畢業(yè)論文：新型金剛石磨盤的加工性能評價

本科畢業(yè)設(shè)計論文

新型金剛石磨盤的加工性能評價

專 業(yè): 機械工程及自動化
所在學(xué)院: 機電及自動化學(xué)院

摘 要
利用基于電磁懸浮熔煉技術(shù)的實驗裝置，在保護氣體中高溫懸浮熔煉合金，并在重力作用下使合金滴落在排布有金剛石的載物臺上，在短時間內(nèi)反應(yīng)結(jié)合。以這種方式減少金剛石受到的熱損傷，加強合金對金剛石的把持力，提高了金剛石磨具的機械加工性能。采用銑削方式評價新連接方式金剛石磨具，針對磨耗實驗要求設(shè)計相應(yīng)的金剛石磨具和磨耗實驗平臺，并對金剛石磨粒的形貌狀態(tài)跟蹤觀察，統(tǒng)計分析實驗結(jié)果，得知金剛石磨粒在磨耗過程中一般有五種狀態(tài)出現(xiàn)：完整、磨平、微觀破碎、宏觀破碎、斷裂，而且不是每顆金剛石磨粒都會出現(xiàn)全部五種狀態(tài)，金剛石磨粒形貌變化呈隨機分布。大部分金剛石磨粒會在經(jīng)過一定階段磨耗之后以宏觀破碎和斷裂兩種狀態(tài)失效。由此得出：對比其它方式制備的金剛石磨具，新連接方式金剛石磨具具有對金剛石把持力強等優(yōu)點，而且具有更優(yōu)秀的機械加工性能。
關(guān)鍵詞: 金剛石 電磁懸浮熔煉 磨耗評價 磨粒形貌






























Abstract
Used an e*perimental facility based on electromagnetic suspension smelting technology to smelting suspending metal in the high temperature under the protection of gas, and make the suspended melting alloy dropped on the matri* where on arrangement of the diamonds, in a short time, reaction combined. In this way, reduce heat damage by diamond, stre
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結(jié)合試樣制備過程9
2.2.3 新連接方式金剛石磨具結(jié)構(gòu)設(shè)計10
2.2.4 新連接方式金剛石磨具制備11
2.3 基于真空釬焊技術(shù)實驗裝置簡介11
2.3.1 真空釬焊技術(shù)11
2.3.2 釬焊爐加熱工藝12
2.4 釬焊方式金剛石磨具制備13
2.5 本章小結(jié)14
第三章 金剛石磨具磨耗實驗條件15
3.1 金剛石磨具磨耗實驗方案的確定15
3.1.1 磨耗實驗平臺設(shè)計方案的確定15
3.1.2 磨耗實驗平臺零部件的選用16
3.2 金剛石磨具磨耗實驗17
3.2.1 實驗原理及目的17
3.2.2 實驗設(shè)備與內(nèi)容17
3.2.3 實驗過程19


3.3 本章小結(jié)20
第四章 金剛石磨具磨耗實驗結(jié)果及分析21
4.1 新連接方式金剛石磨具磨耗實驗結(jié)果及分析21
4.1.1 新連接方式金剛石磨具磨耗結(jié)果21
4.1.2單顆金剛石磨粒磨耗狀態(tài)跟蹤分析22
4.1.3 金剛石磨粒狀態(tài)變化統(tǒng)計結(jié)果分析25
4.1.4 工件材料去除狀態(tài)28
4.1.5 新連接方式金剛石磨具的機械加工性能29
4.2 真空釬焊方式金剛石磨具磨耗結(jié)果及分析29
4.3 本章小結(jié)30
第五章 結(jié)論與展望31
5.1 結(jié)論31
5.2 展望31
致謝33
參考文獻34


