PCD刀具磨削机理及刃磨工艺研究

论文摘要

聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond)是一种理想的刀具材料,自上世纪70年代出现以来,用其制作的刀具凭借极高的硬度和出色的耐磨性,迅速在汽车、航空和木材加工领域获得了广泛的应用,在切削技术的发展过程中起着重要的推动作用。目前,金刚石砂轮磨削加工依然是PCD刀具的主要成型方法,但是该工艺同样存在磨削效率低、刃磨质量相对较差、加工成本高等缺陷,尤其是刃磨质量相对较差,已成为其在精密和超精密加工领域进一步推广应用的一大障碍。鉴于此,本论文以晶体结构学和材料断裂性能为理论基础,基于PCD刀具的微观磨削形貌,对其磨削机理和刃磨质量影响因素进行了深入的研究,研究结果对全面了解PCD的去除形式、改进PCD刀具的磨削工艺和提高PCD刀具的刃磨质量具有一定的指导意义。首先,本文采用合理的腐蚀清洗方法,去除了覆盖在磨削表面的粘结物和粘结剂Co,获得了清晰真实的PCD磨削表面形貌。在此基础上,通过对不同磨削条件下PCD磨削表面微观形貌的分析,按产生机理的不同将PCD的去除形式分为微细破碎、沿晶破碎、疲劳去除、刻划作用、滑擦作用和机械热化学去除六种。进而结合磨削参数,详细介绍了每种去除形式的典型形貌、形成机理及产生条件。最后,以磨削机理为理论依据,通过对PCD刀具后刀面和刃口形貌的对比分析,系统研究了磨削液、砂轮转速及磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响规律。研究结果表明:磨削液和磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响规律相似,当去除形式以微细破碎为主时,磨削液和较大的磨削压力会增大磨削表面的粗糙度,当去除形式以滑擦作用为主时,两者对磨削表面质量的影响并不明显,同时两者都能增大刀具的刃口锯齿度;而随着磨削速度的增大,PCD刀具后刀面粗糙度和刀具刃口锯齿度都显示出先增大后减小的趋势,在中速下可以得到最好的刀具刃磨质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 PCD刀具简介
• 1.1.1.PCD刀具的发展现状
• 1.1.2 PCD刀具的性能
• 1.1.3 PCD刀具的制造工艺
• 1.1.4 PCD刀具的发展趋势
• 1.2 PCD刀具的刃磨
• 1.2.1 PCD刀具的砂轮磨削加工工艺
• 1.2.2 PCD刀具砂轮磨削加工的特点
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.3.1 PCD磨削机理的研究现状
• 1.3.2 PCD磨削工艺的研究现状
• 1.4 本课题的主要研究工作
• 2 试验设备与试验过程
• 2.1 试验设备与磨削工艺
• 2.1.1 磨床
• 2.1.2 金刚石砂轮
• 2.1.3 磨削液的选择
• 2.1.4 砂轮转速的选择
• 2.1.5 磨削压力的选择
• 2.2 PCD复合片的选取
• 2.3 磨削试验过程
• 2.3.1 试样的制备
• 2.3.2 砂轮的修锐
• 2.3.3 磨削参数
• 2.4 试样的腐蚀处理
• 3 金刚石的解理和疲劳现象
• 3.1 单晶金刚石的解理
• 3.1.1 金刚石的晶体结构
• 3.1.2 金刚石的三个主要晶面
• 3.1.3 金刚石的解理面
• 3.2 单晶金刚石和PCD的疲劳现象
• 3.2.1 单晶金刚石的疲劳现象
• 3.2.2 PCD的疲劳现象
• 4.PCD磨削机理研究
• 4.1 PCD的微细破碎
• 4.1.1 PCD微细破碎的微观形貌
• 4.1.2 微细破碎的形成机理
• 4.1.3 微细破碎的产生条件
• 4.2 PCD的沿晶破碎
• 4.2.1 PCD沿晶破碎的微观形貌
• 4.2.2 沿晶破碎的形成机理
• 4.2.3 沿晶破碎的产生条件
• 4.3 疲劳去除
• 4.3.1 PCD疲劳去除的微观形貌
• 4.3.2 疲劳去除的形成机理
• 4.3.3 疲劳去除的产生条件
• 4.4 刻划作用
• 4.4.1 PCD刻划作用的微观形貌
• 4.4.2 刻划作用的产生条件
• 4.5 滑擦作用
• 4.5.1 PCD滑擦作用的微观形貌
• 4.5.2 滑擦作用的产生条件
• 4.5.3 滑擦作用与PCD的热化学反应之间的关系
• 4.6 砂轮磨削时PCD的热化学反应
• 4.6.1 PCD热化学反应的研究方法
• 4.6.2 PCD热化学反应形成的软化层
• 4.7 本章小节
• 5 PCD刀具刃磨质量影响因素研究
• 5.1 磨削液对PCD刀具刃磨质量的影响
• 5.1.1 磨削液对PCD刀具后刀面表面质量的影响
• 5.1.2 磨削液对PCD刀具刃口锯齿度的影响
• 5.2 磨削速度对PCD刀具刃磨质量的影响
• 5.2.1 磨削速度对PCD刀具后刀面表面质量的影响
• 5.2.2 磨削速度对PCD刀具刃口锯齿度的影响
• 5.3 磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响
• 5.3.1 磨削压力对PCD刀具后刀面表面质量的影响
• 5.3.2 磨削压力对PCD刀具刃口锯齿度的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