整形航空航天和汽车加工与合成金刚石解决方案

在竞争日益激烈和快速变化的环境中，作为全球人造金刚石超材料解决方案开发的领导者，戴比尔斯集团旗下的Element Six正展望未来，并利用其工业领先地位，开发充分利用人造金刚石卓越性能的材料。欧洲杯足球竞彩

客户的人口统计学正在改变，影响我们购买的社会影响，我们购买的方式，以及我们在购买之前考虑的因素。公司面临的压力越来越大，不仅要了解正在发生的变化，还要修改其业务战略以满足需求。

随着社交媒体渠道的日益普及和互联网连接的日益普及，信息变得唾手可得，这意味着思想几乎可以在瞬间传遍世界。要想在竞争中保持领先比以往任何时候都要困难，而且现在对颠覆性创新的需求比以往任何时候都要大汽车工业比现在。

汽车工业不断变化的动力

MaaS(移动即服务)是一个有可能颠覆汽车行业的主要概念。在人工智能(AI)、5G网络和电动汽车等进步的允许下，新技术带来了个人交通的好处，同时也可以看电影、玩游戏甚至工作。

电力将在未来驱动这些移动平台中发挥关键作用，预计到2030年，约10-20%的汽车将由电池驱动，而不是汽油发动机或混合动力汽车。

随着越来越多的人搬到大城市，地方政府正忙着确保居民能够轻松和安全地移动，同时收紧有关噪音污染和CO的规定₂同时排放。

考虑到这一点，汽车租赁服务、电动汽车和共享交通变得越来越有吸引力，这加大了汽车行业应对消费者需求变化的压力。

内燃机（ICE）和汽车，正如我们今天所知道的，仍然在很大程度上处于前景之中，尽管进步倾向于更多的电能led产业。

考虑到这一点，Element Six的重点领域之一是继续开发材料，以提高内燃机的燃料经济性，并帮助最大限度地减少对环境的影响。欧洲杯足球竞彩

除了降低原料的低效利用的总体趋势外，还努力降低CO欧洲杯足球竞彩₂将继续通过整合改进的燃烧和更轻的材料。欧洲杯足球竞彩集成更轻量化的材料对电动和混合动力汽车的重要性与对内燃机汽车的重要性一样欧洲杯足球竞彩。

消费者偏好的变化本质可以概括为定制、美学、可持续性和智能。简而言之，消费者需要更多的个性化产品，外观和感觉都很棒，或者通过智能技术增强以提供额外服务。

此外，消费者更愿意购买那些愿景和行动在某种程度上与自己一致、并以可持续方式生产的公司的产品。

企业正在努力解决如何满足制造业的这些产品需求，以及如何将类似的技术纳入其制造过程，同时吸引合适的人才，以适应不断变化的环境。

人造钻石在塑造未来中的作用

几千年来，炼金术士一直在设法把贱金属变成黄金。这是将一种低级元素转变为世界上最珍贵的材料之一的终极探索。欧洲杯足球竞彩

元素六每天都在世界各地的设施中完成炼金术士无法完成的事情;以灰色普通石墨——地球上最常见的元素之一，也是碳的一种——为例，把它的结构变成钻石。

钻石是地球上最有用、最引人注目的材料之一。其广泛的极端性能使其成为半导体器件冷却、水净化和激光出射欧洲杯足球竞彩窗等广泛应用的首选材料。

由于其量子特性，适合用于高级计算和磁强计。作为一种工业材料，它首先以其研磨特性而闻名，本文将概述它从boart(20世纪30年代在南非用于钻井)到为工业4.0革命开创尖端切削工具的历程。

人造金刚石的性质

钻石具有多样化和独特的性质。它不仅是已知的最坚硬的材料，它还具有很高的化学惰性，最高的导热系数，低热膨胀系数和抗热震性。当掺杂硼时，它也是一个很好的导电体和绝缘体。

在切削工具中应用最广泛的金刚石材料是多晶金刚石(PCD)，其硬度超过50 GPa(仅次于硬质合金的20 GPa)。欧洲杯足球竞彩几十年来，它一直被用来转换效率铝合金加工和木材加工的汽车工业。

使用化学气相沉积(CVD)而不是高压、高温HPHT合成工艺生产的金刚石，其硬度在90-120 GPa之间。

本文将讨论在加工工业上使用的最具研磨性的材料之一时，硬度的增加如何直接导致刀具寿命的增加。就刀具材料而言，金刚石占据了图1所示硬度-韧性特性图的左上方。欧洲杯足球竞彩

