单晶金刚石微型刀具刃磨工艺研究

发布时间：2017-09-27 06:46

  本文关键词：单晶金刚石微型刀具刃磨工艺研究

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【摘要】：微细制造是超精密加工的重要组成部分,微细制造的加工参数小,表面直接成型,传统加工中的超精密磨削等精加工工序不能应用于微细制造中。使用精密的单晶金刚石刀具,可以直接切出光滑表面,保证工件质量,提高加工效率。在微细制造中,硬质合金刀具和聚晶金刚石刀具已经得到广泛应用,单晶金刚石微型刀具研究仍然没有进展。本文以单晶金刚石微型刀具为研究对象,采用不同磨盘进行刃磨试验并利用显微镜观测表面形貌,在刃磨中同时保证材料去除率和刃口质量。主要研究内容如下:(1)采用分辨率为1μm的刀具磨床进行刃磨。通过金刚石砂轮对单晶金刚石刀具进行机械刃磨,确定了合理的砂轮磨料粒度、研磨速度和进给速率。(2)机械刃磨后刀具刃口半径在3μm以上,观测表面形貌得出:单晶金刚石机械刃磨主要为脆性去除和疲劳解理。通过添加磨料的对比试验,发现添加磨料刃磨状态稳定,单晶金刚石表面更完整,刃口极少有崩缺现象。(3)为寻求更好的材料去除方式,对铜盘、铁盘、铜基碳化钨盘和铝基碳化硅盘的研磨进行试验对比。铜盘和铁盘刃磨中不能保证单晶金刚石的完整性,铜基碳化钨盘和铝基碳化硅盘可以获得较好的刀具质量。而铜基碳化钨盘通过促进单晶金刚石的氧化反应,在刃磨后获得的刀具刃口半径稳定在1μm以内。(4)利用铜基碳化钨盘优化参数加工的单晶金刚石微细刀具,获得的刃口放大5000倍依然完整,轮廓度0.1μm。车削铝合金棒料直接获得已加工表面粗糙度为Ra42nm。
【关键词】：单晶金刚石 刃磨 研磨 微细制造 精密加工
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG71;TG580.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 金刚石材料特性及应用13-17
• 1.2.1 金刚石性能14-15
• 1.2.2 金刚石大单晶获取15-16
• 1.2.3 金刚石应用领域16-17
• 1.2.4 单晶金刚石刀具制作要求17
• 1.3 单晶金刚石加工技术研究现状与分析17-19
• 1.3.1 单晶金刚石加工方法17-18
• 1.3.2 单晶金刚石刀具研究现状18-19
• 1.3.3 单晶金刚石刀具发展空间19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 单晶金刚石刀具刃磨工艺分析21-29
• 2.1 单晶金刚石加工机床性能指标21
• 2.2 单晶金刚石刀具制作21-25
• 2.2.1 单晶金刚石材料的准备21-23
• 2.2.2 刀体材料23
• 2.2.3 固定方式23-25
• 2.3 系统与加工方式选择25-28
• 2.3.1 测试系统选择25-26
• 2.3.2 砂轮修整26
• 2.3.3 加工方式26-27
• 2.3.4 单晶金刚石破坏判定27
• 2.3.5 刀具清洗27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 单晶金刚石微型刀具机械刃磨试验29-46
• 3.1 单晶金刚石刀具机械刃磨试验方案29-31
• 3.1.1 试验准备29
• 3.1.2 试验方案29-31
• 3.2 试验结果与分析31-36
• 3.2.1 试验数据与分析31-34
• 3.2.2 单晶金刚石刀具表面形貌34-35
• 3.2.3 单晶金刚石刀具刃口形貌35-36
• 3.3 机械刃磨材料去除机理研究36-40
• 3.3.1 机械刃磨单晶金刚石破坏形式37-39
• 3.3.2 机械刃磨单晶金刚石去除机理39-40
• 3.4 机械刃磨效果评价40-41
• 3.5 摩擦辅助试验41-45
• 3.5.1 磨料配置41
• 3.5.2 磨料对加工过程的影响41-43
• 3.5.3 磨料对加工表面的影响43-44
• 3.5.4 磨料对加工声音的影响44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 单晶金刚石刀具化学机械复合刃磨试验46-63
• 4.1 单晶金刚石刀具复合刃磨试验46-51
• 4.1.1 磨盘材料的选择46-47
• 4.1.2 试验方案47
• 4.1.3 研磨盘表面形貌47-48
• 4.1.4 刀具研磨结果48-50
• 4.1.5 刀具刃口及表面形貌50-51
• 4.2 单晶金刚石材料去除机理分析51-53
• 4.3 铜基碳化钨盘刃磨试验53-58
• 4.3.1 试验参数53-54
• 4.3.2 数据结果与分析54-56
• 4.3.3 试验结果与分析56-58
• 4.3.4 铜基碳化钨盘刃磨过程58
• 4.4 化学机械复合刃磨效果评价58-59
• 4.5 单晶金刚石微细刀具切削加工试验59-62
• 4.5.1 单晶金刚石微细刀具车削试验59-60
• 4.5.2 单晶金刚石微细刀具铣削试验60-62
• 4.5.3 单晶金刚石微细刀具评价62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文70

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本文编号：928233