钎焊立方氮化硼热管砂轮的基础研究

发布时间：2020-03-17 19:46

【摘要】：制约钛合金、高温合金等难加工材料高效磨削加工的主要问题是磨削烧伤。现有的冷却技术大多基于冷却液进行冷却。但是随着磨削用量的增加,再加上高效磨削或成型磨削时弧区的复杂性和封闭性,冷却液难以进入磨削弧区进行换热,并且冷却液的大量使用更有悖于当前绿色加工的理念。本文基于钎焊超硬磨料技术和热管强化换热技术从磨削热的产生和疏导两个角度着手,开展了钎焊立方氮化硼热管砂轮的基础研究。针对具体的加工对象,设计了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮。借鉴两相流相变仿真和试验等手段探究了两种热管砂轮的换热机理,并分析了热流密度、充液率和砂轮转速等对热管砂轮换热性能的影响。最终将研制的热管砂轮应用于TC4钛合金和GH4169高温合金等难加工材料的干磨削,验证了钎焊超硬磨料技术和热管技术相结合后优异的强化换热性能。论文的主要研究工作包括:(1)设计了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮基体结构。借助炉中钎焊和高频感应加热的方法分别完成了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮工作面的钎焊。(2)研究了热管砂轮工作面不同排布情况下的热导率和热管砂轮冷凝端外部强迫对流换热的换热系数,为热管砂轮的换热性能仿真分析提供了基础数据。(3)揭示了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮蒸发端随转速提高由核态沸腾到自然对流换热的换热机理以及冷凝端的膜态凝结换热的机理。对不同热流密度、充液率和砂轮转速条件下两种热管砂轮的换热性能进行了全面评价,优选了两种热管砂轮适用的工艺参数范围。(4)制备了钎焊立方氮化硼轴向旋转热管砂轮和钎焊立方氮化硼径向旋转热管砂轮,并与无热管砂轮开展了干磨削TC4钛合金成型面和GH4169高温合金平面的对比试验,从磨削温度和工件表面质量等角度评价了钎焊立方氮化硼轴向旋转热管砂轮和钎焊立方氮化硼径向旋转热管砂轮的强化换热性能,展示了热管砂轮在难加工材料绿色加工中的优势。
【图文】：

形貌,钎焊砂轮,排布,磨粒

此后，自 1999 年台湾学者报道了有关钎焊技术在石材加学者围绕超硬磨料钎焊技术进行了探索，他们分别在合金钎料的钎料与磨料界面结合机理、以及钎焊磨料损伤控制等方面开展了组在前期的研究中也发现，相比普通砂轮，单层钎焊 CBN 砂轮明显降低[34]。于钎焊技术的发展使超硬磨料与结合剂之间的有效化学结合得以粒出露高度比普通结合剂砂轮高出很多，为高效磨削加工提供了充硬磨料砂轮工作面的有序排布成为了可能。A. Ghosh 等人[35-37]通粒出露高度可以达到 70%-80%，而同等情况下电镀磨粒的平均磨外他们还发现，由于钎焊工艺磨料与钎料之间牢固的化学结合，度达到 70%-80%也未曾有整个磨粒脱落的现象发生。国内方面南技术课题组近年来一直致力于单层超硬磨料工具的研发，经过多现了对砂轮表面地貌优化与磨料的有序化排布（如图 1.2 所示）。度、容屑空间、磨料出露高度，再加上钎焊工艺可以优化有序的的出现成为了超硬磨料工具行业的里程碑。

盘类零件,主要尺寸,砂轮,热管

管砂轮的设计,100]由于其较高的加工精度和表面质量使其在盘类零件的加而，，与拉削、铣削类似，在盘类零件的加工过程中由于加工区域，使得加工区域温度过高，进而会造成工件轮廓精度为了有效控制加工弧区的温度，鉴于热管技术的均温性能和典型盘类零件成型面为例，选择合适的旋转热管，完成供可靠的热管砂轮设计方法。无论是哪种结构的热管砂轮入砂轮基体中，使其同时满足传热和加工两大要求。因此求分析、热管的选型与选材、主要尺寸的确定以及强度校管砂轮基体结构设计的盘类零件的型面，设计相应的热管砂轮，其型面和主要轮廓外形要求，热管砂轮的工作面轮廓设计为随形面。考计型面时考虑磨粒尺寸，所得的砂轮磨削面外形及尺寸如
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG743

【参考文献】