聚晶金刚石刀具刃磨工艺与切削性能的研究

摘要

随着现代工业和科学技术的飞速发展，聚晶金刚石刀具以其优良的性能在汽车工业、航空航天工业、木材加工行业等领域中得到了广泛的应用。但是其高硬度和良好的耐磨性给其自身的刃磨加工带来了很大的困难，主要体现在磨削效率低和磨削成本高，导致用户难以接受其昂贵的价格。在金刚石砂轮机械刃磨这种方法中，金属、树脂、陶瓷三种结合剂的金刚石砂轮在刃磨PCD刀具时由于磨削机理不同，对刀具刃磨质量的影响也不相同，因此砂轮的选取具有一定的盲目性。PCD刀具是目前切削有色金属的理想刀具之一，其几何参数的选取与普通刀具有所不同，给使用者带来了一定的困惑。基于以上几点原因，本论文对PCD刀具的刃磨工艺与切削性能进行了较为深入的研究，为PCD刀具在生产实践中的应用提供一定的指导意义。 首先，通过金刚石砂轮刃磨聚晶金刚石材料的正交试验，对各刃磨工艺参数对磨除率和磨耗比的影响作了系统的研究，并建立了磨除率和磨耗比的回归方程。其次，采用扫描电子显微镜观察不同结合剂金刚石砂轮刃磨PCD刀具的刃口微观形貌，分析了砂轮结合剂对PCD刀具刃磨质量的影响，同时通过切削铝合金和铜合金的试验，研究了砂轮结合剂和切削参数对工件表面粗糙度的影响，结果表明，陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨的PCD刀具刃口锯齿度较小，后刀面光洁度较好，加工工件表面质量最好。之后，在单因素的切削试验中分别改变PCD刀具的前角、后角、刀尖圆弧半径三个几何参数，采用Kistler测力仪获取三向切削力，根据大量的试验数据分析了刀具几何参数对铝合金加工过程的影响。最后，介绍了适用于等间距序列的灰色预测模型GM(1，1)的建模步骤，并对未来几年中国人造金刚石的产量进行了预测。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1超硬材料PCD刀具

1.1.1刀具材料的发展

1.1.2 PCD刀具的性能特点

1.1.3 PCD刀具的制造工艺

1.1.4 PCD刀具的应用现状与发展趋势

1.2有色金属的切削加工

1.2.1有色金属的应用及前景展望

1.2.2 PCD刀具加工有色金属的优越性

1.3本课题的研究现状

1.3.1 PCD刀具刃磨工艺的研究现状

1.3.2 PCD刀具几何参数对其切削性能影响的研究现状

1.4本课题的主要研究工作

2 PCD刀具的刃磨工艺研究

2.1 PCD刀具的金刚石砂轮刃磨工艺[19]

2.1.1刃磨加工机理

2.1.2刃磨工艺流程

2.2基于正交试验的PCD材料磨除率与磨耗比的研究

2.2.1正交试验的条件与方法

2.2.2试验结果的极差分析、方差分析与回归分析

2.2.3试验结论

2.3砂轮结合剂对PCD刀具刃磨质量的影响

2.3.1三种结合剂砂轮的性能特点

2.3.2微观形貌分析

2.4本章小节

3 PCD刀具刃磨质量对其切削性能的影响

3.1 PCD刀具的设计

3.1.1刀具材料的选择

3.1.2刀具几何参数与结构的设计

3.2 PCD刀具切削铸造铝合金的试验

3.2.1材料特点与试验方法

3.2.2砂轮结合剂及干湿切削对工件表面粗糙度的影响分析

3.3 PCD刀具切削变形铝合金的试验

3.3.1试验材料与切削参数

3.3.2砂轮结合剂与切削参数对工件表面粗糙度的影响分析

3.4 PCD刀具切削铅黄铜的试验

3.4.1材料特点与切削参数

3.4.2砂轮结合剂与切削参数对工件表面粗糙度的影响及其回归分析

3.5基于正交试验的砂轮结合剂与切削参数对工件表面粗糙度的影响研究

3.5.1正交试验的条件与方法

3.5.2试验结果的极差分析

3.6本章小结

4 PCD刀具几何参数对铝合金加工过程的影响

4.1 PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

4.1.1试验材料与切削参数

4.1.2刀具前角对切削力的影响

4.1.3刀具后角对切削力的影响

4.1.4刀具刀尖圆弧半径对切削力的影响

4.2 PCD刀具几何参数对工件表面粗糙度的影响

4.2.1刀具前角对工件表面粗糙度的影响

4.2.2刀具后角对工件表面粗糙度的影响

4.2.3刀具刀尖圆弧半径对工件表面粗糙度的影响

4.3 PCD刀具刀尖圆弧半径和切削深度对切削分力大小关系的影响

4.4本章小结

5基于灰色理论的中国人造金刚石产量的预测

5.1灰色预测模型简介[66-68]

5.2灰色预测模型的应用

5.3中国人造金刚石工业的发展战略

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