金刚石薄壁钻头钻磨氮化硅陶瓷的试验研究

发布时间：2017-07-19 15:25

  本文关键词：金刚石薄壁钻头钻磨氮化硅陶瓷的试验研究

  更多相关文章： 氮化硅陶瓷 钎焊金刚石薄壁钻 加工效率 去除机理 磨损

【摘要】：石油、化工、航空航天、核能发电等现代工业领域中高温、高压、强腐蚀等复杂工况日益增多,从而对球阀的性能提出了更严格的要求。陶瓷球阀材料因具有硬度高、抗腐蚀性好、耐高温等优越性能,能够满足以上复杂工况要求而得到广泛应用。但陶瓷球阀由于材料自身的高硬度、高强度等特点,加工非常困难,尤其是孔的加工,使得其应用与推广受到非常大的限制。故本文选用氮化硅陶瓷为工件材料,采用钎焊金刚石薄壁钻进行了钻磨试验研究。论文的主要研究内容和结论如下：首先,针对恒压进给试验条件,专门设计并制造了气动恒压进给装置,并采用拉压力传感器MCL-S1对轴向力进行了标定,得到了压强与轴向力的关系曲线。其次,采用单因素试验,研究了金刚石粒度、壁厚、主轴转速和钻压对加工效率的影响。结果表明：加工效率随金刚石粒度的增大基本保持不变；随壁厚的增大而先缓慢增大后迅速减小；随主轴转速和钻压的增大而先迅速增大后增长趋于平缓。通过正交试验进一步研究了四个参数对加工效率影响的显著性,获得试验条件下最优的因素水平搭配。四个参数对加工效率的影响程度由大到小依次为：壁厚、钻压、主轴转速、金刚石粒度,且最优因素水平搭配为金刚石粒度35/40、壁厚1.5mm、主轴转速900r/min、钻压819N。最后,基于遗传算法BP神经网络建立了加工效率预测模型。然后,通过对各参数下氮化硅陶瓷加工表面显微形貌的分析,研究了氮化硅陶瓷的去除机理及各参数对去除机理的影响。结果表明：氮化硅陶瓷的去除机理包括脆性去除和塑性去除,且以脆性去除为主。塑性去除的比例随着壁厚的增大而增大,随着主轴转速和钻压的增大而减小。通过对照脆性去除比例与加工效率随各参数的变化规律,进一步研究了脆性去除与加工效率之间的关系。研究表明,随着脆性去除比例的增大,加工效率会增大,但不会持续增大。最后,研究了金刚石粒度、壁厚、主轴转速和钻压对钻头寿命的影响。结果表明：钻头寿命随金刚石粒度和壁厚的增大而减小,随主轴转速和钻压的增大而先增大后减小。通过观察钻头端面显微形貌,进一步研究了其磨损形态。研究表明,钻头的磨损主要包括金刚石磨粒磨损和粘结剂磨损。金刚石磨粒的磨损形态包括磨平、破碎及脱落,且以磨粒磨平为主,磨粒脱落较少；粘结剂磨损主要有断裂磨损和流沙形态磨损。
【关键词】：氮化硅陶瓷 钎焊金刚石薄壁钻 加工效率 去除机理 磨损
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 选题背景及意义9
• 1.2 工程陶瓷的性能9-11
• 1.3 工程陶瓷孔加工技术研究现状及发展趋势11-17
• 1.3.1 特种加工技术11-13
• 1.3.2 传统机械加工技术13-15
• 1.3.3 复合加工技术15-17
• 1.3.4 工程陶瓷孔的加工技术发展趋势17
• 1.4 工程陶瓷加工机理的研究现状17-19
• 1.5 论文的主要研究内容19-20
• 2 恒压进给装置及试验条件与设计20-27
• 2.1 恒压进给装置20-23
• 2.2 试验条件23-25
• 2.3 试验设计25-27
• 3 氮化硅陶瓷孔加工试验研究27-40
• 3.1 单因素试验27-31
• 3.1.1 金刚石粒度对加工效率的影响27-28
• 3.1.2 壁厚对加工效率的影响28-29
• 3.1.3 主轴转速对加工效率的影响29-30
• 3.1.4 钻压对加工效率的影响30-31
• 3.2 正交试验31-34
• 3.2.1 极差计算与分析31-33
• 3.2.2 方差计算与分析33-34
• 3.3 基于遗传算法BP神经网络对加工效率的预报34-38
• 3.3.1 BP神经网络与遗传算法(GA)简介34-35
• 3.3.2 GA-BP神经网络预测模型35-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 氮化硅陶瓷去除机理的研究40-53
• 4.1 压痕断裂力学模型与切削加工模型40-42
• 4.2 氮化硅陶瓷的去除机理42-47
• 4.2.1 工程陶瓷材料的去除机理42-43
• 4.2.2 氮化硅陶瓷的去除机理43-47
• 4.3 各参数对氮化硅陶瓷去除机理的影响47-50
• 4.4 氮化硅陶瓷去除机理与加工效率的关系50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 钎焊金刚石薄壁钻磨损初步研究53-64
• 5.1 金刚石砂轮的磨损研究53-54
• 5.2 各参数对钎焊金刚石薄壁钻寿命的影响54-58
• 5.2.1 金刚石粒度对钻头寿命的影响55-56
• 5.2.2 壁厚对钻头寿命的影响56-57
• 5.2.3 主轴转速对钻头寿命的影响57
• 5.2.4 钻压对钻头寿命的影响57-58
• 5.3 钎焊金刚石薄壁钻的磨损形态58-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

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本文编号：563592