超硬工具制作及应用研究

发布时间：2020-10-26 02:20

　　 超硬刀具在现代机械制造业中占有重要的地位。随着汽车、轨道客车、飞机、机床、船舶等制造业的飞速发展,新型复合材料不断得到应用,以及现代加工业的高速、高效、高精密的加工特点对刀具的抗冲击性能提出了更高的要求,同时促进了超硬刀具行业的发展,金刚石、立方氮化硼等超硬刀具已经普遍使用。但超硬刀具的抗冲击性能较差,特别是断续切削加工和铣削加工以及宽切削刃加工时,容易出现崩刃现象,研究刀具制作工艺和刃口强化技术具有重要意义。本文优化了金刚石刀具、立方氮化硼刀具及砂轮修整工具的制作工艺。分析了刀具在使用过程中的主要破损形式。首次采用高压纳米金刚石粉磨料水射流抛光技术对超硬刀具刃口进行强化处理,取得明显效果。主要内容如下:1、采用行业内常用的方法制作了CBN刀片。针对某企业加工汽车油泵中心轴端口的DNGA150404—BN型号刀片,进行了负倒棱和倒钝的刃口强化处理,倒棱宽度0.2 mm,倒棱角度15°,在涂有1-3μ金刚石微粉的毛毡轮上为负倒棱刀片下方刃口做钝化处理。该加工工艺属淬硬钢工件断续切削加工。使用结果表明,钝化后的刀片加工零件数量提高了30%左右。2、制作了PCD金刚石复合片刀具,型号为XPHW160406的铣刀片,用于汽车油泵大平面铣削加工。属高硅铝合金材料的断续加工。使用结果表明,工件表面粗糙度可达到Ra0.2μm以下,完全满足要求。刀具破损形式主要是微崩刃。研究了单晶金刚石刀具的制作工艺,实现了单晶金刚石与硬质合金的牢固焊接,建立了单晶金刚石刀具的刃口刃磨工艺。采用金刚石砂轮进行粗磨、半精磨和精磨,采用研压金刚石微粉的铸铁磨盘进行超精磨。得到锋利的单晶金刚石刀具刃口。在高硅铝合金的加工中,制作的型号为CCGW09T304单晶金刚石刀具,破损的形式主要是崩刃。与PCD刀具相比,零件的表面粗糙度明显降低,使用寿命提高不明显。原因可能是工件材料有较多的硬质点,导致崩刃。研究了带有负倒棱的单晶金刚石轮毂刀制作工艺。自行设计制作了专用于制作轮毂刀负倒棱的工装卡具。该卡具可与BDM-901刃具磨床配套使用,能够实现任意角度的负倒棱制作,倒棱均匀。使用结果表明,加工工件数量2800个左右,寿命只能达到进口刀具的60%~70%。3、以CVD金刚石条为原料,采用冷压成型与热压烧结的工艺制作了砂轮修整工具,优化了制作工艺。通过模具设计,制作了金刚石条倾斜45°整齐排列的砂轮修整片,使金刚石排列更合理,更牢固地镶嵌。金刚石条不易断裂,性能更加稳定。采用7条0.8×0.8×4 mm的CVD金刚石条制作的BFO20*7R025的修整片替代天然金刚石成型刀,寿命提高了1倍。4、为了强化超硬刀具刃口,首次搭建了高压纳米金刚石磨料水射流抛光系统,初步建立了超硬刀具的刃口强化工艺。研究了喷射压力、喷射角度对硬质合金和金刚石材料面与棱角抛光效果的影响,结果表明喷射压力和角度对硬质合金的表面粗糙度影响不大,对材料的去除效率影响较大。当喷射角为15°、压力10 MPa时,硬质合金可以达到较好的抛光效果。低压力下PCD刀具前刀面无明显变化,20 MPa时,能够实现PCD金刚石表面材料的微量去除。抛光质量随喷射角度增大而提高,但材料去效率会降低。当喷射角为75°、压力20 MPa抛光PCD刀具刃口时,可以使刃口变得光亮圆滑,起到强化刃口的作用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TG71;TQ163
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 刀具的主要参数
    1.3 刀具的分类
    1.4 超硬刀具简介
        1.4.1 CBN与PCBN刀具
        1.4.2 单晶金刚石刀具
        1.4.3 CVD金刚石刀具
        1.4.4 PCD金刚石刀具
    1.5 砂轮修整工具
    1.6 磨料水射流抛光技术
    1.7 课题的研究目的及意义
第二章 超硬工具的制作与应用
    2.1 实验设备简介
        2.1.1 LYJ-20型金刚石制品压机与SJJ-HX型金刚石制品烧结机
        2.1.2 高真空钎焊设备和高频感应加热设备
        2.1.3 超精密金刚石工具磨床
    2.2 CBN刀具制作工艺及应用研究
    2.3 PCD金刚石刀具制作工艺及应用研究
    2.4 单晶金刚石刀具制作工艺及应用研究
    2.5 CVD金刚石砂轮修整工具制作工艺及应用研究
    2.6 本章小结
第三章 纳米金刚石磨料水射流抛光技术的研究
    3.1 磨料水射流抛光技术的应用
    3.2 纳米金刚石磨料水射流喷射系统的搭建
    3.3 工艺参数设定
    3.4 纳米金刚石磨料水射流喷射硬质合金的抛光研究
    3.5 PCD金刚石刀具刃口的磨料水射流强化技术研究
    3.6 实验系统搭建和实验过程中遇见的问题以及解决办法
    3.7 本章小结
第四章 全文总结与展望
参考文献
致谢

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本文编号：2856345