聚晶金刚石刀具磨削机理试验研究

本文通过观察聚晶金刚石 (PCD)磨削表面的微观形貌及背散射立体像 ,研究了PCD材料的磨削机理。结果表明 ,在磨削过程中 ,PCD材料会产生冲击脆性去除、沿晶疲劳脆性去除、疲劳点蚀脆性去除、热化学去除及机械热去除。其主次顺序取决于磨削工艺参数。因冲击脆性去除直接产生PCD刀具刃口锯齿缺陷 。

基于表面微观形貌的聚晶金刚石脆性去除机理研究

聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)的磨削是PCD刀具制造中的关键环节,磨削参数的变化影响PCD的去除方式,进而决定刀具的切削性能。采用不同的磨削参数加工PCD复合片,并用王水对磨削后的PCD表面进行腐蚀,通过扫描电镜观察并分析腐蚀后的PCD表面微观形貌,研究PCD的脆性去除方式及其与磨削参数之间的关系。根据去除机理不同,将PCD的脆性去除方式分为微细破碎、沿晶破碎、疲劳解理破碎三种;其中微细破碎又可细分为解理微细破碎和脆性微细破碎。作为湿磨初期的主要去除方式,微细破碎可在所有磨削条件下发生;沿晶破碎通常在金刚石磨粒较锋利时发生;疲劳解理破碎易在金刚石磨粒较钝时发生,因而在干磨后期时疲劳解理破碎较严重。

聚晶金刚石复合片磨削试验研究

本文采用金刚石砂轮对聚晶金刚石(PCD)复合片材料进行了精密平面磨削试验,研究了磨削工艺参数和砂轮特性对磨削力的影响规律,分析了磨削PCD材料去除机理。研究发现:随着砂轮速度的增大,切向磨削力和法向磨削力不断减小;随着磨削深度的增加,切向磨削力和法向磨削力都增加,相同粒度的陶瓷结合剂砂轮的磨削力大于树脂结合剂砂轮的磨削力;切向磨削力和法向磨削力都随着工件进给速度的增加而增大;粒度号越大,切向磨削力和法向磨削力越大。PCD材料去除主要是通过磨粒的机械磨耗、破碎作用和热物理、热化学作用等方式。

聚晶金刚石表面加工质量对比试验研究

为解决聚晶金刚石(PCD)表面加工成型和抛光难题,提高PCD加工效率和表面加工质量,采用电火花粗、精放电加工工艺及金刚石砂轮磨削加工工艺对PCD表面进行加工,并采用SEM、EDS、XRD和Raman等观察分析不同加工方式下PCD的表面形貌、表层组织及结构,对不同加工方式下PCD的显微硬度和耐磨性进行测试,考察不同加工方式对PCD表层微结构与力学性能的影响。结果表明:电火花加工后PCD表面会发生金刚石石墨化,而机械磨削加工后则不会;电火花精加工后PCD的显微硬度和耐磨性分别是5613HV10和Q5.8×10^4,机械磨削加工后则分别是5727HV10和Q5.4×10^4,二者相比变化不大,而电火花粗加工后的则是4604HV10和Q4.7×10^4,性能降低明显。同时提出放电加工后PCD表面变质层的概念,并讨论其变质层产生的原因。

不同材料刀具铣削碳纤维增强复合材料磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2. 4 m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附; VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因; HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主; PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。

聚晶金刚石最佳磨削速度的试验研究

通过用金刚石砂轮磨削聚晶金刚石 (PCD)材料的试验 ,研究了磨削速度vs 对PCD材料磨除率Q、磨耗比G的影响。试验结果表明 ,Q随vs 的提高而增大 ,但增幅较小 ;G随vs 的提高其曲线呈驼峰形 ,且驼峰对应于中速磨削范围。根据磨削过程中磨削力、砂轮磨耗率的变化规律及PCD磨削表面微观形貌 ,分析了该试验结果的产生机理。研究结果表明 ,磨削PCD材料时存在一个最佳磨削速度范围 ,在此范围内磨削成本最低。

聚晶金刚石电火花超声机械复合加工技术研究

聚晶金刚石具有优良的力、热、化学、声、光、电等性能,在现代工业、国防等领域中得到日益广泛的应用。但是,聚晶金刚石硬度高,耐磨性好,其成型加工非常困难,超声电火花机械复合加工技术是一种有效的加工方法。本研究在分析电火花超声机械复合加工原理的基础上,采用青铜结合剂金刚石砂轮实现了聚晶金刚石的超声电火花机械复合加工。实验分析了超声电火花机械复合加工过程工艺参数与加工效果之间的关系,结果表明,脉宽、脉间、峰值电流、超声振幅、开路电压等参数对复合加工过程工艺结果的影响程度较明显。