第一章 緒 論
1.1 金剛石磨具的發(fā)展現(xiàn)狀及前景
1.1.1 磨料磨具簡介
磨具按原料來源分類，有天然金剛石磨具和人造磨具兩類。
機械工業(yè)中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結(jié)構(gòu)特征區(qū)分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦(以上統(tǒng)稱固結(jié)磨具)和涂附金剛石磨具五類。此外，習(xí)慣上也把研磨劑列為磨具的一類。固結(jié)磨具按所用磨料的不同，可分為普通磨料固結(jié)磨具和超硬磨料固結(jié)磨具。前者用剛玉和碳化硅等普通磨料，后者用金剛石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，還有一些特殊品種，如燒結(jié)剛玉磨具等。普通磨料固結(jié)磨具是由結(jié)合劑將普通磨料固結(jié)成一定形狀，并具有一定強度的磨具。
磨料、結(jié)合劑和氣孔這三部分稱為固結(jié)磨具的三要素。磨料在磨具中起切削作用。結(jié)合劑是把松散的金剛石磨料固結(jié)成磨具的材料，有無機的和有機的兩類。無機結(jié)合劑有陶瓷、菱苦土和硅酸鈉等；有機的有樹脂、橡膠和蟲膠等。其中最常用的是陶瓷、樹脂和橡膠結(jié)合劑。氣孔在磨削時對磨屑起容屑和排屑作用，并可容納冷卻液，有助于磨削熱量的消散。為滿足某些特殊加工要求，氣孔內(nèi)還可以浸漬某些填充劑，如硫黃和石蠟等，以改善磨具的使用性能。這種填充劑，也被稱為磨具的第四要素。表示普通磨料固結(jié)磨具特征的項目有：形狀、尺寸磨金剛石料、粒度、硬度、組織和結(jié)合劑。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，從磨具表面脫落的難易程度，它反映了結(jié)合劑把持磨粒的強度。磨具的硬度主要取決于結(jié)合劑加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易脫落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等級一般分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬和超硬七大級，從這些等級中還可再細分出若干小級。測定金剛石磨具硬度的方法，較常用的有手錐法、機械錐法、洛氏硬度計測定法和噴砂硬度計測定法[1]。?
在磨削加工中，若被磨工件的材質(zhì)硬度高，一般選用硬度低的磨具；反之，則選用硬度高的磨具。
超硬磨料固結(jié)磨具主要是由金剛石、立方氮化硼等與結(jié)合劑固結(jié)成的磨具。由于金剛石、立方氮化硼的價格高、具有很好的耐磨性能，用它們制造的固結(jié)磨具與普通磨料固結(jié)磨具不同，除超硬磨料層外，還有過渡層和基體。超硬磨料層是起切削作用的部分，由超硬金剛石磨料和結(jié)合劑組成�；w是在磨削中起支托作用的，由金屬、電木或陶瓷等材料組成。過渡層用于連接基體和超硬磨料層，由結(jié)合劑構(gòu)成，有時也可省去。常用的結(jié)合劑有樹脂、金屬、電鍍金屬和陶瓷等。?
金屬結(jié)合劑磨具的制造工藝有粉末冶金法和電鍍法兩種，主要用于超硬磨料固結(jié)磨


