螺纹加工用cBN陶瓷磨具制备与性能研究

论文摘要

立方氮化硼（cBN）陶瓷磨具具有磨削效率高、加工精度高、使用寿命长等优点，可以显著改善螺纹表面质量，延长螺纹使用寿命。但是，国产cBN陶瓷磨具具有脆性大，磨削时尖角保持性差、易堵塞，效率低等缺点，制约了它的应用和发展。因此，研究和开发螺纹用cBN陶瓷磨具是当今机械加工的热点之一。本论文采用差热分析、X衍射分析、扫描电镜、能谱分析等研究了在Al2O3-B2O3-SiO2-RO-R2O体系结合剂中ZnO/Na2O摩尔比（Z值）和MgO/Li2O摩尔比（M值）对结合剂性能影响，并进一步探讨了Z值、结合剂用量、成型压力、烧结温度、造孔剂等对cBN磨具性能的影响。主要研究结果如下：在该体系中，ZnO能够抑制α-石英相析出，但导致析出Li2OAl2O37.5SiO2晶相。并随着Z值增加，α-石英减少，Li2OAl2O37.5SiO2含量增加，但其晶体尺寸减小；结合剂的耐火度增加，耐水性、化学稳定性先增加后减小，膨胀系数降低；当Z=2.50时，化学稳定性最好，线膨胀系数最低(4.2758×10-6K-1)，抗折强度最大（123.38MPa）；在该体系中，随M值增加，结合剂的耐火度、化学稳定性增加，膨胀系数先增加后降低，当M=0.67时，析出Mg（Zn）Al2O4和石英晶相，随温度升高，石英消失，Mg（Zn）Al2O4增加，晶粒尺寸先减小后增加，强度先增加后降低。随结合剂含量增加，磨具气孔率、吸水率先减小后增加；体积密度，强度，硬度及磨耗比先增加后降低；随成型压力增加，磨具气孔率和吸水率先减小后不变，体积密度、硬度、强度和磨耗比及磨削效率先增加后不变；随烧结温度升高，磨具气孔率及吸水率呈“V”字型变化，体积密度、硬度和强度、磨耗比及磨削效率则呈现倒“V”字型变化；当结合剂用量为23～26wt%、烧结温度为870℃、成型压力为25MPa时获得的磨具性能最佳。桃壳，淀粉，碳酸钙都适合作为造孔剂，添加量分别为：8～16wt%、4～16wt%、8～12wt%，核桃壳的添加量与磨具气孔率、硬度及强度呈线性关系，造孔效果优于淀粉和碳酸钙。当采用M=0.67的结合剂时，磨具强度高，磨耗比大，适宜粗磨螺纹；当采用Z=2.50的结合剂，核桃壳用量为12wt%时，磨具气孔率高，硬度均匀，加工时无堵塞，cBN磨粒尖角保持性好，适宜精磨螺纹，所加工出螺纹的表面粗糙度为0.16～0.20μm，磨削比高达220，比进口产品提高69.2%，加工效率为进口产品的2.3倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 螺纹加工方法
• 1.1.1 螺纹加工方法分类与特点
• 1.1.2 螺纹磨削过程
• 1.2 螺纹加工用磨具种类和特点
• 1.3 螺纹加工 cBN 磨具用结合剂
• 1.3.1 结合剂的种类
• 1.3.2 结合剂的研究现状与发展趋势
• 1.4 螺纹加工用 cBN 磨具
• 1.4.1 cBN 磨具种类与性能
• 1.4.2 cBN 磨具研究现状及发展趋势
• 1.5 螺纹加工用 cBN 陶瓷磨具存在问题
• 1.6 课题研究的主要内容及意义
• 第二章 实验
• 2.1 实验材料与仪器设备
• 2.1.1 材料选择及作用
• 2.1.2 实验设备与仪器
• 2.2 制备工艺
• 2.2.1 结合剂制备工艺
• 2.2.2 磨具制备工艺
• 2.3 性能检测
• 2.3.1 结合剂性能检测
• 2.3.2 磨具性能检测
• 第三章 陶瓷结合剂配方设计与性能分析
• 3.1 陶瓷结合剂配方设计
• 3.1.1 结合剂设计原则
• 3.1.2 结合剂基础配方的确定
• 2O 摩尔比对陶瓷结合剂性能影响'>3.2 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷结合剂性能影响
• 3.2.1 结合剂差热分析
• 2O 摩尔比对结合剂真密度的影响'>3.2.2 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂真密度的影响
