单颗团聚CBN磨粒磨削TC4钛合金表面创成机制

目的提出一种兼具耐磨性好、自锐性能优异的新型团聚CBN磨粒研制方法,解决单晶CBN磨粒因其力学特性各向异性而极易出现沿解理面大块破碎的问题,进而提升加工效率和磨削性能。方法利用模压成形和高温液相烧结技术,制备了综合性能优异的新型团聚CBN磨粒,探究磨粒结合界面形成机制,并通过单颗磨粒磨削TC4钛合金试验,综合对比团聚CBN磨粒与单晶CBN磨粒的磨损状态和磨痕形貌,探明团聚CBN磨粒的磨削性能优势。结果团聚CBN磨粒烧结界面新生成了TiB_(2)、TiB和TiN;优选的烧结工艺参数为800℃,保温时间为10 min;相比于单晶CBN磨粒,团聚CBN磨粒的耐磨性和锋利度显著提升,磨削加工效率和质量明显改善。结论由于团聚CBN磨粒内部微晶颗粒间金属结合剂的存在,提高了磨粒的断裂韧性,降低了因磨粒内部裂纹扩展而引起的宏观裂纹损伤深度,有效提升了磨粒的加工性能;磨削过程中随着磨粒的不断磨损,未出露的CBN晶粒逐渐参与磨削,确保了磨粒工作面有效磨粒数的动态平衡,有助于提升磨粒整体自锐能力。

基于SPH法的CBN磨粒切削过程数值模拟

采用光滑粒子流体动力学法进行CBN磨粒切削过程仿真。该方法解决了网格法模拟材料分离时的网格束缚问题。通过切削过程中磨粒与工件材料的应力场变化以及离散SPH粒子的运动情况,分析了CBN磨粒的磨损机理以及工件材料的切削变形机理。研究结果表明:磨粒的顶部与挤压面棱边接触应力集中,易发生磨耗与微破碎磨损;工件材料受磨粒的推挤发生弹塑性变形而沿磨粒的侧向及前方隆起,并于磨粒的前方挤出而形成切屑。

TiN颗粒增强AgCuTi合金钎焊CBN磨粒的界面微结构

向Ag-Cu-Ti合金中加入TiN颗粒组成复合钎料。在加热温度920℃和保温时间5min的工艺下进行立方氮化硼(CBN)磨粒与45#钢基体的连接实验。运用三维视频显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析TiN颗粒、Ag-Cu-Ti合金、CBN磨粒和钢基体之间的结合界面的微观组织结构。结果表明:加入的TiN颗粒在结合剂层中分布均匀、致密,且显著细化了结合剂层(复合钎料层)显微组织,提高了结合剂层的显微硬度;加入TiN颗粒后仍可确保结合剂层与钢基体之间的良好结合;复合钎料对CBN磨粒有好的润湿性,TiN颗粒未对CBN磨粒与结合剂层的界面化学反应造成负面影响,实现了对CBN磨粒的牢固连接。

基于残余应力分布优选钎焊CBN磨粒出露高度

采用测量红外光谱峰值偏移的方法确定钎焊CBN磨粒内部中心轴线以及磨粒与钎料截面径向的残余应力，分析了磨粒内部残余应力的分布特征，并优化选择了钎焊砂轮工作面上CBN磨粒的出露高度。结果表明：钎焊CBN磨粒内部中心区域残余应力分布比较稳定，应力梯度小；在中心轴线两端以及截面径向外端，应力分布梯度较大，主要为拉应力，其中，钎焊CBN磨粒边缘部分的最大残余拉应力对磨粒力学性能影响最大，钎焊CBN磨粒出露高度为其自身高度的60%～70％为宜。

单颗CBN磨粒高速磨削过程的仿真研究

为研究单颗CBN磨粒高速/超高速磨削的微观机理,以随机形状CBN磨粒为模型,采用Lagrange/Euler流固耦合方法,仿真分析不同工艺参数下的CBN磨粒磨削SHK-9高速钢的过程。结果表明:CBN磨粒(124~150μm)在切削深度a_p20μm、30μm,切削速度120m/s时,切向磨削力达到最大,但在ap40μm切削深度下反而最小。随着CBN磨料粒度尺寸变小,磨削力下降明显,磨粒可以在工件表面形成更为窄密的耕犁沟痕,配合适当的磨削深度有助于提高表面磨削质量。