具。粉末冶金法以青銅等為結(jié)合劑，混料后采用熱壓或在室溫條件下加壓成型，然后燒結(jié)加工。電鍍法以鎳或鎳鈷合金等為電鍍金屬，按電鍍工藝將磨料固結(jié)在基體上，制成磨具。特殊品種的磨具有燒結(jié)剛玉磨具和纖維磨具等。燒結(jié)剛玉磨具是用氧化鋁微粉和適量的氧化鉻混合、成型，在1800℃左右燒結(jié)制成。這種磨具結(jié)構(gòu)緊密，有較高強度，主要用于加工鐘表、儀表等零件[2]。
1.1.2 國外金剛石磨具的發(fā)展?fàn)顩r
近年來，金剛石磨具在石材加工工業(yè)所有領(lǐng)域中的應(yīng)用穩(wěn)步地增長。這一增長的動力主要是來自金剛石合成技術(shù)、工具制造技術(shù)和機床設(shè)計的改進和完善，使成本得到全面降低。這些改進使石材的利用率和產(chǎn)量從初始的開采階段到最終的加工都得到明顯的提高。同時，金剛石磨具技術(shù)的進步也全面影響了金剛石消費量的增加，并使各種現(xiàn)行的和最新開發(fā)的加工工藝代替了傳統(tǒng)的磨具。
1872年，在美國出現(xiàn)了用天然磨料與粘土相結(jié)合燒成的陶瓷砂輪；1900年前后，人造磨料問世，采用人造磨料制造的各種磨具相繼產(chǎn)生，為金剛石磨削和磨床的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。此后，天然磨具在磨具中所占比例逐漸減少。?1954年在美國合成了人造金剛石，1957年又合成了立方氮化硼(CBN)，人造金剛石和CBN合稱為超硬材料，作為磨料也稱為超硬磨料。?用人造金剛石制成的鋸片 、磨塊等磨具為石材加工業(yè)開辟了廣闊前景，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪在汽車、軸承、航空航天工業(yè)中更得到了廣泛的應(yīng)用.人造金剛石和CBN的聚晶、拉絲模及復(fù)合片為鉆頭和刀具的制造創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間。
1.1.3 國內(nèi)金剛石磨具的發(fā)展?fàn)顩r
我國的磨料磨具工業(yè)在1948年以前，只有一個由日本人在東北蘇家屯1942年建的作坊式小廠，名“株式會社滿洲吳制砥所”，即后來的“第一砂輪廠”(現(xiàn)已破產(chǎn))，當(dāng)時采用泥漿澆鑄成型，上世紀(jì)50年代，在蘇聯(lián)專家?guī)椭聫U除了澆注法，完全改用半干料壓型法，后來我們發(fā)現(xiàn)到60年代瑞士仍有泥漿澆鑄成型的砂輪出口，我國第二砂輪廠(現(xiàn)白鴿股份)也還一直有部分澆注法成型的產(chǎn)品，可能泥漿澆鑄成型的砂輪在制造細粒度磨螺紋砂輪等產(chǎn)品上仍有一定的特點。1963年我國研制成功人造金剛石，此后又合成了CBN，并且研制出金剛石合成設(shè)備，其總壓力從最初的3600噸已發(fā)展到目前的22000噸，現(xiàn)每年生產(chǎn)超硬材料約45億克拉；各種超硬材料制品，如聚晶、復(fù)合片、拉絲模、鋸片、鉆頭、刀具、各種砂輪和滾輪等也有很大產(chǎn)量，特別是陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪現(xiàn)在有很快的發(fā)展趨勢。每年出口超硬材料約10多億克拉，出口各種超硬材料制品約15000噸。?自改革開放以后我國的涂附磨具生產(chǎn)也有了極大的發(fā)展變化，從主要生產(chǎn)頁狀產(chǎn)品轉(zhuǎn)向引進技術(shù)發(fā)展品種，目前已能生產(chǎn)一些高檔砂袋和各種不同類型涂附磨具制品；每年出口涂附磨具產(chǎn)品近4萬噸。?總之，我國研磨行業(yè)有著悠久的歷史淵源。真正意義上的研磨行業(yè)經(jīng)過近代幾十年的發(fā)展，到目前我國也已是一個磨料磨具工業(yè)生

產(chǎn)和消費大國，但對高端磨料產(chǎn)品和特殊磨具品種的研制還與國外存在一定的差距，因此這還需要國內(nèi)行業(yè)同仁付出一定的努力，完成我國從磨料磨具大國向磨料磨具強國的轉(zhuǎn)變。
1.2金剛石磨具評價方法簡介
目前常用的金剛石工具主要有電鍍和粉末燒結(jié)兩種方式，金剛石顆粒主要依靠結(jié)合劑材料的機械夾持力鑲嵌于結(jié)合劑中，由于把持力低，在硬脆材料加工中金剛石易脫落，極大影響了金剛石工具性能優(yōu)勢的發(fā)揮。近年來國內(nèi)外學(xué)者提出用高溫釬焊法制作單層金剛石工具，通過釬料和金剛石之間的化學(xué)冶金結(jié)合來實現(xiàn)釬料對金剛石高的結(jié)合強度，已有的研究主要集中在釬焊工具的制備工藝、金剛石界面的微結(jié)構(gòu)等方面，而對釬 ……（未完，全文共22292字，當(dāng)前僅顯示4009字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：新型金剛石磨盤的加工性能評價》）