细粒度钎焊金刚石砂轮的制作及其磨削实验研究

论文摘要

金刚石具有硬度高、耐磨性好等优良的性能，因此金刚石工具在石材、硬质合金以及陶瓷等硬脆性材料的加工中得到广泛的应用。由于结合剂对磨粒缺乏有效把持，在使用中，电镀和烧结金刚石工具的磨粒容易脱落，造成工具提前失效，金刚石的优势未能充分发挥。钎焊金刚石工具借以钎焊过程金刚石与钎料的化学冶金结合，极大改善了磨粒的把持力，成为新一代高性能金刚石工具的重要发展方向。以往对钎焊金刚石工具的研究主要集中在粗粒度金刚石工具，其目的是针对石材等硬脆性材料的高效加工。近年来，随着钎焊金刚石工具向硬脆性材领域半精密、精密磨削加工领域的推广，细粒度金刚石钎焊及其应用日益成为国内外研究的重点。本文在解决细粒度金刚石钎焊时钎料层厚度不均、加热温度分布不均及钎料流动等问题的基础上，以Ni-Cr合金为钎料，采用高频感应钎焊方法完成了细粒度钎焊金刚石砂轮的制备；通过修整环节进一步提高砂轮表面磨粒的等高性；最后通过磨削钒酸钇晶体、氧化铝陶瓷和蒙古黑花岗石三种硬脆性材料，评价所制砂轮的磨削力特征和工件表面磨削质量。围绕上述研究思路，论文所完成的主要工作可归纳如下：1.设计制作一套钎料涂敷机构，解决钎料层厚度均匀性的控制；为了改善高频感应加热时钢基体温度分布不均情况，设计制作一套回转钎焊装置，并在此基础上，探讨不同钎焊加热功率和钎焊时间下钎料层的流动状况，寻找适合本实验的高频感应钎焊工艺，制备细粒度钎焊金刚石砂轮。2.采用金刚石滚轮修整钎焊金刚石砂轮，结果表明，砂轮径向跳动明显减小，磨削工件表面粗糙度明显降低，磨削力起初随着修整量的增加而逐渐增大，然后趋于平稳。经过金刚石滚轮修整后钎焊砂轮金刚石磨粒的状态主要有磨平、微破碎、大破碎、折断等。3.采用细粒度钎焊金刚石砂轮磨削钒酸钇晶体、氧化铝陶瓷和蒙古黑花岗石这三种脆性材料，结果表明，磨削深度对磨削力的影响最显著；磨削过程中，氧化铝陶瓷的磨削力最大，钒酸钇晶体的磨削力最小；氧化铝陶瓷的磨削力比最大，钒酸钇晶体的磨削力比最小。4.分析磨削参数对工件表面粗糙度的影响，结果表明：垂直磨削方向的粗糙度大于平行磨削方向的粗糙度。在相同磨削参数下，蒙古黑花岗石的表面粗糙度最大，氧化铝陶瓷的表面粗糙度最小。5.采用环境扫描电镜观察工件磨削表面形貌，发现磨削表面除了犁沟、平滑区，还存在晶体破碎、剥落的凹坑。改变磨削参数，工件表面形貌发生变化，砂轮线速度增大，平滑区增多；磨削深度和工件进给速度增大，凹坑增多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 钎焊金刚石技术及其应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 发展趋势及存在问题
• 1.4 课题的研究思路及内容
• 1.4.1 课题的研究思路
• 1.4.2 课题的研究内容
• 第2章 细粒度钎焊金刚石砂轮制作技术
• 2.1 细粒度钎焊金刚石砂轮制备的总体方案
• 2.2 钎料涂敷机构的设计与制作
• 2.3 高频感应钎焊平台搭建
• 2.3.1 感应线圈的制作
• 2.3.2 高频感应钎焊试验平台
• 2.4 细粒度金刚石砂轮的钎焊
• 2.4.1 加热参数对基体表面温度的影响
• 2.4.2 加热参数对钎焊质量的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 细粒度钎焊金刚石砂轮修整实验
• 3.1 修整实验总体方案
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 砂轮径向跳动
• 3.2.2 修整过程中磨削力的变化
• 3.2.3 修整过程中粗糙度的变化
• 3.2.4 出刃高度变化特征
• 3.2.5 修整后钎焊金刚石砂轮表面磨粒状态
• 3.3 本章小结
• 第4章 细粒度钎焊金刚石砂轮磨削力特征
• 4.1 实验条件与方法
• 4.2 加工参数对磨削力的影响
• 4.2.1 磨削深度对磨削力影响
• 4.2.2 工作台进给速度对磨削力的影响
• 4.2.3 砂轮线速度对磨削力的影响
• 4.2.4 磨削参数对磨削力的影响
• 4.3 磨削力比特征
• 4.4 单颗金刚石磨粒所承受的载荷特征分析
• 4.4.1 单颗金刚石磨粒的最大切削深度
• 4.4.2 磨削过程中单颗金刚石磨粒所承受的法向载荷和切向载荷
• 4.4.3 单颗金刚石磨粒承受的切向力和法向力随加工参数的变化情况
• 4.5 磨削比能特征分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 细粒度钎焊金刚石砂轮磨削表面分析
• 5.1 实验条件
• 5.2 表面质量评价
• 5.2.1 磨削参数对表面粗糙度的影响
• 5.2.2 工件磨削表面形貌分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果