硬质合金材料PA30和YG8超高速磨削工艺研究

论文摘要

硬质合金材料具有高硬度和高耐磨损性等优良的机械力学性能,被广泛应用于切削刀具、矿山钻头、耐磨零件、模具等领域。但优越的机械性能也使得其磨削加工效率低、成本高,限制了硬质合金的广泛应用。本文旨在将高速/超高速磨削工艺应用于硬质合金加工,深入研究硬质合金PA30和YG8材料的高速磨削机理。为将高速/超高速磨削应用于硬质合金的加工提供理论依据,使其研究成果有助于推动硬质合金更为广泛的应用。本文根据硬质合金的加工现状和国内外超高速磨削技术的研究历史和现状,提出了将高速/超高速磨削应用于硬质合金加工的可行性和研究意义。制定了系统的硬质合金高速/超高速磨削的实验方案。选用两种典型的硬质合金材料——刀具材料YG8和轧辊材料PA30作为研究对象,使用不同结合剂的砂轮,改变冷却液和磨削参数对其进行高速/超高速平面磨削试验。实验过程中采用Kistler测力系统检测磨削力,使用扫描电子显微镜、表面粗糙度仪等对磨削后试样的表面完整性进程评估。分析了砂轮结合剂、冷却液和磨削工艺参数对不同硬质合金材料磨削性能的影响规律。由磨削力、比磨削能、和表面形貌的变化规律,揭示了硬质合金材料的高速/超高速磨削去除机理。研究表明,在塑性变形控制的磨削过程中,硬质合金的磨削力、比磨削能、等主要受磨削参数的影响,砂轮线速度提高,磨削力和力比下降,比磨削能增加,表面质量有所改善,材料塑性去除的趋势增加；工作台速度提高或者切削深度增加,磨削力和力比增大,比磨削能减小,表面质量恶化,材料脆性去除的趋势增加。使用树脂砂轮加工得到的表面质量比采用陶瓷砂轮略好,但磨削力略大。而刀具材料YG8材料去除方式中脆性断裂比轧辊材料PA30更明显。乳化型冷却液对磨削加工的润滑作用更显著,有利于材料的塑性去除,保证磨削表面的光洁度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 主要符号索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 硬质合金简介
• 1.2.1 硬质合金的制备及其材料特性
• 1.2.2 硬质合金的应用
• 1.3 硬质合金加工技术的研究和发展
• 1.4 高效磨削技术国内外发展简介
• 1.4.1 高效磨削技术在国外的发展状况
• 1.4.2 高效磨削技术在国内的发展状况
• 1.5 课题来源及研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 硬质合金轧辊材料高效磨削机理分析
• 2.1 高速磨削机理
• 2.1.1 超高速磨削技术的提出
• 2.1.2 单颗磨粒的磨削模型
• 2.1.3 最大未变形切屑厚度
• 2.1.4 接触弧长
• 2.1.5 磨削力
• 2.1.6 比磨削能
• 2.1.7 磨削力和比磨削能的尺寸效应
• 2.2 硬质合金磨削原理
• 2.2.1 压痕断裂模型
• 2.2.2 硬质合金磨削机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 硬质合金材料的高效磨削工艺试验
• 3.1 试验材料及特性
• 3.2 试验设备及条件
• 3.2.1 超高速磨削实验台
• 3.2.2 砂轮的选用及修整
• 3.2.3 试验结果检测仪器
• 3.2.4 冷却液
• 3.3 试验过程中磨削力信号的采集与处理
• 3.4 试验方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 硬质合金超高速磨削表面质量
• 4.1 磨削参数对磨削表面完整性的影响
• 4.1.1 砂轮线速度
• 4.1.2 工作台速度
• 4.1.3 切削深度
• 4.2 砂轮结合剂对磨削表面质量的影响
• 4.3 不同材料磨削表面完整性对比
• 4.4 冷却液对磨削表面质量的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 硬质合金超高速磨削力和比磨削能
• 5.1 磨削用量对磨削力和比磨削能的影响
• 5.1.1 砂轮线速度
• 5.1.2 工作台速度
• 5.1.3 切削深度
• 5.2 不同砂轮结合剂对磨削力和比磨削能的影响
• 5.3 不同材料对磨削力和比磨削能的影响
• 5.4 不同冷却液对磨削力与比磨削能的影响
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