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,難以實現(xiàn)其超精密加工,因此屬于典型的難加工材料。國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作,但研究重點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)定性和對其耐磨損性能的評價等材料學(xué)研究領(lǐng)域,對其材料去除機(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程的簡化模型,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)行單顆磨粒切削實驗,分析了晶粒度、砂輪線速度、工件速度、切削深度對切削力的影響。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。實驗還發(fā)現(xiàn)對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切削力的影響程度是極顯著性相關(guān),工件速度對切削力則為一般性相關(guān)。通過超景深顯微系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡對劃痕形貌從宏觀到微觀展開研究。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)合金劃痕表面沒有微觀裂紋和凹坑,普通硬質(zhì)合金劃痕表面可見明顯裂紋與凹坑。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)部位錯密度得以提高,當(dāng)位錯密度積累到臨界值時,就會在硬質(zhì)相上形成微觀裂紋。隨著切削深度的增加,微觀裂紋就會沿著硬質(zhì)相晶界直接擴(kuò)展產(chǎn)生顯微脆斷,形成可見切屑。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塑性-脆性臨界轉(zhuǎn)變切削深度展開研究,驗證了現(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驗原理圖Fig. 0.1 Experimental principle of single abrasive particle cutting國外，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，通過模型對單顆磨粒的切削力進(jìn)行預(yù)報，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，同時還基于二維平面切削模型對單顆磨粒在切削加工過程中的工件溫度、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比后認(rèn)為三棱錐是最接近真實單顆磨粒的物理模型，同時對磨粒形狀、切削能耗、工件表面加工質(zhì)量三者及其相互的聯(lián)系開展了深入的研究。都柏林圣三一學(xué)院的 Badger[10]對現(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，三維立體模型雖然計算要更為復(fù)雜但精度也會更高。達(dá)爾豪斯大學(xué)的 Anderson[11-12]通過有限元數(shù)值仿真技術(shù)對單顆磨粒切削實驗進(jìn)行了虛擬仿真，結(jié)果表明單顆磨粒在切削過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展了單顆磨粒切削實驗，結(jié)果表明在單顆磨

各個階段的材料去除機(jī)理。最后基于物相分析對掃描電子顯微鏡進(jìn)行驗證。4）基于三維表面輪廓法來確定臨界轉(zhuǎn)變點，再通過超景深光學(xué)顯磨粒切削的臨界轉(zhuǎn)變深度，對現(xiàn)有硬脆材料臨界轉(zhuǎn)變深度模型進(jìn)顆磨粒切削實驗平臺顆金剛石磨粒切削硬質(zhì)合金的實驗平臺如圖 2.2 所示。其中單顆分組成，分別為砂輪盤、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，夾具通過內(nèi)六角螺栓固定儀則通過平面磨床的磁力吸附在工作臺表面，測力儀與信號放大大器將所采集到的信號進(jìn)行降噪濾波后再對信號進(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)，其主要用于對磨粒磨損狀態(tài)和劃痕形貌進(jìn)

的正交實驗表并對因素水平完成配列；分析法和方差分析法完成對實驗結(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實驗結(jié)果影響程度大小。切削力信號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)，主要通過瑞士生產(chǎn)的 Kistler9257B 型壓.3 所示。其工作原理是首先通過壓電晶體測力儀號放大器中。信號放大器會對切削力信號進(jìn)行去傳入計算機(jī)中。在實驗過程中設(shè)置儀器的采樣頻度和強度均較高，考慮到會對金剛石磨粒產(chǎn)生磨前準(zhǔn)備好出露高度、錐角等形貌特征近似的磨粒，在測量切削力過程中，需要對每組磨削加工參組測量結(jié)果取平均進(jìn)行記錄分析。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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