新型单层钎焊金刚石砂轮磨削工程陶瓷的基础研究

论文摘要

工程陶瓷材料目前在航空航天、汽车及切削刀具等领域的应用日益广泛,且需求正逐年增加。金刚石砂轮性能及相关的磨削工艺参数对陶瓷工件的加工成本、效率和磨削表面完整性有决定性的影响,因此研制性能优异的新型金刚石砂轮并对其磨削性能进行科学评价,将有助于推动工程陶瓷材料的优质和高效加工。凭藉单层钎焊工具钎料层对磨料的超强把持作用和有序排布技术,本课题研制了磨粒有序排布的新型单层钎焊金刚石砂轮,并将其应用于工程陶瓷的高性能磨削,以期进一步拓宽钎焊工具的应用领域。本文完成的主要研究工作包括:（1）为实现工程陶瓷的精密磨削,根据钎焊工艺要求设计了新型结构磨粒有序排布的单层钎焊金刚石镶块砂轮。确定了合适的钎焊工艺和砂轮结构件制造工艺,重点对其回转精度进行了控制,并对磨粒的等高性进行了有效控制,成功研制出应用于工程陶瓷磨削的磨粒有序排布的细粒度新型单层钎焊金刚石砂轮。（2）阐明了单层钎焊金刚石砂轮磨削工程陶瓷的工艺基础条件,探讨了陶瓷材料脆-延性转变机理和临界条件,并对氧化锆（Y-PSZ）陶瓷的延性域去除进行了基础试验研究,进行了钎焊金刚石砂轮延性域磨削陶瓷的可行性分析。针对普通精密磨床和和高速磨床试验条件,基于脆延性转变机理对延性域磨削参数进行了科学调控。（3）通过磨削试验和磨损试验对新型单层钎焊金刚石砂轮的磨削加工性能进行了探讨,重点对氧化铝（99%）和氧化锆（Y-PSZ）两种工程陶瓷的磨削力和磨削比能进行了研究。基于单颗磨粒磨削力及力比两方面分析了钎焊金刚石砂轮的锋利度,详细分析了工程陶瓷磨削能量的耗散机制,论证了工程陶瓷磨削过程中材料去除方式存在脆-延性转变的规律。此外,进行了新型单层钎焊金刚石砂轮磨损试验研究,阐明了磨损的主要形式。（4）应用研制的单层新型钎焊金刚石砂轮进行了两种陶瓷材料的不同磨削参数下表面完整性研究,从工程陶瓷磨削后表面粗糙度、残余应力、抗弯强度以及表面/亚表面损伤等四个方面阐明了不同单颗磨粒最大切厚下的表面完整性

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程陶瓷的性能特点及其应用
• 1.2 工程陶瓷磨削加工的研究现状
• 1.2.1 工程陶瓷磨削的主要工艺方法
• 1.2.2 工程陶瓷磨削机理
• 1.2.3 工程陶瓷磨削表面完整性
• 1.3 本课题的研究思路
• 1.4 本课题拟开展的主要研究内容
• 第二章 单层钎焊金刚石砂轮的设计与制造
• 2.1 单层钎焊金刚石砂轮的总体研制思路
• 2.2 单层钎焊金刚石砂轮基体的结构设计
• 2.2.1 钎焊金刚石砂轮基体结构形式的确定
• 2.2.2 金刚石砂轮基体结构的参数化设计
• 2.2.3 钎焊金刚石砂轮结构件材质的选择
• 2.2.4 砂轮镶块定位原理与弹簧锁片的设计
• 2.3 金刚石砂轮的制造工艺
• 2.3.1 砂轮结构件的制造工艺及其装配
• 2.3.2 金刚石砂轮镶块钎焊前的回转精度控制
• 2.3.3 金刚石磨粒钎焊工艺
• 2.3.4 金刚石磨粒的等高性控制
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型单层钎焊金刚石砂轮磨削工程陶瓷工艺基础
• 3.1 工程陶瓷磨削试验研究思路与方案设计
• 3.2 工程陶瓷磨削的脆－延性转变机理及延性域磨削可行性研究
• 3.2.1 工程陶瓷的延性域磨削
• 3.2.2 工程陶瓷磨削过程中脆性－延性转变的临界条件
• 3.2.3 工程陶瓷延性域磨削的可行性
• 3.3 单排有序排布磨粒基础试验
• 3.3.1 单颗磨粒最大切厚与单颗磨粒磨削力
• 3.3.2 单颗磨粒磨削力测量和单位宽度磨削力
• 3.3.3 磨削比能及工程陶瓷典型磨削表面形貌
• 3.4 磨料有序排布钎焊金刚石砂轮的制作
• 3.5 钎焊金刚石砂轮磨削用量条件的调控
• 3.6 本章小结
• 第四章 新型单层钎焊金刚石砂轮磨削加工性能研究
• 4.1 磨削试验条件和方法
• 4.2 工程陶瓷磨削力研究
• 4.2.1 单颗金刚石磨粒的单颗磨粒最大切厚
• 4.2.2 单颗磨粒承受的法向力和切向力
• 4.3 磨削比能及磨削能量耗散机理研究
• 4.3.1 工程陶瓷磨削比能变化特征
• 4.3.2 工程陶瓷磨削能量耗散机理
• 4.3.3 材料去除机理分析
• 4.4 钎焊金刚石砂轮磨损特性研究
• 4.4.1 磨损试验条件
• 4.4.2 累积材料去除量与磨粒磨损量的关系
• 4.4.3 金刚石磨粒磨损形貌及其分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程陶瓷磨削表面完整性研究
• 5.1 表面粗糙度试验研究
• 5.2 残余应力
• 5.2.1 试验原理和条件
• 5.2.2 单颗磨粒最大切厚对残余应力的影响
• 5.2.3 残余应力的理论模型和形成机理
• 5.3 抗弯强度的测试与分析
• 5.3.1 试验方法与条件
• 5.3.2 单颗磨粒最大切厚对抗弯强度的影响
• 5.4 表面/亚表面损伤研究
• 5.4.1 工程陶瓷磨削表面/亚表面损伤形式判定
• 5.4.2 表面损伤研究
• 5.4.3 亚表面损伤研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要研究成果及结论
• 6.2 开展后续研究工作的设想
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文