超細(xì)晶硬質(zhì)合金相比普通硬質(zhì)合金具有更高的硬度和強(qiáng)度,已廣泛應(yīng)用于切削刀具、軍工等領(lǐng)域,具有廣闊的市場(chǎng)空間和應(yīng)用前景。硬質(zhì)合金在加工區(qū)域中容易產(chǎn)生裂紋,使得加工表面劣化,難以實(shí)現(xiàn)其超精密加工,因此屬于典型的難加工材料。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作,但研究重點(diǎn)大多集中在如何改善其物理機(jī)械性能、保持其質(zhì)量的穩(wěn)定性和對(duì)其耐磨損性能的評(píng)價(jià)等材料學(xué)研究領(lǐng)域,對(duì)其材料去除機(jī)理及表面加工質(zhì)量尚未有較深入的研究。磨削加工的本質(zhì)就是微刃切削,故而單顆磨粒切削作為砂輪磨削加工過(guò)程的簡(jiǎn)化模型,是一種研究復(fù)雜磨削機(jī)理行之有效的方法。本文主要選用了成分相同但晶粒度不同的普通硬質(zhì)合金和超細(xì)晶硬質(zhì)合金進(jìn)行單顆磨粒切削實(shí)驗(yàn),分析了晶粒度、砂輪線速度、工件速度、切削深度對(duì)切削力的影響。結(jié)果表明切削力隨砂輪線速度增加而減小,隨工件速度增加而增大,隨切削深度增加而增大。相同的磨削工藝下,晶粒度越小的硬質(zhì)合金切削力越大。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)對(duì)切削力影響程度從大到小排列依次為切削深度、砂輪線速度、工件速度。其中切削深度和砂輪線速度對(duì)切削力的影響程度是極顯著性相關(guān),工件速度對(duì)切削力則為一般性相關(guān)。通過(guò)超景深顯微系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡對(duì)劃痕形貌從宏觀到微觀展開(kāi)研究。發(fā)現(xiàn)在劃痕切入階段普通硬質(zhì)合金和超細(xì)晶硬質(zhì)合金表現(xiàn)為輕微劃擦,粘結(jié)相Co在局部涂抹形成光潔區(qū),超細(xì)晶硬質(zhì)合金劃痕表面沒(méi)有微觀裂紋和凹坑,普通硬質(zhì)合金劃痕表面可見(jiàn)明顯裂紋與凹坑。在中間階段,切削力隨切削深度的增加而顯著增大,粘接相更易擠出并發(fā)生塑性變形遷移,切削力作用于劃痕表面的硬質(zhì)相,使硬質(zhì)相內(nèi)部位錯(cuò)密度得以提高,當(dāng)位錯(cuò)密度積累到臨界值時(shí),就會(huì)在硬質(zhì)相上形成微觀裂紋。隨著切削深度的增加,微觀裂紋就會(huì)沿著硬質(zhì)相晶界直接擴(kuò)展產(chǎn)生顯微脆斷,形成可見(jiàn)切屑。超細(xì)晶硬質(zhì)合金晶粒較小,硬質(zhì)相缺陷較小,較難發(fā)生破碎或脫落現(xiàn)象。此外,以現(xiàn)有臨界轉(zhuǎn)變切削深度模型為基礎(chǔ),基于三維表面輪廓法對(duì)塑性-脆性臨界轉(zhuǎn)變切削深度展開(kāi)研究,驗(yàn)證了現(xiàn)有模型的適用性。最后,還發(fā)現(xiàn)普通硬質(zhì)合金比超細(xì)晶硬質(zhì)合金的臨界轉(zhuǎn)變深度更大,說(shuō)明超細(xì)晶硬質(zhì)合金相比普通硬質(zhì)合金要更難加工。要實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶硬質(zhì)合金的高效、低損傷精密加工,與普通硬質(zhì)合金相比往往需要更大的砂輪線速度、更小的工件進(jìn)給速度和切削深度。
【學(xué)位單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG506
【部分圖文】：

圖 0.1 常用單顆磨粒切削加工實(shí)驗(yàn)原理圖Fig. 0.1 Experimental principle of single abrasive particle cutting國(guó)外，伯明翰大學(xué)的 Kopalinsky[7]基于單顆磨粒切削工具提出了二維平面切削模型，通過(guò)模型對(duì)單顆磨粒的切削力進(jìn)行預(yù)報(bào)，結(jié)果表明單顆磨粒所產(chǎn)生的切削合力由作用在磨粒上各切削刃上的平均切削力共同決定，同時(shí)還基于二維平面切削模型對(duì)單顆磨粒在切削加工過(guò)程中的工件溫度、接觸溫度和熱流量及其相互之間的聯(lián)系展開(kāi)深入研究[8]。都柏林圣三一學(xué)院的 Torrance[9]將多種物理模型綜合對(duì)比后認(rèn)為三棱錐是最接近真實(shí)單顆磨粒的物理模型，同時(shí)對(duì)磨粒形狀、切削能耗、工件表面加工質(zhì)量三者及其相互的聯(lián)系開(kāi)展了深入的研究。都柏林圣三一學(xué)院的 Badger[10]對(duì)現(xiàn)有的單顆磨粒切削二維平面模型和三維立體模型進(jìn)行了綜合對(duì)比分析，結(jié)果表明兩種模型均能夠?qū)晤w磨粒切削力進(jìn)行預(yù)報(bào)，三維立體模型雖然計(jì)算要更為復(fù)雜但精度也會(huì)更高。達(dá)爾豪斯大學(xué)的 Anderson[11-12]通過(guò)有限元數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)單顆磨粒切削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了虛擬仿真，結(jié)果表明單顆磨粒在切削過(guò)程中的法向切削力受被加工工件表面應(yīng)變硬化率的影響，法向切削力會(huì)隨著切削速度的增加而增加，切向切削力則隨著切削速度的增加而降低。此外，還以球形和截角形作為單顆磨粒的物理模型開(kāi)展了單顆磨粒切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在單顆磨

