畢業(yè)論文：釬焊微粉金剛石銑磨工具加工工程陶瓷的溫度特性研究

畢 業(yè) 論 文
釬焊微粉金剛石銑磨工具加工工程陶瓷的溫度特性研究

摘要
隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的迅速發(fā)展，具有優(yōu)良性能的工程陶瓷等硬脆性材料的磨削加工技術(shù)己成為普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。銑磨加工作為一種特殊的磨削加工方法,是加工工程陶瓷等硬脆性材料的一種新方法。磨削溫度是銑磨過(guò)程中的主要參數(shù)，反映銑磨過(guò)程的基本特征之一，其大小直接影響銑磨刀具壽命和工件表面質(zhì)量及產(chǎn)生表面的損傷。本論文即是采用自制的釬焊微粉金剛石銑磨工具銑磨加工先進(jìn)陶瓷，并對(duì)這一新加工方法的銑磨加工溫度進(jìn)行研究，探討其溫度特性。通過(guò)用釬焊微粉金剛石銑磨刀具對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行銑磨實(shí)驗(yàn)，采用不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，綜合探討Al2O3陶瓷銑磨加工過(guò)程中的磨削溫度。實(shí)驗(yàn)中采用熱電偶測(cè)溫法測(cè)量Al2O3陶瓷銑磨加工過(guò)程中的磨削溫度。研究結(jié)果表明：Al2O3陶瓷的磨削溫度隨著機(jī)床主軸，工件進(jìn)給速度和切削深度的增大而升高。
關(guān)鍵詞：Al2O3陶瓷，銑磨，溫度，實(shí)驗(yàn)
ABSTRACT
With the rapid development of modern processing technology, the e*cellent properties of engineering ceramics and other brittle materials grinding technology has become the focus of widespread concern. Milling process as a special grinding method is a new method of process engineering ceramics and other brittle materials. Grinding temperature is the main parameters of the milling process to reflect the basic characte
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削溫度研究狀況綜述
1.1.1磨削熱模型的研究進(jìn)展
在陶瓷加工中,使用金剛石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法, 占所有加工工藝的80%[1]。在工程陶瓷材料的磨削過(guò)程中,陶瓷材料的熱導(dǎo)率都非常低，其磨削基本上都采用金剛石砂輪。通常認(rèn)為,工程陶瓷磨削加工過(guò)程中幾乎所有的磨削能均在磨削弧區(qū)轉(zhuǎn)化為熱量,引起磨削溫度的升高。研究表明磨削過(guò)程中的磨削熱主要是由于磨粒與工件間的相互滑擦引起的。磨削區(qū)溫度對(duì)工程陶瓷材料的去除機(jī)理有很重要的影響。所以為了便于進(jìn)行磨削熱的理論分析，建立一個(gè)適當(dāng)?shù)臒崃磕Ｐ褪欠浅Ｖ匾摹?br>國(guó)外發(fā)展概況：1942年,J. C. Jaeger首先提出了移動(dòng)熱源理論,對(duì)于表面切削、磨削過(guò)程來(lái)說(shuō),移動(dòng)熱源模型是一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。1952年,由Outwater和Shaw首先采用Jaeger的移動(dòng)熱源理論,對(duì)熱現(xiàn)象進(jìn)行了解釋,同時(shí)采用了熱電偶測(cè)溫方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)得出只有一部分磨削能像帶熱源一樣,在磨削過(guò)程中作用于工件上。