【摘要】：超硬磨料具有極高的硬度、耐磨性以及優(yōu)異的磨削性能,越來越多地應(yīng)用到磨削領(lǐng)域,復(fù)雜形面超硬磨料工具是超硬磨料工具家族中精度和復(fù)雜性最高的一類,多用于加工形狀復(fù)雜的精密零件。復(fù)雜形面是指零件的軸截面為直線、斜線、圓弧等形狀單元組合形成的異形面,復(fù)雜形面超硬磨料工具是指由超硬磨料制造的帶有復(fù)雜工作形面的應(yīng)用于磨削、研削等工作的工具。復(fù)雜形面超硬磨料工具的形狀精度是影響加工精度的主要因素之一,如航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪葉片榫槽結(jié)構(gòu),榫槽工作面輪廓度一般在5μm左右,榫槽形狀是非圓曲面,并且榫齒螺距要求在±2.5μm左右。高精度復(fù)雜形面超硬磨料工具一般通過成形加上修形的方法制得,對(duì)復(fù)雜形面的精密修形技術(shù)是制造過程的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此,及時(shí)開展對(duì)復(fù)雜形面超硬磨料工具精密修形技術(shù)的研究,對(duì)提高精密工具制造水平和促進(jìn)其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。本文針對(duì)復(fù)雜形面金剛石工具修形困難的問題,通過理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,開展了對(duì)精密修磨技術(shù)的修磨機(jī)理、復(fù)雜形面修磨方法、精密修磨基本工藝規(guī)律以及應(yīng)用試驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的研究,建立了采用磨削法修磨復(fù)雜形面超硬磨料工具的技術(shù),提升了修形效率和精度。具體研究內(nèi)容如下:1.超硬磨料工具精密修磨機(jī)理研究基于金剛石的物理化學(xué)性質(zhì)以及晶體結(jié)構(gòu),分析了金剛石晶體的解理現(xiàn)象以及現(xiàn)有修形方法的解理形式,結(jié)合不同修形方法的工作原理、修形效率和精度,選擇基于磨削法原理的精密修磨方法;對(duì)磨削法修磨過程進(jìn)行分析,金剛石的磨除方式主要為磨耗磨損以及少量的磨粒微破碎并通過微觀觀察得到驗(yàn)證,對(duì)磨除能量公式進(jìn)行優(yōu)化,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。2.復(fù)雜形面精密修磨方法使用經(jīng)過改裝的光學(xué)引導(dǎo)曲線磨床,實(shí)現(xiàn)了平行圓柱面、圓錐斜面等形狀單元以及復(fù)雜形面組合的修磨;并通過間接測量的方法,采用影像儀和三坐標(biāo)測量儀對(duì)被修磨形面的精度進(jìn)行測量,測量精度可以達(dá)到微米級(jí),歸納總結(jié)出一套完整的復(fù)雜形面精密修磨方法。3.精密修磨基本工藝規(guī)律通過對(duì)修磨機(jī)理的研究得到修磨效率的主要影響工藝因素為金剛石磨料砂輪的粒度、結(jié)合劑以及修磨時(shí)的切深和速度。針對(duì)四個(gè)因素分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),基本工藝規(guī)律如下:金剛石磨料砂輪粒度應(yīng)根據(jù)被修工具選擇,不宜過大或過小;陶瓷結(jié)合劑金剛石磨料砂輪的修磨性能最好、修磨效率最高;修磨切深越大,修磨效率越高,但為了保持精度,切深應(yīng)該根據(jù)修磨余量選擇適當(dāng)?shù)闹?修磨效率隨著修磨速度的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。4.復(fù)雜形面精密修磨技術(shù)應(yīng)用對(duì)軸承單溝道磨削用金剛石滾輪進(jìn)行修磨試驗(yàn),測量結(jié)果顯示圓弧半徑精度可以達(dá)到±0.004mm,圓度0.004mm,臺(tái)階面角度±5′;對(duì)軸承多溝道磨削用金剛石滾輪進(jìn)行修磨試驗(yàn),測量結(jié)果顯示溝間距可以達(dá)到±0.003mm,曲率0.002。試驗(yàn)證明基于磨削法的復(fù)雜形面精密修磨技術(shù)的修磨精度整體可以達(dá)到0.005mm,單一元素精度可以達(dá)到0.003mm,經(jīng)試驗(yàn)證明可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
【圖文】：

料砂輪修形的機(jī)理研究方面，德國的 M.Ken了劃刻和滑動(dòng)現(xiàn)象，金剛石的磨除方式主要掃描電子顯微鏡（SEM）觀測可以發(fā)現(xiàn)絕大和斷裂為主，金剛石隨著磨損加劇逐漸鈍化熱應(yīng)力作用下擴(kuò)散，最終導(dǎo)致材料的脫落。認(rèn)為材料的破壞機(jī)理主要為微觀脆性破碎和利用東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所開發(fā)的電了可以同時(shí)控制三軸加工的電火花線電極磨間隙僅有 1~2μm，機(jī)床的定位精度和靈敏度。同時(shí)對(duì)工件的旋轉(zhuǎn)精度要求也很高，采用了件的更換，可以對(duì)不同形狀的工件進(jìn)行加工頭進(jìn)行加工，表面粗糙度可以達(dá)到 0.15μm，間[21]。

圖 2 CVD 薄膜次表面微觀觀察加堿性溶液的金剛石拋光液對(duì)金剛石進(jìn)行拋光效率較低。R.Ramesham，W.S.Lee，H.Tokura拋光原理示意圖如圖 3 所示，熱化學(xué)拋光加工加熱裝置，，在研磨過程中不斷加熱，高溫狀態(tài)剛石產(chǎn)生石墨化和氧化的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)去除材料圖 3 熱化學(xué)拋光原理示意圖美國發(fā)明，其原理是真空條件下，通過在一個(gè)
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG73

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本文編號(hào)：2654169