各個(gè)階段的材料去除機(jī)理。最后基于物相分析對(duì)掃描電子顯微鏡進(jìn)行驗(yàn)證。4）基于三維表面輪廓法來(lái)確定臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)，再通過(guò)超景深光學(xué)顯磨粒切削的臨界轉(zhuǎn)變深度，對(duì)現(xiàn)有硬脆材料臨界轉(zhuǎn)變深度模型進(jìn)顆磨粒切削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)顆金剛石磨粒切削硬質(zhì)合金的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖 2.2 所示。其中單顆分組成，分別為砂輪盤(pán)、頂弧處粘結(jié)有金剛石磨粒的單顆磨粒塊塊。硬質(zhì)合金工件安裝在專用夾具上，夾具通過(guò)內(nèi)六角螺栓固定儀則通過(guò)平面磨床的磁力吸附在工作臺(tái)表面，測(cè)力儀與信號(hào)放大大器將所采集到的信號(hào)進(jìn)行降噪濾波后再對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大傳入與據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡直接作為計(jì)算機(jī)硬件安裝于主板上，此外的還有手持顯微系統(tǒng)，其主要用于對(duì)磨粒磨損狀態(tài)和劃痕形貌進(jìn)

的正交實(shí)驗(yàn)表并對(duì)因素水平完成配列；分析法和方差分析法完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。果分析中的極差分析方法可以確定各因素主次地各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響程度大小。切削力信號(hào)的采集直觀的反映出單顆磨粒切削普通硬質(zhì)合金 YG12削狀態(tài)，主要通過(guò)瑞士生產(chǎn)的 Kistler9257B 型壓.3 所示。其工作原理是首先通過(guò)壓電晶體測(cè)力儀號(hào)放大器中。信號(hào)放大器會(huì)對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行去傳入計(jì)算機(jī)中。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中設(shè)置儀器的采樣頻度和強(qiáng)度均較高，考慮到會(huì)對(duì)金剛石磨粒產(chǎn)生磨前準(zhǔn)備好出露高度、錐角等形貌特征近似的磨粒，在測(cè)量切削力過(guò)程中，需要對(duì)每組磨削加工參組測(cè)量結(jié)果取平均進(jìn)行記錄分析。
【參考文獻(xiàn)】

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1 原一高;王欣欣;施耀祖;;WC-Co硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)燒結(jié)表面殘余應(yīng)力的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2012年10期

2 言蘭;姜峰;融亦鳴;;基于數(shù)值仿真技術(shù)的單顆磨粒切削機(jī)理[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年11期

3 吳沖滸;聶洪波;肖滿斗;;中國(guó)超細(xì)晶硬質(zhì)合金及原料制備技術(shù)進(jìn)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2012年04期

4 原一高;暢曉振;施耀祖;陸志勇;;超細(xì)硬質(zhì)合金磨削表面殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2011年07期

5 楊逸斐,王興慶,黃英華,何寶山,郭海亮;超細(xì)硬質(zhì)合金燒結(jié)方法與抑制劑的研究[J];上海有色金屬;2004年04期

6 蔡光起,趙恒華,高興軍;高速高效磨削加工及其關(guān)鍵技術(shù)[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2004年11期

7 張家亮;納米技術(shù)在PCB用微鉆中的應(yīng)用[J];印制電路信息;2004年02期

8 馮寶富,趙恒華,蔡光起;單顆磨粒高速磨削45鋼和20Cr鋼的研究[J];現(xiàn)代制造工程;2003年11期

9 馮寶富,趙恒華,蔡光起,金灘;高速單顆磨粒磨削機(jī)理的研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);2002年05期

10 陳明君,張飛虎,董申,李旦;光學(xué)玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2001年04期

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2 言蘭;基于單顆磨粒切削的淬硬模具鋼磨削機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2010年

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2 趙萬(wàn)軍;再生硬質(zhì)合金性能提高及工藝優(yōu)化研究[D];中南大學(xué);2009年

3 陽(yáng)浩;燒結(jié)溫度對(duì)超細(xì)WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金組織和性能的影響[D];西南大學(xué);2008年

4 龍堅(jiān)戰(zhàn);超細(xì)硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑優(yōu)化及燒結(jié)工藝的研究[D];四川大學(xué);2005年

5 雷貽文;晶粒長(zhǎng)大抑制劑對(duì)超細(xì)硬質(zhì)合金性能的影響[D];中南大學(xué);2003年

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