轴向超声辅助单颗CBN磨粒切削运动分析及切削力试验研究

为了研究CBN磨粒砂轮在轴向超声振动条件下的磨削特性,通过轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削试件的试验,以磨削力为研究对象,研究了轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削力,从微观角度进行磨粒的运动分析。研究表明:轴向超声辅助条件下的切削力,无论是单颗磨粒所受的法向力F_n还是切向力F_t的值均小于普通条件下的切削力。轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削运动轨迹是由刀具围绕工件的旋转运动和刀具的高频振动复合而成,其轨迹整体符合正弦曲线轨迹。通过正交试验得出,在一定条件下,轴向超声辅助下的切削力随磨粒切削速度、磨削深度的增大而增大,普通加工中随磨粒大小的增大而增大,超声加工时随磨粒增大有先增后减的趋势。此次试验研究对后期整个CBN砂轮在超声辅助条件下磨削的研究以及CBN砂轮的制备方面都有一定的意义和价值。

超高速单颗粒CBN磨削的试验研究

在改制的超高速试验机床上利用单颗粒 CBN磨粒进行了磨削试验 ,并对超高速磨削机理进行了初步探讨 ,从而为超高速磨削工艺技术的研究提供了依据。

磨料粒度对电镀CBN砂轮磨损影响的有限元仿真分析

以单颗CBN磨粒的磨损为例,对电镀CBN砂轮的磨损进行研究。针对磨削淬硬轴承钢GCr15,将单颗CBN磨粒适当简化成圆锥体,建立楔形滑擦模型,利用Deform 3D软件对单颗CBN磨粒的磨耗磨损进行仿真分析。仿真结果表明:不同粒度磨粒的磨损形式相似,均为前端面磨成弧形月牙洼形,尖端逐渐磨成平台;相同条件下磨粒的最大磨损量随着磨料粒度号的增大而减小。同时也说明了细粒度的电镀CBN砂轮的磨损较小。研究结果对进一步研究电镀CBN砂轮制造工艺有指导意义。

单层钎焊立方氮化硼砂轮工作面磨粒包埋深度的确定

以Ag-Cu-Ti合金为钎料在真空炉中实现了CBN磨粒与45钢基体的钎焊连接,运用红外光谱仪测试了钎焊磨粒内部的残余应力,分析了最大残余拉应力对磨粒强度的影响,据此优选了钎焊CBN砂轮工作面上磨粒的包埋深度。结果表明:当包埋深度不同时,尽管钎焊磨粒内部的残余应力分布差异较大,但最大残余拉应力始终位于磨粒与钎料顶层截面的边缘位置,并且最大残余拉应力与包埋深度不存在线性关系;为提高钎焊CBN磨粒强度和确保砂轮容屑空间,磨粒包埋深度应控制在其自身高度的30%～40%之间。

有序排布形式对单层钎焊CBN砂轮磨削淬硬钢的磨削力试验研究

研究了单层钎焊CBN砂轮的磨粒有序排布形式对加工淬硬钢磨削力的影响。在设计CBN磨粒的排布横向间距ΔX、纵向间距ΔZ、错位距离ΔZ_v以及排列线倾角α的基础上,研究了相同和不同排布密度下排布间距、排布倾角、磨粒粒度等因素对磨削力的影响规律。研究表明,在磨粒排布密度相同情况下,排布间距及排布倾角对磨削力影响较小,随着CBN排布密度的降低,磨削力下降明显,随着磨粒粒度的下降,磨削力有下降的趋势,但较细粒度(80/100)的钎焊CBN磨粒由于出刃高度不足,磨削力出现上升高的现象。

立方氮化硼超硬磨料与45钢钎焊接头残余应力有限元分析

针对立方氮化硼(CBN)超硬磨料高温钎焊冷却过程中可能产生较大热应力而导致磨粒破碎和接头断裂的问题,利用弹塑性有限元法对Ag-Cu-Ti合金钎焊CBN磨粒与45钢基体时接头的残余应力进行模拟分析。结果表明;磨粒球体内部中心轴线、中心平面半径方向以及磨粒与钎料顶层圆形断面半径方向是磨粒内部残余应力变化最显著的区域,而圆形断面边缘部分为磨粒内部最大残余拉应力的存在区域。试验验证有限元分析结果与测试结果基本一致。基于磨粒内部的最大残余拉应力,为确保焊后磨粒强度和钎焊砂轮容屑空间,CBN磨粒在钎料层中的包埋深度宜控制在30%～40%之间。

