单晶金刚石研磨方法与机理的研究

摘要

超精密切削是超精密加工中的一个重要领域,它是一项内容广泛的新技术.使用精密的单晶金刚石刀具加工有色金属和非金属,能够直接切出超光滑的加工表面,这样就可以取代超精密磨削等精加工工序,极大的提高加工效率,同时也可以保证加工精度和加工表面质量.近些年来,单晶金刚石刀具已经深入到机械加工的各个领域,起着越来越重要的作用.因此,对单晶金刚石刀具的制作,研磨方法以及研磨机理的研究,已经受到了人们极大的关注.金刚石的硬度大,耐磨性好,使得金刚石成为理想的刀具材料,但是与此同时也给单晶金刚石刀具的研磨带来了极大的困难.在研磨过程中既要提高磨削率,又要保证刃口质量.针对这个问题,该文从研磨效率入手,对金刚石研磨机进行了改造,分析了各种因素对磨削率的影响,深入的研究了单晶金刚石的研磨机理,并且通过试验的总结和以往经验的借鉴得出研磨单晶金刚石刀具的系统方法.该文介绍了单晶金刚石刀具的发展状况,并且对单晶金刚石刀具的制作程序和方法以及刀具的设计也进行了详细的阐述.在文章中,对金刚石研磨机进行了设计改造,使改造后的研磨机操作更加方便灵活,磨削效率显著提高,采用其对单晶金刚石刀具进行粗磨加工,降低了刀具的加工成本,具有很高的应用价值.研磨效率一直是影响单晶金刚石刀具加工的一个重要问题.课题中通过大量的实验得出影响单晶金刚石刀具研磨效率的主要因素是:砂轮转速、轴向进给量、砂轮径向摆动频率.几项参数值的增加都会导致研磨效率的提高,但是根据实际情况的限制,各项参数应该合理匹配.通过干研磨与湿研磨的对比试验,发现干研磨的效率远远高于湿研磨,因此得出结论:单晶金刚石刀具的研磨应该在干研磨状态下进行.通过对陶瓷结合剂砂轮与金属结合剂砂轮的试验结果的对比,得出结论:陶瓷结合剂砂轮可以获得较高的研磨效率,金属结合剂砂轮能够获得更好的刃口质量.为了提高刃磨工艺水平,就必须对单晶金刚石的刃磨机理进行深入的研究.文中通过扫描电镜进行研究与分析,发现单晶金刚石刀具的研磨主要以热化学去除为主,同时存在着脆性去除和疲劳去除.砂轮类型不同,各种去除方式所占比例有所不同.最后通过对试验的分析,和以往经验的借鉴,得出单晶金刚石刀具研磨加工的系统方法:单晶金刚石刀具的粗磨主要以去除余量为主,应该尽量采用大粒度的砂轮,如果采用陶瓷结合剂砂轮,效率会更高,在研磨时应该注意寻找金刚石的好磨方向.半精磨可以采用细粒度的金属结合剂砂轮或陶瓷结合剂砂轮,并且应该考虑刃口的质量,为精磨打好基础.单晶金刚石刀具的精磨根据要求应该采用粒度尽可能细的砂轮,并且一定要考虑到影响刃口质量的重要因素,这样就必须对刀刃采取逆磨,并且在进给量给定的前提下,适当的增加研磨时间,只有这样才能获得更加完美的刃口质量.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2课题的研究意义

1.3课题的主要研究工作

1.4单晶金刚石刀具传统加工工艺[1]

1.5单晶金刚石刀具的发展过程

1.5.1超精密金刚石刀具的开发

1.5.2精密刃磨设备的研制

1.5.3精密定向技术及装备

1.5.4真空钎焊技术的发明

1.5.5刀具磨损机理的确立

1.5.6机械磨削方法的系统研究

1.5.7金刚石理论研究的进展

1.6单晶金刚石刀具发展现状

1.7单晶金刚石刀具最新加工技术[2]

1.7.1离子束溅蚀法

1.7.2真空等离子化学抛光法

1.7.3无损伤机械化学抛光法

1.7.4热化学抛光法

1.8金刚石刀具技术发展方向

第二章金刚石的性能和晶体结构

2.1金刚石的性质[9]

2.1.1光学性质

2.1.2力学性质

2.1.3热学性质

2.1.4电学性质

2.1.5化学性质

2.2金刚石的晶体结构

2.2.1金刚石的晶体形态

2.2.2金刚石晶体的晶轴和晶面[10]

2.2.2金刚石晶体的面网

2.2.3金刚石晶体的面网距和解理现象

2.2.4金刚石晶体的定向

2.2.5金刚石晶体的激光定向

第三章金刚石刀具的设计与制造

3.1金刚石刀具的设计

3.1.1金刚石刀具切削部分的几何形状[10]

3.2金刚石刀具的制作过程与方法

3.2.1选料与定向[21]

3.2.2锯割与开坯

3.2.3装卡[10]

3.2.4金刚石刀具的研磨加工

第四章研磨机的改造

4.1研磨设备分析

4.1.1研磨机主轴

4.1.2研磨盘

4.2研磨机改造

4.2.1研磨机工作原理与研磨方法

4.2.2研磨机改造背景

4.2.3进给摆动装置设计

4.2.4改造的成果

第五章单晶金刚石刀具研磨方法和研磨效率的研究

5.1单晶金刚石的研磨方向

5.2研磨设备介绍

5.2.1金刚石砂轮的种类

5.2.2研磨设备介绍

5.3研磨效率试验

5.3.1试验条件

5.3.2实验方案

5.3.3试验结果

5.3.4试验结果分析

5.3.5试验结论

第六章单晶金刚石刀具刃磨工艺以及刃磨机理分析

6.1刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响[10]

6.1.1刀刃锋说度的测量

6.1.2刃口锋锐度对加工表由粗糙度的影响

6.1.3刀刃锋锐度对切削变形和切削力的影响

6.1.4刀刃锋锐度对切削表面层的冷硬和组织位错的影响

6.2超精密单晶金刚石刀具的要求

6.3研磨质量的影响因素[19]

6.3.1研磨粉粒度和研磨盘表面状态对刃口质量的影响

6.3.2刃磨角对刃口质量的影响

6.3.3偏向角对刃口质量的影响

6.4刃磨机理试验分析

6.4.1研磨效率对比试验

6.4.2刃磨试验及分析

6.4.3结论

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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