基于比磨削能的聚晶金刚石磨削机理研究

本文基于试验所测定的聚晶金刚石(PCD)比磨削能u与磨削工艺参数的关系,结合所观查的对应磨削表面微观形貌,研究了磨削机理与比磨削能的关系。结果表明:比磨削能u值小即u<25000 J/mm3时,PCD材料磨削机理为疲劳脆性去除;比磨削能u值较大即25000 J/mm3≤u<120000 J/mm3时,PCD材料磨削机理为随着比磨削能u值的增大,疲劳脆性去除的比例减少、机械热去除及热化学去除的比例增大;比磨削能u值很大,即us≥120000 J/mm3时,PCD材料磨削机理为机械热去除及热化学去除、基本不发生疲劳脆性去除。

陶瓷圆柱滚子超精研磨工艺试验

针对传统磨具很难对陶瓷圆柱滚子进行光滑无损伤表面加工的问题,提出了使用纳米多晶金刚石磨具对圆柱滚子进行研磨,为提高磨具中磨粒的分散性,采用聚丙烯腈凝胶法制备纳米多晶金刚石磨具,研究不同磨具砂结比、研磨压力、研磨速度条件下对圆柱滚子表面粗糙度和材料去除率的影响,并与酚醛热压磨具进行对比。试验结果表明:凝胶磨具中纳米金刚石分布均匀,没有出现明显的团聚现象。当砂结比为10、驱动辊转速为300r/min、研磨压力为0.5 MPa时,对陶瓷圆柱滚子研磨30 min,表面粗糙度Ra的值从0.32μm降到0.07μm。

W对自由烧结型铁基金刚石工具胎体性能的影响

摘要：以专用于自由烧结型金刚石工具胎体的亚微米级铁基合金粉末为主要结合剂，添加金属W（添加量为0～12％，质量分数），采用自由烧结工艺制成金刚石工具胎体和金刚石／胎体试样，对胎体进行力学性能测试和断口形貌分析，并用金刚石工具进行磨削试验。结果表明，随W含量增加，胎体的相对密度及强度均下降；添加6．0％W可明显提高胎体对金刚石的把持能力，并提高胎体硬度，但随W含量进一步增加，把持能力下降，同时胎体硬度降低；W在胎体内虽然可生成强碳化物，但在自由烧结过程中起不到强化胎体的作用，反而降低胎体的韧性，尤其是当胎体中添加12．0％W时，胎体内孔隙明显，强度大幅下降；与不添加W的胎体相比，添加8．0％W时，虽然金刚石工具的锋利度有所下降，但耐磨性提高。

PDC刀具的刃磨与材料去除机理研究

分别采用固结磨粒刃磨与游离磨粒刃磨的方法对PDC(Polycrystalline Diamond Compact)刀具进行了刃磨试验,利用扫描电镜观察了采用2种不同方法刃磨的PDC刀具刃口形貌,发现固结磨粒刃磨时容易出现刃口崩刃现象,而游离磨粒刃磨则获得了较高的刃磨品质.基于PDC刀具材料本身的物理与力学性能以及2种刃磨方法各自的特点,探讨了影响PDC刀具刃磨品质的主要因素,并针对游离磨粒刃磨的特点,提出了脆性材料的游离磨粒滚动去除机制.

金刚石刀具材料粒度、磨削砂轮粒度与刃口质量的关系

聚晶金刚石(PCD)刀具由于其自身的高硬度、高耐磨性的特征,使得刃磨加工极易出现崩刃——呈锯齿状刃口的典型缺陷,因此其机械磨削加工较其它刀具材料来看难度更大。本文针对金刚石刀具常用的加工方式——金刚石砂轮机械刃磨展开试验,主要针对金刚石刀片自身材料颗粒度与磨削砂轮粒度这两方面进行研究。通过收集数据,分析对比,研究金刚石材料颗粒度、磨削砂轮粒度对刀具最终刃口质量的影响。

聚晶金刚石比磨削能的试验研究

本文通过试验研究了PCD材料的比磨削能u与磨削工艺参数的关系。结果表明,随磨削速度vs的提高比磨削能u的变化规律为:低速区,u值较小且增长速度缓慢;中速区,u值快速提高;高速区,u值达一稳态值。随切入深度ap的提高比磨削能u的变化规律为:ap小于某值时,u值快速增长;ap大于某值时:u直达一稳态值。随刀架静刚度Fa的提高比磨削能u的变化规律为:Fa低于某值时,u值以较快速度增长;Fa高于某值时,u值达一稳态值。同时通过分析可知,PCD的磨削机理与比磨削能u存在一定的关系。u值较小时,以疲劳脆性去除为主;u值较大时,随u值的增大疲劳脆性去除的比例减小、机械热去除及热化学去除的比例增大;u值达稳态时,以机械热去除及热化学去除为主,基本不发生疲劳脆性去除。