单颗立方氮化硼磨料磨损过程试验研究与分析

设计单颗磨粒磨削装置,通过超景深显微镜观测单颗立方氮化硼(CBN)磨粒的磨损现象,分析CBN磨粒磨损状态的变化规律及原因。研究表明,钎焊CBN磨粒磨削合金渗碳钢20Cr Mo时,可将CBN磨粒磨损状态变化归纳为微观磨损、磨平、宏观破碎和失效4种形式。由于磨粒的磨损规律受磨粒表面形貌、磨粒的突出高度及磨削深度的影响,每个CBN磨粒的磨损形式不尽相同。在单颗粒磨削过程中,磨削深度对磨粒破碎形式有较大的影响,在磨削深度较小时,磨粒磨损以微观磨损和磨平为主;在磨削深度较大时,磨粒磨损以宏观破碎为主,并导致磨粒的失效。

石墨自润滑钎焊cBN砂轮节块界面微观结构

通过添加石墨制作了自润滑钎焊cBN砂轮节块。采用三点抗弯试验测试节块的抗弯强度,并运用扫描电镜、能谱仪对节块断面形貌和结合界面的元素扩散进行了分析。结果表明:添加质量分数5%石墨的钎焊cBN砂轮节块抗弯强度达到116 MPa;cBN与Cu-Sn-Ti钎料在界面化学结合,提高了钎料对磨粒的把持力,实现了对cBN磨粒的牢固联接;节块中的石墨保持原有的层状结构,可保证磨削过程润滑膜的形成;在节块内部分布着很多孔隙,可为砂轮提供充足的容屑空间。

EPS/CBN复合模样中磨粒分布形态的定量评价

通过对EPS/CBN复合泡沫模样的三维视频显微镜图片进行二值化处理、团聚区域多颗磨粒质点化及单颗磨粒质点化处理,得出代表复合泡沫模样中CBN磨粒的点分布图,并将点分布图构建成泰森多边形图。利用泰森多边形面积的统计分析法,定量评价了复合泡沫模样中磨粒的分布均匀性。采用该评价方法对不同制备工艺的EPS/CBN复合泡沫模样中的表面磨粒分布均匀性进行分析评价。结果表明,所得参数可以用于带有磨粒聚团的磨粒分布形态的均匀性评价。

立方氮化硼砂轮的研究与发展

介绍了国内外立方氮化硼(CBN)砂轮的性能和金属结合剂(含电镀和钎焊结合剂)、树脂结合剂和陶瓷结合剂CBN砂轮的特点,论述了CBN砂轮中磨料的处理及气孔组织的调控技术。阐述了目前国内在CBN砂轮制造水平方面与国外存在的差距,提出CBN砂轮的未来制造应向着超高速、绿色制造等方向发展。

多凹槽金刚石刀头的新设计

在石材切割中,常使用一般磨具对刀头外周进行修整处理。但就这样的修整作业而言,作业效率与刀头切割作用面面积成反比例。而由于原用刀头总表面为非作用面,修整处理效率低下。此外,构成刀头的金刚石和CBN磨粒硬度较一般磨具硬,为修整后总磨粒的70%-90%,磨粒以凸出在切割作用面状态下存在,使用这样的金刚石切具切割材料时,产生以下问题:修整后,锋利性虽好,但随不断切割,磨粒磨损和脱落,锋利性降低。

单层钎焊多晶CBN超硬砂轮研制与自锐机理研究

多晶立方氮化硼(PCBN)是以CBN微晶与AlN粘结剂为原材料,在高温高压环境中烧结制成的新型超硬磨料。其独特的微结构不仅保留了传统单晶CBN磨粒(MCBN)优异的材料性能,而且有助于实现磨粒的微破碎,避免了MCBN磨粒各向异性的材料特性导致的磨粒大块破碎现象,有利于实现砂轮的高锋利度和长寿命。但是,目前对PCBN磨粒微破碎行为与砂轮自锐机理仍缺乏深刻认识,难以制定相应工艺策略以有效控制磨料微破碎行为,导致砂轮自锐能力无法充分发挥,制约了PCBN砂轮的应用。