聚晶金刚石刀具关键制作工艺及机理研究
发布时间：2019-09-29 18:47
【摘要】：高速切削技术已成为现代机械加工中的主流技术,且对刀具整体强度及耐磨性提出了更高的要求。以PCD为代表的超硬材料刀具是实现高速切削的必备工具,但在刀具制作技术方面国内与国外相比仍有较大的差距,研究刀具的制作技术可以为国产刀具提供理论和技术支持。PCD刀具的钎焊和磨削是其制作过程中的两个关键环节,决定着刀具的整体强度及耐磨性。高频感应钎焊和金刚石砂轮磨削是PCD刀具制作中的常用方法。鉴于此,本文以试验为基础,对PCD刀具的高频感应钎焊和金刚石砂轮磨削工艺及机理进行了较为深入的研究。首先,研究了PCD复合片与YG8硬质合金的高频感应钎焊过程中,不同工艺参数对刀具质量的影响。结果表明进口AgZnCuMnNi钎料的钎缝剪切强度高于国产AgZnCuCdNi钎料,AgZnCuMnNi钎料与QJ102钎剂搭配最佳。采用AgZnCuMnNi与QJ102钎焊时：钎焊压力增大,钎缝剪切强度先增大后减小,钎焊压力为3.911MPa时剪切强度最大,剪切强度与钎缝厚度的关系用多项式表示较为精确；钎缝剪切强度随钎焊温度升高而增大,PCD复合片的钎焊温度应控制在670～690℃之间；钎缝主要由Ag基固溶体、Cu基固溶体、Cu0.64Zn0.36相和少量的MnNi相组成,其中含Cu基固溶体、Cu0.64Zn0.36和MnNi相的灰黑色颗粒弥散分布在Ag基固溶体中,灰黑色颗粒等积圆直径越小、圆度越大,其对钎缝的弥散强化作用越强,适当的恒温时间可得到等积圆直径较小、圆度较大的强化相。随着恒温时间的增加,PCD的热损伤加剧,钎焊恒温时间应控制在15-20s之间。其次,研究了PCD刀具的焊接前后处理过程中,不同处理工艺对刀具质量的影响。结果表明合理的处理工艺能够显著提高刀具的剪切强度,国产AgZnCuCdNi钎料经过刀体预焊后的刀具剪切强度提升为原来的2.5倍。焊后保温处理可以增加钎缝的剪切强度,保温温度升高,AgZnCuMnNi钎料中的Cu、Mn、Ni等强化元素的偏析程度减弱,强化相在钎缝中分布更均匀。适当的焊后保温时间会使钎缝剪切强度进一步提高,但过长的保温时间则会引起钎料中的Zn氧化或蒸发,导致钎缝剪切强度下降。保温时间延长,PCD的热损伤加剧,合理的焊后保温温度和时间分别为500℃和1-3h。然后,通过大量磨削试验,对腐蚀后的PCD磨削表面微观形貌进行分析,研究了PCD的磨削去除机理。金刚石砂轮磨削PCD的去除方式可分为脆性去除和非脆性去除。脆性去除包括冲击脆性去除、微细破碎、沿晶破碎和穿晶破碎；其中冲击脆性去除发生在刀具刃口处,磨削中应尽量减小因其产生的V型缺口；微细破碎可在所有磨削条件下发生,可分为解理微细破碎和脆性微细破碎；沿晶破碎通常在湿磨后期及干磨初期较明显；穿晶破碎易在金刚石磨粒较钝时发生,干磨后期较明显。非脆性去除包括刻划作用和热化学去除；刻划作用仅发生在在砂轮磨粒较锋利时；热化学去除通常在砂轮磨钝后发生,适当的热化学去除可得到较光滑的刀具刃口及后刀面；通过分析干磨和湿磨后的PCD表面,得到了热化学去除发生的间接证据,并通过一组磨削试验证明PCD磨削表面因金刚石氧化、石墨化或转化为无定形碳而产生了软化层。最后,结合PCD的磨削去除机理,研究了不同磨削工艺参数对刀具后刀面质量、刃口质量、磨除率Qw和磨耗比G-ratio的影响。干磨环境、砂轮高转速、较大的磨床调定压力和进给量都将使PCD刀具刃口处因冲击脆性去除而产生的V型缺口尺寸增大,刃口质量变差。干磨环境下,刀具刃口附近易因热化学去除而产生热损伤区,使刃口的力学性能下降。分析结果表明,粗磨时,为了增大磨除率Qw,兼顾刀具刃口力学性能,应该选择陶瓷结合剂砂轮、湿磨、较高的砂轮转速、较大的磨床调定压力和进给量。精磨时,则要保证刀具的刃口质量,需采用金属结合剂砂轮、湿磨、中等的砂轮转速、较小的磨床调定压力和进给量。
【图文】：
３］，和ＭＡＸ相ＵＷ等代替Ｃｏ粘结剂，，澳大利亚的Ｖｌａｄｉｍｉｒ邋Ｌｕｚｉｎ报道了一种ＳｉＣ逡逑粘结相的ＰＣＤ复合片，其工作温度可Ｗ达到ＭＯＯＴ，属于热稳定性良好的金刚逡逑片ＷＳ１。但是，陶瓷粘结剂的最大缺陷是会破坏ＰＣＤ中交叉的金刚石连接桥，导逡逑Ｄ刀具的机械性能降低。采用碳酸盐来代替金属Ｃｏ粘结剂是另外一种解决方案。逡逑，采用碳酸盐粘结剂的ＰＣＤ复合片性能和金属Ｃｏ基粘结剂的复合片性能相当，逡逑高温１２００°Ｃ，缺点是烧结条件较严苛，需要温度Ｔ高于２０００°Ｃ，压强高于逡逑b8’\ ｅ义洗酥猓捎枚栊云灞；は薖I等方法可保护ＰＣＤ层，降低ＰＣＤ层的热损伤逡逑送种情况下就可Ｗ提高针焊过程中的巧焊n龋蛘哐≡窭踊痭冉细叩募榱侠村义暇叩募羟星慷取＃藁福常保保徊
本文编号：2544080
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