1970年,Des. Ruisseau*和Zerkle擴(kuò)展了Jaeger模型,在熱模型上疊加了冷卻劑在磨削表面的冷卻效果。1974年S.Malkin和Anderson對(duì)金屬材料的磨削熱理論進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,認(rèn)為切屑變形能中的剪切能大約等于每單位體積工件金屬材料的熔化能;幾乎所有的耕犁能和滑移能都以熱能的形式傳入工件,而切屑變形的能量?jī)H有55%傳入工件。這種基于磨削能量分配的研究結(jié)果,得到了許多學(xué)者的承認(rèn)和證實(shí)。1975年Verkerk通過(guò)測(cè)量熱波動(dòng),研究了在磨削中真正的接觸長(zhǎng)度Lc，發(fā)現(xiàn)真正的接觸長(zhǎng)度比所計(jì)算出的幾何尺寸值大得多。1988年Rowe和Pettit采用先前的方法,考慮了冷卻劑和切屑傳遞熱量的因素,以改變作用在磨粒-工件之間的能量分配。1989年Lavine、Malkin和Jen在參考了其它論文后提出熱傳導(dǎo)到砂輪的解決辦法,并引入磨損平面區(qū)域磨削能的分配比值,有效地把所吸收的磨削能分解為所占總熱傳導(dǎo)量的百分?jǐn)?shù)[2]。
國(guó)內(nèi)發(fā)展概況：我國(guó)學(xué)者在磨削熱的理論和實(shí)驗(yàn)2個(gè)方面作了許多有益的工作。1964年,貝季瑤先生考慮到在砂輪與工件的接觸弧上,磨粒的磨削厚度不一致的特點(diǎn),認(rèn)為磨削接觸區(qū)熱源的發(fā)熱功率不可能均勻分布,提出了三角形分布運(yùn)動(dòng)熱源模型的理論,實(shí)踐證明,這個(gè)理論是比較符合實(shí)際的。另外,侯鎮(zhèn)冰、溫小敏、徐鴻鈞和童憲超等人在理論研究方面也做了一些工作[2]。
1.1.2陶瓷磨削溫度研究中的理論分析方法
磨削溫度的求解主要有以下兩種方法[1]: ①基于移動(dòng)熱源理論的近似解析法; ②基于離散數(shù)學(xué)的數(shù)值解法,例如有限元法。
用于高效深切磨削溫度解析法中的熱源模型有圓弧熱源模型[1]。高效深切磨削中,比較常用的是三角形分布熱源模型[3],運(yùn)用該模型計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)的結(jié)果更加接近,因而精度更高。
在復(fù)雜的磨削熱源形狀和復(fù)雜的工件形狀以及反映磨削溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化等方面,有限元法是一種很好的手段。目前,基于試驗(yàn)的陶瓷磨削溫度場(chǎng)三維有限元?jiǎng)討B(tài)仿真是研究的前沿[4]。
1.1.3 陶瓷磨削溫度測(cè)量技術(shù)
磨削的復(fù)雜性使得磨削溫度的研究很大程度上依賴于試驗(yàn)。然而,磨削溫度的測(cè)量到目前為止仍是一項(xiàng)不成熟的技術(shù),目前比較可靠的測(cè)溫方法有熱電偶測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法兩種。
1) 熱電偶測(cè)溫法
到目前為止,熱電偶測(cè)溫法是能夠進(jìn)入磨削區(qū)直接測(cè)量的唯一的方法。
優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量方法直接，且較容易，能夠直接測(cè)量磨削區(qū)的溫度；
缺點(diǎn)：由于陶瓷屬于脆性材料,大切深磨削過(guò)程中材料主要以脆性崩碎方式去除,很難使熱電偶薄膜在加工中形成良好接觸,因此,熱電偶方法測(cè)量溫度的精度不能保證。在高速高效磨削加工時(shí)工件速度很高,熱源對(duì)熱電偶的作用時(shí)間很短,熱電偶由于本身的熱慣性不可能達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度,這時(shí)熱電偶必須動(dòng)態(tài)標(biāo)定[11,12]。
2) 紅外測(cè)溫法
優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于熱電偶測(cè)溫法，該方法靈敏度高、反應(yīng)速度快。
