PDC刀具高频感应钎焊工艺及机理研究

发布时间：2017-03-27 22:01

  本文关键词：PDC刀具高频感应钎焊工艺及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：PDC刀具因具有极高的硬度、低的摩擦系数以及锐利的切削刃,在有色金属以及非金属材料的加工中获得了广泛地应用。焊接作为PDC刀具制作过程中的关键环节,其质量决定着刀具的整体性能。高频感应钎焊凭借其加热速率快、对环境污染小等优点成为PDC刀具焊接的主要方法。但由于PDC片钎焊性能及耐热性较差,在生产实践中国产的PDC刀具无论是脱片概率还是刀具耐用度均与进口刀具存在一定差距。因此,有必要对影响PDC刀具高频感应钎焊质量的因素进行深入研究。本文在空气氛围下采用SP-15A型高频感应焊机对PDC片进行了钎焊试验,并利用自制的剪切装置进行钎焊强度测试。首先,研究了焊前待焊表面预处理及焊后处理工艺对钎焊强度的影响,得到如下试验结果：焊前表面改性处理的PDC刀具钎焊强度最高,是表面未改性处理的PDC刀具钎焊强度值的1.3倍；表面打微孔的刀具钎焊强度最低；PDC刀具焊后选择石膏粉冷却比空气冷却钎焊强度高；焊后喷砂处理的钎焊接头强度高于未喷砂处理的钎焊接头,且45钢刀体钎焊强度提高幅度明显高于YG8硬质合金刀体。然后,借助体式显微镜、扫描电镜和电子探针对影响钎焊质量的工艺参数进行了深入研究。结果表明：恒压条件下钎缝间隙为0.15mm时,PDC刀具钎焊强度最大。随着钎焊温度升高,PDC片与YG8硬质合金刀体的钎焊强度呈现先增大后减小的趋势,690℃时钎焊强度最高；高温下,钎料中低熔点Zn、Cd氧化、蒸发加剧,在钎缝中产生过多的夹杂、气孔等焊接缺陷,同时在硬质合金基体的界面处Ni基固溶体晶粒长大并伴有脆性相的产生；随着钎焊温度的升高,PDC片热损伤逐渐加剧,710℃时PDC表面产生了大量的微空洞；PDC刀具钎焊温度应控制在670-690℃之间。随着加热速率的提高,PDC片与YG8硬质合金的钎焊接头剪切强度先增大后减小,加热速率为38℃/s时钎焊强度最大；加热速率对钎料在硬质合金基体上的润湿性影响规律与之相同；过低的加热速率会使PDC表面不平度增大,过高的加热速率又会在PDC表面产生很多孔洞；PDC刀具的加热速率在28-38。C/s之间较好。最后,本文利用有限元软件对PDC与45钢接头焊后残余应力的大小及分布进行了分析,以最大残余拉应力σx为BP神经网络训练的输出信号,采用遗传算法优化BP神经网络模型,得到最优的钎焊参数为：钎焊间隙为0.10mm,45钢与PDC硬质合金基底的厚度比为2.98,焊后冷却温度为695.83。C,钎焊压力为14.22MPa。
【关键词】：聚晶金刚石刀具 高频感应钎焊 剪切强度 残余应力
【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】：TG454
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9
• 1.2 PDC刀具的应用及研究9-12
• 1.2.1 PDC 刀具的应用9-11
• 1.2.2 PDC刀具的制作过程11
• 1.2.3 PDC 刀具钎焊机理11-12
• 1.3 PDC刀具钎焊技术研究现状12-17
• 1.3.1 PDC刀具钎焊方法12
• 1.3.2 PDC刀具高频感应钎焊研究现状12-15
• 1.3.3 PDC刀具钎焊的热损伤15-16
• 1.3.4 PDC刀具钎焊残余应力研究现状16-17
• 1.4 本课题的主要研究内容17-19
• 2 试验材料及方法19-26
• 2.1 试验材料19-21
• 2.1.1 PDC刀体材料选择19
• 2.1.2 钎剂、钎料的选择19-21
• 2.2 试验设备21-23
• 2.2.1 高频感应加热设备21-22
• 2.2.2 高频感应钎焊测温设备22-23
• 2.3 钎焊工艺23-24
• 2.3.1 钎焊表面的预处理23
• 2.3.2 钎焊实施23-24
• 2.3.3 焊后处理24
• 2.4 剪切强度测试24-25
• 2.5 接头处显微组织的观察25-26
• 3 PDC刀具高频感应钎焊表面预处理及焊后处理工艺研究26-35
• 3.1 焊前表面预处理工艺26-30
• 3.1.1 试验材料及试验方法26
• 3.1.2 试验结果及分析26-30
• 3.2 焊后处理工艺30-34
• 3.2.1 试验材料及试验方法30
• 3.2.2 试验结果及分析30-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 PDC刀具高频感应钎焊工艺的试验研究35-52
• 4.1 钎焊间隙35-38
• 4.1.1 钎焊间隙对刀具钎焊强度的影响36-38
• 4.2 钎焊温度38-43
• 4.2.1 钎焊温度对刀具剪切强度的影响38-39
• 4.2.2 钎焊温度对刀具钎缝界面的影响39-41
• 4.2.3 钎焊温度对PDC层热损伤的影响41-43
• 4.3 加热速率43-50
• 4.3.1 加热速率对钎料润湿性的影响44-45
• 4.3.2 加热速率对刀具钎焊性能的影响45-49
• 4.3.3 加热速率对PDC层热损伤的影响49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 PDC刀具焊后残余应力及优化52-64
• 5.1 残余应力数值模拟52-59
• 5.1.1 基本理论52-54
• 5.1.2 PDC片与45钢接头物理模型的建立54-56
• 5.1.3 焊后残余应力的大小及分布56-59
• 5.2 GA-BP神经网络对PDC头钎焊残余应力优化59-63
• 5.2.1 GA-BP神经网络的建立59-62
• 5.2.2 基于遗传算法的钎焊参数优化62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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