单颗金刚石磨粒切削超细晶硬质合金的实验研究

发布时间：2020-10-30 12:02

　　 超细晶硬质合金相比普通硬质合金具有更高的硬度和强度,已广泛应用于切削刀具、军工等领域,具有广阔的市场空间和应用前景。硬质合金在加工区域中容易产生裂纹,使得加工表面劣化,难以实现其超精密加工,因此属于典型的难加工材料。国内外学者开展了大量的研究工作,但研究重点大多集中在如何改善其物理机械性能、保持其质量的稳定性和对其耐磨损性能的评价等材料学研究领域,对其材料去除机理及表面加工质量尚未有较深入的研究。磨削加工的本质就是微刃切削,故而单颗磨粒切削作为砂轮磨削加工过程的简化模型,是一种研究复杂磨削机理行之有效的方法。本文主要选用了成分相同但晶粒度不同的普通硬质合金和超细晶硬质合金进行单颗磨粒切削实验,分析了晶粒度、砂轮线速度、工件速度、切削深度对切削力的影响。结果表明切削力随砂轮线速度增加而减小,随工件速度增加而增大,随切削深度增加而增大。相同的磨削工艺下,晶粒度越小的硬质合金切削力越大。实验还发现对切削力影响程度从大到小排列依次为切削深度、砂轮线速度、工件速度。其中切削深度和砂轮线速度对切削力的影响程度是极显著性相关,工件速度对切削力则为一般性相关。通过超景深显微系统和扫描电子显微镜对划痕形貌从宏观到微观展开研究。发现在划痕切入阶段普通硬质合金和超细晶硬质合金表现为轻微划擦,粘结相Co在局部涂抹形成光洁区,超细晶硬质合金划痕表面没有微观裂纹和凹坑,普通硬质合金划痕表面可见明显裂纹与凹坑。在中间阶段,切削力随切削深度的增加而显著增大,粘接相更易挤出并发生塑性变形迁移,切削力作用于划痕表面的硬质相,使硬质相内部位错密度得以提高,当位错密度积累到临界值时,就会在硬质相上形成微观裂纹。随着切削深度的增加,微观裂纹就会沿着硬质相晶界直接扩展产生显微脆断,形成可见切屑。超细晶硬质合金晶粒较小,硬质相缺陷较小,较难发生破碎或脱落现象。此外,以现有临界转变切削深度模型为基础,基于三维表面轮廓法对塑性-脆性临界转变切削深度展开研究,验证了现有模型的适用性。最后,还发现普通硬质合金比超细晶硬质合金的临界转变深度更大,说明超细晶硬质合金相比普通硬质合金要更难加工。要实现超细晶硬质合金的高效、低损伤精密加工,与普通硬质合金相比往往需要更大的砂轮线速度、更小的工件进给速度和切削深度。
【学位单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG506
【部分图文】：

图 0.1 常用单颗磨粒切削加工实验原理图Fig. 0.1 Experimental principle of single abrasive particle cutting国外，伯明翰大学的 Kopalinsky[7]基于单颗磨粒切削工具提出了二维平面切削模型，通过模型对单颗磨粒的切削力进行预报，结果表明单颗磨粒所产生的切削合力由作用在磨粒上各切削刃上的平均切削力共同决定，同时还基于二维平面切削模型对单颗磨粒在切削加工过程中的工件温度、接触温度和热流量及其相互之间的联系展开深入研究[8]。都柏林圣三一学院的 Torrance[9]将多种物理模型综合对比后认为三棱锥是最接近真实单颗磨粒的物理模型，同时对磨粒形状、切削能耗、工件表面加工质量三者及其相互的联系开展了深入的研究。都柏林圣三一学院的 Badger[10]对现有的单颗磨粒切削二维平面模型和三维立体模型进行了综合对比分析，结果表明两种模型均能够对单颗磨粒切削力进行预报，三维立体模型虽然计算要更为复杂但精度也会更高。达尔豪斯大学的 Anderson[11-12]通过有限元数值仿真技术对单颗磨粒切削实验进行了虚拟仿真，结果表明单颗磨粒在切削过程中的法向切削力受被加工工件表面应变硬化率的影响，法向切削力会随着切削速度的增加而增加，切向切削力则随着切削速度的增加而降低。此外，还以球形和截角形作为单颗磨粒的物理模型开展了单颗磨粒切削实验，结果表明在单颗磨

各个阶段的材料去除机理。最后基于物相分析对扫描电子显微镜进行验证。4）基于三维表面轮廓法来确定临界转变点，再通过超景深光学显磨粒切削的临界转变深度，对现有硬脆材料临界转变深度模型进颗磨粒切削实验平台颗金刚石磨粒切削硬质合金的实验平台如图 2.2 所示。其中单颗分组成，分别为砂轮盘、顶弧处粘结有金刚石磨粒的单颗磨粒块块。硬质合金工件安装在专用夹具上，夹具通过内六角螺栓固定仪则通过平面磨床的磁力吸附在工作台表面，测力仪与信号放大大器将所采集到的信号进行降噪滤波后再对信号进行放大传入与据采集卡，数据采集卡直接作为计算机硬件安装于主板上，此外的还有手持显微系统，其主要用于对磨粒磨损状态和划痕形貌进

的正交实验表并对因素水平完成配列；分析法和方差分析法完成对实验结果分析。果分析中的极差分析方法可以确定各因素主次地各因素对实验结果影响程度大小。切削力信号的采集直观的反映出单颗磨粒切削普通硬质合金 YG12削状态，主要通过瑞士生产的 Kistler9257B 型压.3 所示。其工作原理是首先通过压电晶体测力仪号放大器中。信号放大器会对切削力信号进行去传入计算机中。在实验过程中设置仪器的采样频度和强度均较高，考虑到会对金刚石磨粒产生磨前准备好出露高度、锥角等形貌特征近似的磨粒，在测量切削力过程中，需要对每组磨削加工参组测量结果取平均进行记录分析。
【参考文献】

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本文编号：2862448