本文選題：金剛石磨損去除 + 鐵系金屬材料��； 參考：《吉林大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：金剛石作為自然界一種特殊的材料,以其獨(dú)特的機(jī)械、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等諸多方面的性能,在眾多領(lǐng)域中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同時(shí),幾乎所有的金剛石元件,都需要被加工成所要求的尺寸和結(jié)構(gòu),因此,如何高效、高質(zhì)量、低成本的加工出所需的金剛石零件成為學(xué)術(shù)界研究的熱門(mén)內(nèi)容。目前,現(xiàn)有的加工金剛石的方法主要有:化學(xué)氣相沉積法、微刻蝕和拋光等方法,但是這類(lèi)方法均存在著如加工效率低、工藝方法復(fù)雜、成本高等不足,因此,需要研究一種加工金剛石的方法,以克服上述不足。眾所周知,金剛石刀具在加工鐵系金屬材料時(shí),金剛石刀具在高溫高壓下會(huì)發(fā)生劇烈的磨損,那么以此為依據(jù),將鐵系金屬材料作為加工工具來(lái)加工金剛石工件,在理論上是可行的。本文旨在提出并研究一種將鐵系類(lèi)金屬材料作為加工工具,對(duì)金剛石材料進(jìn)行逆向磨損去除的加工方法,以最終獲得所定義的金剛石工件的尺寸和結(jié)構(gòu)。因此,本文對(duì)金剛石材料逆向磨損去除加工做了初步的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,主要內(nèi)容如下:1.評(píng)述了現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積法、微刻蝕和拋光等用于加工金剛石材料的方法,介紹了金剛石作刀具的磨損機(jī)理及控制方法以及Nakamoto教授和Brinksmeier教授的研究工作。2.從分子動(dòng)力學(xué)角度對(duì)金剛石材料逆向磨損去除加工進(jìn)行了模擬分析。提出并分析了工件“表面織構(gòu)”及其“尺寸效應(yīng)”對(duì)加工過(guò)程的影響,研究表明被加工工件材料的原子尺寸大小和表面粗糙度值的大小決定了工件的表面織構(gòu),工件表面越粗糙,表面織構(gòu)的“尺寸效應(yīng)”亦即對(duì)加工過(guò)程的影響就越明顯;通過(guò)觀察模擬的切削過(guò)程,分析了逆向磨損去除加工過(guò)程中金剛石工件和加工工具材料內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程和規(guī)律,以及切削力的變化過(guò)程,并以此為依據(jù)從分子動(dòng)力學(xué)的角度揭示了逆向磨損去除加工中金剛石工件的材料去除機(jī)制;通過(guò)改變切削工藝參數(shù),對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)仿真,揭示了切削工藝參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律。3.設(shè)計(jì)并研制了一種用于測(cè)量嵌入式微小型工件切削量的測(cè)量裝置,該裝置用于測(cè)量金剛石工件的材料去除量,進(jìn)而可計(jì)算出單位時(shí)間的材料去除率。提出了通過(guò)測(cè)量位移的變化量來(lái)測(cè)量材料去除量的測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了裝置的整體結(jié)構(gòu)和布局,設(shè)計(jì)或選擇了測(cè)量裝置的相關(guān)元件,并對(duì)該裝置的關(guān)鍵元件進(jìn)行了有限元分析,以證明設(shè)計(jì)的合理性。在完成搭建測(cè)量系統(tǒng)后,對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該裝置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,能夠完成金剛石工件材料去除量的測(cè)量工作。4.研究了金剛石材料逆向磨損去除加工中加工過(guò)程的影響因素及其規(guī)律。主要針對(duì)加工工具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和切深等切削工藝參數(shù),以及不同的鐵系金屬材料對(duì)金剛石工件的材料去除率、切削力和表面粗糙度的影響規(guī)律。研究表明加工工具轉(zhuǎn)速的大小對(duì)金剛石工件的材料去除率影響是十分顯著的,以45#鋼作為加工工具,當(dāng)加工工具轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí),金剛石工件的材料去除率較小,僅為0.001mm/min,而當(dāng)加工工具轉(zhuǎn)速為2000r/min和3000r/min,金剛石工件的材料去除率分別可達(dá)到0.037mm/min和0.059mm/min。