图1所示。刀具材料硬度和韧性特性图。欧洲杯足球竞彩图片来源：元素六

生产率提高的跟踪记录-汽车工业铝加工

使用金刚石获得生产率提高的一个典型例子是铝硅合金的加工，该合金广泛用于汽车行业的发动机缸体和气缸盖。在这种情况下使用PCD钻石。

此处所示气缸盖定位面铣削的示例显示了刀具寿命加工的显著改善，四分之一的时间内加工的气缸盖比硬质合金多15倍。

这些优势可以通过多种方式体现出来，包括提高资产利用率或降低每个零件的成本，但显而易见的是，PCD能够改变生产力。铝仍然是未来汽车市场的关键材料。

图2。PCD球铣定位面铝硅合金气缸盖。切割速度(Vc) 600米/分钟或转换生产率在铝加工。图片来源:元素6

纤维增强聚合物（FRP）可用于补充铝。多年来，碳纤维增强聚合物（CFRP）已广泛应用于高端应用，如汽车运动和航空航天，以减轻重量。

这使得人们对玻璃钢在汽车工业中的优势产生了浓厚的兴趣。高比强度和刚度结合相对较轻的重量使CFRP材料完美的一些欧洲杯足球竞彩汽车应用程序．

在航空航天中采用碳纤维增强复合材料的关键挑战之一是其较差的可加工性。由于其高度的磨粒纤维和各向异性的特性，经常发生快速的刀具磨损。金刚石，特别是PCD，在CFRP的钻孔、铣削和修整中发挥了重要作用，并支持其在航空航天中的广泛应用。

下图显示了在CFRP和铝堆上钻孔的示例。使用6号元素空气动力学钻取的孔数^TMPCD是硬质合金的五倍多，钻速是硬质合金的两倍。

图3。PCD支持CFRP在航空航天工业的采用。图片来源:元素6

金属基复合材料

金属基复合材料(MMC)表现出优异的综合力学性能;这些特性包括高耐磨性、耐腐蚀性和低重量。对于航空航天和汽车工业的未来，MMC材料是一类关键的材料。欧洲杯足球竞彩

它们将用于航空航天工业的机身、起落架和风扇出口导叶部件，以及汽车工业的刹车盘和卡钳等部件。

切削性能差，例如刀具严重磨损的快速发展，是扩大MMC在这些行业中渗透的关键挑战之一。

下图显示了在高速车削两种非常研磨性的MMC (40% SiC-Al复合材料3微米颗粒- AMC640xa和25% SiC-Al复合材料20微米颗粒- AMC225xe)时，利用不同种类的金刚石工具可以获得的刀具寿命的提高。欧洲杯猜球平台

通过选择正确的PCD级别，工具寿命可以增加一倍以上，如果使用CVD金刚石，工具寿命可以再增加一倍。

图4。比较了不同类型金刚石刀具在车削两种MMC时的刀具寿命。图片来源:元素6

从功能到审美

在汽车制造以外的行业中，也面临着类似的加工挑战，消费电子行业通常面临与汽车行业相同的应用需求。特别是，要求尽可能快地将部件加工到特定的几何公差，并具有最大的刀具寿命。

然而，在加工极端美学方面，也有一些额外的要求，在现代智能手机上满足纳米表面粗糙度要求更像是高端手表，而不是汽车部件。

Element Six已经表明，在高速铣削铝时，使用合成金刚石工具可以达到40 nm的表面光亮度。无论是美观还是功能，PCD的特殊性能允许满足极端的表面粗糙度要求。

环境影响

在制造业中，生产率的提高是一个关键因素，但确保生产率的提高不会以牺牲环境影响为代价也至关重要。根据欧盟资助的“燧石2020”项目，全球金属切削工具市场的80%以上是基于稀有和关键的原材料，如钴和钨。欧洲杯足球竞彩

该项目旨在寻找这些材料的替代品，金刚石基复合材料是拟议替代品的关键支柱。欧洲杯足球竞彩随着材料的稀缺，越来越多的人开始关注“生命周期分析”，像PCD和PCBN(聚晶立方氮化硼)这样的金刚石材料为传统的刀具材料提供了良好的替代方案。欧洲杯足球竞彩

数字化转型的影响

工业4.0承诺通过网络设备和传感器收集和分析大量数据，优化生产效率和产能，并创建新的商业模式。

在总部位于英国的全球创新中心(Global Innovation Centre)， Element Six正在拥抱工业4.0革命，在那里他们实现了自动切削工具测试，提供了仅在10年前似乎难以想象的生产率和分辨率。他们还在努力为他们的材料添加情报。欧洲杯足球竞彩

Element Six与一家英国财团合作，在PCD工具上开发了一种传感器原型(正在申请专利)。该装置允许机床操作员在不进行人工检查的情况下确定刀具的状态。

传感器的技术基础是PCD内部发生的石墨化现象。在较高的温度下，金刚石会转化回石墨，石墨具有导电性。

激光可以在PCD工具表面选择性地对轨迹进行石墨化处理，并且可以监测嵌入工具的传感器内产生的电阻，例如，如果电阻升高，就会显示工具磨损或断裂。在试验原型加工钛Ti-6AI-4V之前，对切割操作进行了模拟。

图5。用于钛加工的PCD刀具上的原位切削刀具传感器。图片来源：元素六

总结

几十年来，金刚石刀具一直被用于改变汽车工业的加工生产率。这些先进的刀具材料目前正被关注在加工轻量化材料，如MMC欧洲杯足球竞彩和CFRP的挑战。

除了提供数据感知能力，Element Six还可以利用第四次工业革命，并减少切削工具对环境的影响和稀缺原材料的利用。欧洲杯足球竞彩

这些信息已从Element Six提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问元素六。