materias primas, los procesos de sinterización y las tecnologías de recubrimiento.
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