加工時(shí)要選擇較低進(jìn)給量(f=0.001mm/r)和較小的切深(dc=0.03mm),以防止損壞金剛石工件;對(duì)比了20#鋼、45#鋼和T10鋼對(duì)金剛石材料去除率的影響。研究結(jié)果表明:20#鋼無(wú)法對(duì)金剛石工件實(shí)現(xiàn)有效的去除,T10鋼僅適用于切深較小的工況(dc=0.01mm),其在此工況下所獲得的金剛石工件的材料去除率略小于45#在切深dc=0.03mm的材料去除率;所測(cè)得的切削力呈明顯的周期性變化,其周期的數(shù)值等于主軸的回轉(zhuǎn)頻率的數(shù)值,說(shuō)明這一現(xiàn)象是由機(jī)床主軸的幾何精度和誤差等因素引起的,同時(shí)這一現(xiàn)象也會(huì)影響被加工的金剛石工件的精度;針對(duì)45#鋼和T10鋼兩種鐵系金屬材料,對(duì)所加工的金剛石工件的表面粗糙度的影響進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明:以T10鋼作為加工工具時(shí),由于其切深較小,所加工的金剛石工件的表面粗糙度略?xún)?yōu)于以45#鋼作為加工工具時(shí)的情況。同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了多次加工可提高工件的表面質(zhì)量。5.通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,揭示了含有H原子的物質(zhì)作為獨(dú)立輔助介質(zhì)對(duì)逆向磨損去除加工中加工過(guò)程的影響。根據(jù)不同的含有H原子的物質(zhì)的屬性,選擇水蒸汽和H2O2作為實(shí)驗(yàn)所用的含有H原子的輔助介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了在加工金剛石的過(guò)程中,在切削區(qū)域注入大量的高溫水蒸汽,可以顯著提高金剛石的材料去除量和材料去除率,亦即驗(yàn)證了含有H原子的輔助介質(zhì)可以提高逆向磨損加工中金剛石工件的材料去除率。注入水蒸汽后,在加工工具轉(zhuǎn)速為1000r/min、2000r/min和3000r/min時(shí),金剛石工件的材料去除率分別為0.004mm/min、0.051mm/min和0.082mm/min,與未加入輔助介質(zhì)的情況相比,分別提高了3倍、37.84%和38.98%。同時(shí),在注入水蒸汽后,金剛石工件的表面粗糙度的值也略有降低為0.468μm。小劑量的H2O2對(duì)金剛石工件的材料去除量和去除率影響很小,大劑量的H2O2是否對(duì)金剛石逆向磨損去除加工的加工過(guò)程有影響有待進(jìn)一步驗(yàn)證。本文將為金剛石逆向磨損去除加工提供基本的工藝?yán)碚?為提高金剛石的材料去除率提供新的基本方法,為加工金剛石材料提供一種高效低成本的方法,對(duì)于創(chuàng)新性的解決金剛石材料的加工有重要意義。
[Abstract]:This paper presents and studies the process of removing the diamond workpiece from the angle of molecular dynamics . The effect of machining tool rotating speed on the removal rate , cutting force and surface roughness of diamond workpiece is studied . The results show that the material removal rate of diamond workpiece is 0.037mm / min and 0.059mm / min . The results show that the material removal rate of diamond workpiece can be 0.037mm / min and 0.059mm / min . The results show that the machining tool speed is 2000r / min and 3000r / min . At the same time , after injecting water vapor , the surface roughness of diamond workpiece is reduced to 0.468 渭m . The effect of small dose H2O2 on the removal and removal rate of diamond workpiece is very small .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ163

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本文編號(hào)：1877632