光纤激光微细加工钎焊金刚石微结构磨削刃砂轮制备及性能研究

发布时间：2017-08-01 21:03

  本文关键词：光纤激光微细加工钎焊金刚石微结构磨削刃砂轮制备及性能研究

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【摘要】：AlSiC复合材料具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损、可调的导热系数等优点,在航空航天、汽车、电子、军工等领域有重要应用,其精密、超精密加工受到越来越多的重视。而钎焊金刚石砂轮中磨粒的结合强度高,容屑空间大,锋利度好等原因,可以满足各种难加工脆性材料的加工要求。目前钎焊金刚石砂轮由于制备工艺及金刚石石墨化影响,多用于200目以粗的金刚石砂轮制备,难以实现精密与超精密磨削加工。本文提出使用光纤激光微细加工技术对钎焊金刚石砂轮进行微刻蚀,制备微结构磨削刃金刚石砂轮,并研究其对AlSiC复合材料的磨削性能与磨损特征。研究了光纤激光微细加工完整晶型金刚石及CVD金刚石的工艺规律,分析激光微细加工的沟槽宽度、深度与激光加工参数(脉宽,扫描速度,扫描次数等)的关系。结果表明,激光刻蚀微沟槽的宽度和深度随着激光的脉宽和扫描次数的增加而增加,随着扫描速度增加而降低。由于导热率的不同,完整晶型单晶金刚石比CVD金刚石的刻蚀沟槽宽度和深度略高。设计了三种不同的加工路径轨迹,在CVD金刚石薄膜上刻蚀出三种不同截面V型沟槽。制备了带有微结构磨削刃的单层有序钎焊金刚石端面砂轮,研究该砂轮磨削50%SiC体积分数的AlSiC复合材料的磨削性能,分析被加工材料的表面形貌、砂轮磨损、磨屑特征。结果表明：微结构磨削刃金刚石砂轮可以对AlSiC复合材料进行有效磨削,其磨削力比普通钎焊金刚石砂轮大幅度降低；磨削后AlSiC复合材料表面缺陷缺陷主要包括SiC颗粒拔出或破碎形成的微孔洞；金刚石磨粒上的微刃多沿微沟槽形成微破碎,也存在大块破碎和磨粒钝化的磨损形式,激光刻蚀微结构磨削刃有助于提高金刚石磨粒在磨削时破碎率；被加工材料主要是以脆性去除为主,磨屑为极其细微片状的粉末。本研究证明微结构磨削刃钎焊金刚石砂轮可以提高砂轮锋利度,可以对AlSiC复合材料进行有效磨削。
【关键词】：钎焊金刚石砂轮 激光微加工 微结构磨削刃 磨削性能 磨损
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743;TG665
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景与意义13
• 1.2 激光加工技术13-14
• 1.2.1 激光加工技术的应用13-14
• 1.2.2 激光微细加工14
• 1.3 激光微细加工金刚石材料的研究现状14-18
• 1.3.1 激光在金刚石上刻蚀微结构15-16
• 1.3.2 激光在金刚石砂轮上刻蚀微结构16-18
• 1.4 课题来源及主要研究内容18-21
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 主要研究内容18-21
• 第二章 实验系统和实验方案21-29
• 2.1 实验材料21-23
• 2.1.1 金刚石材料及物理性能参数21-23
• 2.1.2 AlSiC复合材料23
• 2.2 实验装置与检测仪器23-27
• 2.2.1 光纤激光器24
• 2.2.2 高温高真空钎焊炉24-25
• 2.2.3 高速加工中心25-26
• 2.2.4 超景深三维显微系统26
• 2.2.5 激光共聚焦显微镜26-27
• 2.2.6 扫描电子显微镜27
• 2.3 实验研究方案27-29
• 第三章 光纤激光微细加工金刚石材料的工艺研究29-49
• 3.1 光纤激光微细加工金刚石工艺研究29-38
• 3.1.1 光纤激光的脉宽对微细加工金刚石的微沟槽尺寸影响29-32
• 3.1.2 光纤激光的扫描速度对微细加工金刚石的微沟槽尺寸影响32-35
• 3.1.3 光纤激光的扫描次数对加工金刚石的微沟槽的尺寸影响35-38
• 3.2 光纤激光去除金刚石材料的机理分析38-40
• 3.3 光纤激光微细加工CVD的V型沟槽研究40-47
• 3.3.1 脉宽与扫描频次对V型沟槽宽度的影响41-43
• 3.3.2 脉宽与扫描频次对V型沟槽深度的影响43-45
• 3.3.3 激光刻蚀的三种V型沟槽微结构的实际形貌45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 单层有序钎焊金刚石微结构磨削刃砂轮制备工艺研究49-59
• 4.1 基体设计及金刚石磨粒在砂轮上的有序排布49-53
• 4.1.1 砂轮基体的设计49-50
• 4.1.2 计算金刚石磨粒在砂轮基体上的金刚石磨粒浓度50-52
• 4.1.3 对金刚石磨粒的有序排布实验效果52-53
• 4.2 有序钎焊金刚石砂轮制备及平顶化现象研究53-56
• 4.2.1 对金刚石磨粒的有序排布实验效果53-54
• 4.2.2 钎焊后的端面砂轮金刚石磨粒平顶化现象及平顶化54-56
• 4.3 光纤激光微刻蚀带有微结构磨削刃的端面砂轮56-58
• 4.3.1 激光微刻蚀轨迹设计56-57
• 4.3.2 微结构磨削刃的端面砂轮57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 有序钎焊微结构磨削刃砂轮的性能研究59-73
• 5.1 微结构磨削刃砂轮磨削实验59-64
• 5.1.1 微结构磨削刃金刚石端面砂轮磨削AlSiC复合材料的性能研究59-64
• 5.2 磨削后材料的表面形貌及端面砂轮的表面形貌观察64-68
• 5.2.1 被加工材料的表面形貌64-67
• 5.2.2 磨削材料表面粗糙度67-68
• 5.3 钎焊金刚石微刃砂轮的磨损68-72
• 5.3.1 砂轮金刚石磨粒的磨损68-69
• 5.3.2 端面砂轮的金刚石磨粒表面破碎比较69-71
• 5.3.3 端面磨削砂轮加工后金刚石磨粒表面的粘附情况71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利81-85
• 致谢85

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本文编号：606165