超高频感应钎焊单层超硬磨料成形砂轮研制

摘要

单层钎焊超硬磨料砂轮具有磨粒把持强度高、砂轮寿命长以及磨削效率高等优势，在高效磨削中体现出较好的效果，是未来高速高效磨削的重要工具。然而，由于高温钎焊的热过程影响，钎焊超硬磨料砂轮基体的变形严重问题是限制该类砂轮制造技术进一步发展的关键问题。目前，通过采用局部超高频感应加热方法，已可有效改善形面简单的平行砂轮常用的整体加热方法所存在的基体热变形问题，满足了精密磨削需求。但是，该方法还不能应用于工作形面较复杂的成形砂轮制造，还未解决成形砂轮感应加热时存在的形面温度分布不均匀问题，从而限制了钎焊超硬磨料成型砂轮制造质量的提高。
　　针对成形砂轮超高频感应加热时存在的形面温度分布不均匀问题，本文提出将复杂形面简化为其构成要素（凹、凸特征成形面）进行研究，分析不同感应器结构对特征成形面温度分布的影响规律，进而优化设计燕尾槽型成形砂轮钎焊用感应器结构，以实现成形面温度的均匀分布。本文完成的主要研究工作如下：
　　1、将成形砂轮工作曲面简化为凹、凸两类特征成形面进行研究，借助有限元仿真软件，重点分析了不同线圈夹角和导磁体磁轭尺寸对凹面特征成形面温度分布的影响，以及不同线圈结构和线圈夹角对凸面特征成形面温度分布的影响，在提高凹面加热效率的同时降低了凸面加热效率，为燕尾槽型成形砂轮超高频感应钎焊用感应器结构的优化设计提供了数据基础。
　　2、基于以上对特征成形面温度场的研究，重点分析了导磁体长度对成形面温度分布的影响规律，对燕尾槽型成形砂轮钎焊用感应器结构进行了优化设计。采用结构优化的感应器结合超高频连续感应钎焊工艺研制了单层钎焊 CBN成形砂轮，并对焊后砂轮表面形貌以及热变形情况进行评价。结果表明，焊后砂轮表面磨粒仍为有序排布，形面各处钎料分布均匀，无钎料堆积和氧化现象；焊后砂轮基体变形量在13μm以内，可以达到未经历加热过程的电镀CBN砂轮的同等精度。
　　3、采用研制的单层钎焊CBN成形砂轮高效成形磨削TC4钛合金试件，分别从磨削力、磨削温度、试件加工表面尺寸精度和轮廓精度、试件加工表面完整性以及砂轮磨损情况综合评价钎焊砂轮的磨削性能。结果表明，不同磨削用量条件下，磨削力比和磨削温度低，砂轮锋利度高；钛合金试件加工表面尺寸和轮廓精度均满足设计要求；砂轮主要磨损形式为磨耗磨损，未出现磨粒整体破碎或整颗剥落现象，砂轮可以长期保持稳定和优异的磨削性能。

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注释表

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2国内外研究现状

1.3 关于超高频感应钎焊成形砂轮的问题与对策

1.4 本文拟开展的主要工作

第二章 特征成形面感应加热温度场仿真分析

2.1 感应加热基本原理和特点

2.2 有限元仿真模型

2.3 电磁场与温度场耦合计算方法

2.4 凹面感应加热温度场仿真研究

2.5 凸面感应加热温度场仿真分析

2.6 本章小结

第三章 单层钎焊CBN成形砂轮的设计与制作

3.1 燕尾槽型叶片榫头加工要求

3.2燕尾槽成形砂轮感应加热温度场研究

3.3 单层钎焊CBN成形砂轮的制作

3.4 CBN成形砂轮的精度

3.5 本章小结

第四章钛合金直槽试件的高效成形磨削试验

4.1 磨削试验条件与方案

4.2 磨削力

4.3 磨削温度

4.4 钛合金试件尺寸精度与形面轮廓精度分析

4.5 试件加工表面完整性分析

4.6单层钎焊 CBN 砂轮的磨损分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文取得的主要结论

5.2 后续研究工作设想

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文