PCD刀具磨削机理及刃磨工艺研究

摘要

聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond)是一种理想的刀具材料，自上世纪70年代出现以来，用其制作的刀具凭借极高的硬度和出色的耐磨性，迅速在汽车、航空和木材加工领域获得了广泛的应用，在切削技术的发展过程中起着重要的推动作用。目前，金刚石砂轮磨削加工依然是PCD刀具的主要成型方法，但是该工艺同样存在磨削效率低、刃磨质量相对较差、加工成本高等缺陷，尤其是刃磨质量相对较差，已成为其在精密和超精密加工领域进一步推广应用的一大障碍。鉴于此，本论文以晶体结构学和材料断裂性能为理论基础，基于PCD刀具的微观磨削形貌，对其磨削机理和刃磨质量影响因素进行了深入的研究，研究结果对全面了解PCD的去除形式、改进PCD刀具的磨削工艺和提高PCD刀具的刃磨质量具有一定的指导意义。 首先，本文采用合理的腐蚀清洗方法，去除了覆盖在磨削表面的粘结物和粘结剂Co，获得了清晰真实的PCD磨削表面形貌。在此基础上，通过对不同磨削条件下PCD磨削表面微观形貌的分析，按产生机理的不同将PCD的去除形式分为微细破碎、沿晶破碎、疲劳去除、刻划作用、滑擦作用和机械热化学去除六种。进而结合磨削参数，详细介绍了每种去除形式的典型形貌、形成机理及产生条件。最后，以磨削机理为理论依据，通过对PCD刀具后刀面和刃口形貌的对比分析，系统研究了磨削液、砂轮转速及磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响规律。研究结果表明：磨削液和磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响规律相似，当去除形式以微细破碎为主时，磨削液和较大的磨削压力会增大磨削表面的粗糙度，当去除形式以滑擦作用为主时，两者对磨削表面质量的影响并不明显，同时两者都能增大刀具的刃口锯齿度；而随着磨削速度的增大，PCD刀具后刀面粗糙度和刀具刃口锯齿度都显示出先增大后减小的趋势，在中速下可以得到最好的刀具刃磨质量。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1 PCD刀具简介

1.2.PCD刀具的刃磨

1.3本课题的研究现状

1.4本课题的主要研究工作

2试验设备与试验过程

2.1试验设备与磨削工艺

2.2 PCD复合片的选取

2.3磨削试验过程

2.4试样的腐蚀处理

3金刚石的解理和疲劳现象

3.1单晶金刚石的解理

3.2单晶金刚石和PCD的疲劳现象

4.PCD磨削机理研究

4.1 PCD的微细破碎

4.2 PCD的沿晶破碎

4.3疲劳去除

4.4刻划作用

4.5滑擦作用

4.6砂轮磨削时PCD的热化学反应

4.7本章小节

5 PCD刀具刃磨质量影响因素研究

5.1磨削液对PCD刀具刃磨质量的影响

5.2磨削速度对PCD刀具刃磨质量的影响

5.3磨削压力对PCD刀具刃磨质量的影响

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