复杂形面超硬磨料工具精密修磨技术研究

发布时间：2020-05-08 05:01

【摘要】：超硬磨料具有极高的硬度、耐磨性以及优异的磨削性能,越来越多地应用到磨削领域,复杂形面超硬磨料工具是超硬磨料工具家族中精度和复杂性最高的一类,多用于加工形状复杂的精密零件。复杂形面是指零件的轴截面为直线、斜线、圆弧等形状单元组合形成的异形面,复杂形面超硬磨料工具是指由超硬磨料制造的带有复杂工作形面的应用于磨削、研削等工作的工具。复杂形面超硬磨料工具的形状精度是影响加工精度的主要因素之一,如航空发动机中的涡轮叶片榫槽结构,榫槽工作面轮廓度一般在5μm左右,榫槽形状是非圆曲面,并且榫齿螺距要求在±2.5μm左右。高精度复杂形面超硬磨料工具一般通过成形加上修形的方法制得,对复杂形面的精密修形技术是制造过程的关键技术之一。因此,及时开展对复杂形面超硬磨料工具精密修形技术的研究,对提高精密工具制造水平和促进其应用领域的发展具有至关重要的作用。本文针对复杂形面金刚石工具修形困难的问题,通过理论分析与实验验证相结合的方法,开展了对精密修磨技术的修磨机理、复杂形面修磨方法、精密修磨基本工艺规律以及应用试验等环节进行科学系统的研究,建立了采用磨削法修磨复杂形面超硬磨料工具的技术,提升了修形效率和精度。具体研究内容如下:1.超硬磨料工具精密修磨机理研究基于金刚石的物理化学性质以及晶体结构,分析了金刚石晶体的解理现象以及现有修形方法的解理形式,结合不同修形方法的工作原理、修形效率和精度,选择基于磨削法原理的精密修磨方法;对磨削法修磨过程进行分析,金刚石的磨除方式主要为磨耗磨损以及少量的磨粒微破碎并通过微观观察得到验证,对磨除能量公式进行优化,为后续实验提供理论依据。2.复杂形面精密修磨方法使用经过改装的光学引导曲线磨床,实现了平行圆柱面、圆锥斜面等形状单元以及复杂形面组合的修磨;并通过间接测量的方法,采用影像仪和三坐标测量仪对被修磨形面的精度进行测量,测量精度可以达到微米级,归纳总结出一套完整的复杂形面精密修磨方法。3.精密修磨基本工艺规律通过对修磨机理的研究得到修磨效率的主要影响工艺因素为金刚石磨料砂轮的粒度、结合剂以及修磨时的切深和速度。针对四个因素分别设计实验,基本工艺规律如下:金刚石磨料砂轮粒度应根据被修工具选择,不宜过大或过小;陶瓷结合剂金刚石磨料砂轮的修磨性能最好、修磨效率最高;修磨切深越大,修磨效率越高,但为了保持精度,切深应该根据修磨余量选择适当的值;修磨效率随着修磨速度的增大呈现先升高后降低的趋势。4.复杂形面精密修磨技术应用对轴承单沟道磨削用金刚石滚轮进行修磨试验,测量结果显示圆弧半径精度可以达到±0.004mm,圆度0.004mm,台阶面角度±5′;对轴承多沟道磨削用金刚石滚轮进行修磨试验,测量结果显示沟间距可以达到±0.003mm,曲率0.002。试验证明基于磨削法的复杂形面精密修磨技术的修磨精度整体可以达到0.005mm,单一元素精度可以达到0.003mm,经试验证明可以应用于实际生产中。
【图文】：

概念图,磨床

料砂轮修形的机理研究方面，德国的 M.Ken了划刻和滑动现象，金刚石的磨除方式主要扫描电子显微镜（SEM）观测可以发现绝大和断裂为主，金刚石随着磨损加剧逐渐钝化热应力作用下扩散，最终导致材料的脱落。认为材料的破坏机理主要为微观脆性破碎和利用东京大学生产技术研究所开发的电了可以同时控制三轴加工的电火花线电极磨间隙仅有 1~2μm，机床的定位精度和灵敏度。同时对工件的旋转精度要求也很高，采用了件的更换，可以对不同形状的工件进行加工头进行加工，表面粗糙度可以达到 0.15μm，间[21]。

示意图,金刚石抛光,微观观察,抛光加工

图 2 CVD 薄膜次表面微观观察加碱性溶液的金刚石抛光液对金刚石进行抛光效率较低。R.Ramesham，W.S.Lee，H.Tokura抛光原理示意图如图 3 所示，热化学抛光加工加热装置，，在研磨过程中不断加热，高温状态刚石产生石墨化和氧化的现象，实现去除材料图 3 热化学抛光原理示意图美国发明，其原理是真空条件下，通过在一个
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG73

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