• 2O 摩尔比对结合剂线膨胀系数的影响'>3.2.3 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂线膨胀系数的影响
• 2O 摩尔比对结合剂耐火度及流动性的影响'>3.2.4 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂耐火度及流动性的影响
• 2O 摩尔比对结合剂物相组成及显微结构的影响'>3.2.5 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂物相组成及显微结构的影响
• 2O 摩尔比对结合剂与 cBN 磨料的润湿性影响'>3.2.6 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂与 cBN 磨料的润湿性影响
• 2O 摩尔比对结合剂强度的影响'>3.2.7 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂强度的影响
• 2O 摩尔比对结合剂化学稳定性的影响'>3.2.8 ZnO/Na₂O 摩尔比对结合剂化学稳定性的影响
• 2O 摩尔比对陶瓷结合剂性能的影响'>3.3 MgO/Li₂O 摩尔比对陶瓷结合剂性能的影响
• 3.3.1 结合剂差热分析
• 2O 摩尔比对结合剂线膨胀系数的影响'>3.3.2 MgO/Li₂O 摩尔比对结合剂线膨胀系数的影响
• 2O 摩尔比对结合剂耐火度的影响'>3.3.3 MgO/Li₂O 摩尔比对结合剂耐火度的影响
• 2O 摩尔比对结合剂化学稳定性的影响'>3.3.4 MgO/Li₂O 摩尔比对结合剂化学稳定性的影响
• 3.3.5 烧结温度对结合剂物相组成及显微结构的影响
• 3.3.6 烧结温度对结合剂强度的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 磨具配方设计及性能分析
• 4.1 磨具配方的确定
• 4.1.1 磨具配方的设计原则
• 4.1.2 磨具实验配方的确定
• 2O 摩尔比对陶瓷磨具性能的影响'>4.2 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷磨具性能的影响
• 2O 摩尔比对陶瓷磨具气孔率、体积密度、吸水率的影响'>4.2.1 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷磨具气孔率、体积密度、吸水率的影响
• 2O 摩尔比对陶瓷磨具抗折强度的影响'>4.2.2 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷磨具抗折强度的影响
• 2O 摩尔比对陶瓷磨具显微结构的影响'>4.2.3 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷磨具显微结构的影响
• 2O 摩尔比对陶瓷磨具磨耗比的影响'>4.2.4 ZnO/Na₂O 摩尔比对陶瓷磨具磨耗比的影响
• 4.3 结合剂用量对陶瓷磨具性能的影响
• 4.3.1 结合剂用量与磨具气孔率，吸水率及体积密度的关系
• 4.3.2 结合剂用量与磨具抗折强度的关系
• 4.3.3 结合剂用量与磨具硬度的关系
• 4.3.4 结合剂用量与磨具显微结构的关系
• 4.3.5 结合剂用量与磨具磨耗比的关系
• 4.4 磨具制备工艺对陶瓷磨具性能的影响
• 4.4.1 成型压力对陶瓷磨具性能的影响
• 4.4.2 烧结温度对陶瓷磨具性能的影响
• 4.5 造孔剂对陶瓷磨具性能的影响
• 4.5.1 造孔机理探讨
• 4.5.2 造孔剂对陶瓷磨具气孔率、体积密度的影响
• 4.5.3 造孔剂对陶瓷磨具硬度的影响
• 4.5.4 造孔剂对陶瓷磨具抗折强度的影响
• 4.5.5 造孔剂对陶瓷磨具显微结构的影响
• 4.5.6 造孔剂对陶瓷磨具磨削性能的影响
• 4.6 应用分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A：攻读硕士期间发表论文
• 致谢