缺點(diǎn)：該方法的缺點(diǎn)是不能進(jìn)入磨削區(qū)測(cè)量,只能測(cè)到已加工表面上盡可能靠近磨削區(qū)位置的溫度,并且磨削液、氣流以及磨屑都會(huì)對(duì)其造成影響,其系統(tǒng)又較為復(fù)雜,紅外熱像儀價(jià)格也較昂貴。
可見(jiàn),熱電偶測(cè)溫法雖然能夠進(jìn)入磨削區(qū),但其準(zhǔn)確性有待提高;而雙色紅外測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確性高,但不能進(jìn)入磨削區(qū)進(jìn)行測(cè)試。所以,綜合運(yùn)用這兩種方法來(lái)測(cè)試磨削溫度,有可能獲得好的結(jié)果。當(dāng)然,探索新的、準(zhǔn)確的、能夠進(jìn)入磨削區(qū)的
高速高效陶瓷材料磨削溫度的測(cè)試方法是研究重點(diǎn)[8]。如用紅外探測(cè)器收集切屑的熱輻射的方法來(lái)測(cè)量磨削溫度就是一個(gè)創(chuàng)新[7]。
1.1.4陶瓷磨削溫度研究的發(fā)展趨勢(shì)
目前,磨削是工程陶瓷材料最常用的加工技術(shù),為了提高磨削加工的效率、降低加工成本,采用高效磨削加工陶瓷為大勢(shì)所趨。
針對(duì)于陶瓷加工的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，其磨削溫度的研究仍是一個(gè)重大的研究難點(diǎn)。其大致的發(fā)展趨勢(shì)有如下：
1) 磨削溫度在陶瓷材料的高速高效磨削中的作用尚需進(jìn)一步研究,如對(duì)于磨削熱造成的工件和砂輪熱損傷還有待進(jìn)一步驗(yàn)證,同時(shí)對(duì)于磨粒點(diǎn)溫度的測(cè)量和解析也待進(jìn)一步完善。
2) 磨料、工件材料熱特性數(shù)據(jù)庫(kù)的完善。
3) 綜合考慮工件、砂輪磨料、磨削液、磨屑等對(duì)磨削溫度的影響,建立完善的高速高效陶瓷磨削溫度理論模型。
4) 新的、準(zhǔn)確的陶瓷材料高速高效磨削溫度的測(cè)試方法。
5) 能夠綜合反映不同磨削過(guò)程的熱模型及能對(duì)陶瓷磨削溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真軟件的開(kāi)發(fā)。
6) 開(kāi)展智能化陶瓷磨削溫度的研究[9],在加工中控制磨削溫度,以滿足陶瓷高效磨削加工的目標(biāo)。
1.2 陶瓷銑磨研究：
銑磨是一個(gè)相對(duì)較新的概念并且也被越來(lái)越多的人所接受，其大致的定義為：刀具對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，具有磨削加工中多刃切削的特點(diǎn)，同時(shí)又具有和銑削加工相似的加工路線，可以用于曲面，孔，槽的加工，在獲得較高加工效率的同時(shí)，得到良好的加工表面質(zhì)量的加工方法。
目前關(guān)于銑磨的研究還是非常少的，這種加工方式的提出與陶瓷材料的加工密切相關(guān)。眾所周知，由于陶瓷材料的硬度高和高脆性導(dǎo)致其在眾多領(lǐng)域中的運(yùn)用受到了很大的限制。而陶瓷材料的加工方式也相對(duì)較單一，目前運(yùn)用廣泛的加工方法有平面磨削，無(wú)心外圓磨削，內(nèi)圓磨和外圓磨削等。其加工的機(jī)床大部為磨床。但現(xiàn)在各種領(lǐng)域?qū)μ沾刹牧霞庸さ囊笠苍絹?lái)越高，而不僅僅只是加工簡(jiǎn)單形貌的陶瓷工件，陶瓷工件的形狀也日趨復(fù)雜。對(duì)于這種趨勢(shì)，目前的加工方式已經(jīng)慢慢的不能滿足這種需求。銑磨這種加工方式兼顧銑削和磨削的特點(diǎn)，所以在陶瓷材料加工領(lǐng)域有很好的運(yùn)用前景。立式銑磨和臥式銑磨兩種加工方式：
圖1.1立式銑磨加工示意圖 圖1.2臥式銑磨加工示意圖（銑磨盤）

陶瓷材料的加工大部分采用金剛石刀具，其中使用最廣泛的莫過(guò)于金剛石砂輪，所以陶瓷銑磨加工的一個(gè)重點(diǎn)就是刀具。目前陶瓷銑磨研究的重點(diǎn)難點(diǎn)是新型刀具的開(kāi)發(fā)，以上為陶瓷銑磨研究的現(xiàn)狀淺述。
1.3 陶 ……（未完，全文共20665字，當(dāng)前僅顯示3717字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：釬焊微粉金剛石銑磨工具加工工程陶瓷的溫度特性研究》）