基于表面质量分析的聚晶金刚石刀具电火花放电磨削试验研究

以2、10μm两种粒度的聚晶金刚石作为研究对象,以工艺试验结合材料学测试作为分析手段,简单对比了盘状电极和线电极加工的表面质量,研究了金刚石粒度、电极极性、电极转速对精密电火花放电磨削聚晶金刚石的表面质量和材料去除率的影响。结果表明:采用负极性加工时,加工表面未出现多孔结构,表面质量好,放电蚀除无选择性;随着电极旋转线速度增加,聚晶金刚石材料的去除量也逐步增加,聚晶金刚石材料的表面粗糙度值先减少后增加;在电极线速度达80 m/min时,聚晶金刚石样件表面粗糙度值达到最小值,聚晶金刚石材料的去除量也趋于稳定。

PCD刀具加工强化复合地板中磨损行为的断裂力学研究

本文首先利用断裂力学的理论,分析了聚晶金刚石刀具切削过程中的沿晶和解理两种磨损特征及其形成过程。通过采用SYNDITE聚晶金刚石刀具对Al_2O_3颗粒表层强化复合地板的切削加工实验,验证了理论分析的正确性。研究表明聚晶金刚石刀具铣削Al_2O_3表层强化复合地板的过程中,刀具的磨损特征主要由沿晶磨损和解理磨损组成。并且,理论和实验结果表明刀具的磨损特征受到金刚石晶粒尺寸的影响。粗粒度聚晶金刚石易产生解理磨损形貌,细粒度的聚晶金刚石易产生沿晶磨损形貌。同时,研究表明微观裂纹特征对聚晶金刚石刀具的磨损起着重要的作用。

基于ELID磨削与抛光技术的PDC加工工艺研究

针对聚晶金刚石复合片(PDC)在加工过程中硬度高、精度低等难题,在半精磨阶段采用ELID磨削技术对其进行加工试验以研究其去除机理及存在的缺陷。为解决ELID磨削PDC存在的缺陷,在精加工阶段对PDC进行了抛光试验。通过采用二次通用旋转组合方法对影响PDC表面粗糙度的各工艺参数进行抛光试验设计。首先利用DPS数据处理系统软件对试验结果进行分析得到PDC表面粗糙度二次回归数学模型及各工艺参数对PDC表面粗糙度的单因素和交互作用影响规律。然后利用lingo软件优化得到PDC抛光最佳工艺参数为抛光压力80 kPa,抛光盘转速1 200r/min,抛光液磨粒粒度2μm,抛光时间45 min,并在此最佳工艺参数下抛光PDC获得表面粗糙度为15 nm的已加工表面。

关于聚晶金刚石刀具粗磨和精磨的机理分析与研究

研究了PCD刀具刃磨工艺和刃磨机理,建立了PCD刀具刃磨机理及相应的刃磨模型。实验结果表明在粗磨过程中,占主导作用的去除机理,是砂轮中金刚石磨粒对PCD刀具金刚石层的机械切除(磨除);在精磨过程中,占主导作用的去除机理,是砂轮中金刚石磨粒对PCD刀具金刚石层的摩擦作用去除。

聚晶金刚石刀具低温冷却铣削C/SiC磨损机理

采用聚晶金刚石(PCD)刀具对C_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行干式和低温冷却铣削试验,获得了PCD刀具在干式和低温冷却铣削条件下的前刀面和后刀面磨损形貌,测得了不同铣削长度所对应的主切削力和后刀面磨损量,分析了PCD刀具在不同铣削条件下的磨损机理及寿命可靠性。研究表明:在低温冷却条件下,PCD刀具以磨粒磨损为主要磨损机理,失效表面存在明显沟槽磨损和大量长条状划痕;而在干式铣削条件下,PCD刀具以磨粒磨损和局部氧化磨损为主要磨损机理,失效表面呈现均匀的磨损带;低温冷却使PCD刀具有效使用寿命提高约100%。

金刚石刀具刃磨技术研究现状

介绍了金刚石晶体及刀具的特点,对国内外关于金刚石刀具研磨各向异性及研磨机理研究的发展进行了综述,同时从研磨机床特性及研磨工艺两方面总结了影响金刚石刀具机械研磨质量的因素。最后提出了金刚石刀具研磨机理及研磨技术需要进一步研究和解决的一些问题。

机械研磨单晶金刚石刀具前刀面精度

为提高金刚石刀具的精度,理论分析机械研磨法加工金刚石前刀面的模型,并实验研究研磨盘表面质量和研磨晶向对金刚石刀具前刀面粗糙度的影响。结果表明:研磨盘经过充分平整后,刀具前刀面的粗糙度R_a由1.308 nm下降到0.920 nm。在(110)晶面精细研磨时,<100>晶向研磨后的表面粗糙度为0.540 nm,<110>晶向研磨后的表面粗糙度为0.430 nm,实现了对金刚石刀具的精密研磨。