高频感应钎焊金刚石砂轮的基础研究

论文摘要

金刚石磨料具有硬度高、导热性、耐磨性好等优良的性能,因此金刚石工具在石材、硬质合金、玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工中获得了广泛的应用。然而传统的多层烧结与单层电镀金刚石砂轮由于结合剂对金刚石磨粒的把持强度低且容屑空间小,金刚石工具的优势未得以充分发挥。钎焊金刚石工具由于实现了金刚石与活性钎料的冶金结合,因此钎料对金刚石磨粒有很强的把持力,且磨粒间容屑空间大。本课题利用感应钎焊工艺研制了磨粒有序排布的单层钎焊金刚石砂轮。本文完成的研究工作主要包括:(1)研制了一套感应钎焊工艺试验装置,根据感应加热设备与线圈间阻抗匹配的要求,通过实验测量及理论计算设计了相应的感应加热线圈,制作了感应钎焊气体保护装置。在分析强磁场干扰下热电偶输出电势信号的基础上设计了相应的信号调理电路,获得了准确的钎焊温度信号,结合模糊控制方法开发了基于虚拟仪器的感应钎焊温控系统,为研究金刚石感应钎焊工艺奠定了基础。(2)利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了钎焊工艺参数对金刚石界面化合物和微观结构的影响,结合不同钎焊工艺时金刚石磨粒的静态抗压强度及钎焊试样磨削花岗石的研究,获得了优化的钎焊工艺,磨削花岗石的实验同时也表明感应钎焊金刚石工具比炉中钎焊金刚石工具有更优异的加工性能。(3)研制了局部感应加热条件下连续感应钎焊金刚石砂轮的装置,利用带导磁体的平面线圈实现钎焊部位的局部加热,结合工件的连续旋转完成了金刚石砂轮的感应钎焊过程,该工艺的特点是砂轮表面钎料熔化区域窄,金刚石磨粒在钎焊时不易发生移位,易于获得磨粒有序排布的金刚石砂轮。(4)利用感应钎焊金刚石砂轮进行了硬质合金的磨削试验研究,并与同规格的电镀金刚石砂轮进行了对比实验。结果表明,单层钎焊金刚石砂轮较为锋利,相对于电镀金刚石砂轮有更长的工具寿命。对磨削过程中金刚石磨粒的磨损状态进行跟踪观察,结果发现钎焊金刚石的磨损机理主要是磨耗磨损,试验中未出现磨粒脱落,表明采用感应钎焊工艺制作的单层金刚石砂轮对磨粒有很强的把持力,有助于充分发挥超硬磨料本身的加工性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金刚石固结磨料工具的研究现状
• 1.1.1 传统金刚石工具的问题及其研究现状
• 1.1.2 钎焊金刚石工具的提出与研究现状
• 1.1.3 钎焊金刚石工具研究中存在的问题
• 1.2 感应钎焊技术在钎焊金刚石工具中的应用
• 1.2.1 感应加热技术的优点
• 1.2.2 感应加热钎焊技术的应用
• 1.3 连续感应钎焊金刚石砂轮的的构想
• 1.4 本课题拟开展的主要工作
• 第二章 感应钎焊金刚石工艺实验平台的构建
• 2.1 感应加热原理及特点
• 2.1.1 感应加热原理
• 2.1.2 高频感应电流的分布特性
• 2.2 感应钎焊加热设备的选择
• 2.3 工艺实验感应钎焊装置的设计
• 2.3.1 感应线圈的设计
• 2.3.2 感应钎焊温度的测量
• 2.3.3 气体保护装置设计
• 2.3.4 感应钎焊工艺试验装置总体结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 感应钎焊温控系统的研制
• 3.1 感应钎焊设备温度测控系统总体设计
• 3.2 感应钎焊温度测控系统的硬件设计
• 3.2.1 高频强磁场干扰下测温热电偶的输出信号波形
• 3.2.2 感应钎焊时温度信号的频率估算
• 3.2.3 干扰信号分析与抗干扰技术
• 3.2.4 热电偶冷端补偿
• 3.2.5 D/A 输出隔离驱动电路设计
• 3.3 基于虚拟仪器的感应钎焊温度控制系统软件设计
• 3.3.1 虚拟仪器技术的特点
• 3.3.2 控制系统软件设计
• 3.3.3 模糊控制软件设计与实现
• 3.4 钎焊温控系统性能评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 金刚石感应钎焊工艺试验研究
• 4.1 试验条件与研究方法
• 4.1.1 感应钎焊金刚石钎料的选用
• 4.1.2 钎焊工艺参数选择
• 4.1.3 钎焊工艺过程
• 4.2 高频感应钎焊金刚石界面微结构分析
• 4.2.1 钎焊金刚石磨粒形貌
• 4.2.2 金刚石磨粒与钎料结合界面元素分布特征
• 4.2.3 钎焊温度对金刚石磨粒与钎料界面反应的影响
• 4.2.4 钎焊保温时间对金刚石磨粒与钎料界面反应的影响
• 4.2.5 磨粒与钎料界面反应产物成分及物相分析
• 4.2.6 活性元素Cr 在钎焊过程中的扩散分析
• 4.3 NI-CR钎料与45 钢结合界面分析
• 4.3.1 Ni-Cr 钎料层微观组织
• 4.3.2 钎料与基体结合界面微观组织
• 4.4 钎焊金刚石磨粒的力学性能
• 4.5 感应钎焊金刚石节块磨削试验
• 4.6 高频感应钎焊与炉中焊对比分析
• 4.6.1 磨削过程中金刚石磨粒磨损形貌
• 4.6.2 试验结果的分析和讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 连续感应钎焊金刚石砂轮的研究
• 5.1 感应钎焊工艺准备
• 5.1.1 感应加热方式的选择
• 5.1.2 局部感应钎焊电源的特点
• 5.2 平面加热感应线圈的设计与分析
• 5.2.1 平面感应加热线圈类型的选择
• 5.2.2 感应加热线圈结构设计
• 5.2.3 导磁体的选用
• 5.2.4 导磁体对感应加热的影响
• 5.2.5 感应加热的电磁力分析
• 5.3 连续感应钎焊金刚石砂轮装置设计
• 5.3.1 连续感应钎焊装置需求分析
• 5.3.2 砂轮基体转动机构设计
• 5.3.3 保护腔的设计
• 5.3.4 线圈调节机构设计
• 5.4 连续感应钎焊工艺研究
• 5.4.1 试验条件
• 5.4.2 连续钎焊工艺研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 感应钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的试验研究
• 6.1 YG6 硬质合金的物理力学性能及特点
• 6.2 感应钎焊金刚石砂轮磨削力特征研究
• 6.2.1 试验条件及方法
• 6.2.2 磨削力分析
• 6.3 砂轮磨损特征分析
• 6.3.1 电镀金刚石砂轮磨损
• 6.3.2 高频感应钎焊金刚石砂轮磨损
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要研究成果及结论
• 7.2 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