短脉冲激光微结构化粗粒度青铜金刚石砂轮试验研究

发布时间：2017-10-04 13:56

  本文关键词：短脉冲激光微结构化粗粒度青铜金刚石砂轮试验研究

  更多相关文章： 微结构化 粗粒度 短脉冲激光 青铜结合剂金刚石砂轮 磨削性能

【摘要】：金刚石砂轮在硬脆材料的磨削加工中应用广泛,细粒度金刚石砂轮磨削时可获得高质量的工件表面,但往往存在磨削效率低、修整频繁等缺点,粗粒度砂轮磨削效率高,但磨削工件表面质量相对较差。探索粗粒度砂轮结构化新工艺,实现粗粒度砂轮高效高质量磨削技术,具有远大的发展前景与应用价值。鉴于此,本文设计并搭建了一套以脉冲紫外激光为光源,可实现青铜金刚石砂轮表面微结构化的试验平台,采用激光加工的方法、基于激光烧蚀原理,围绕紫外激光微结构化60#青铜金刚石砂轮技术开展了一系列试验。具体包括以下工作:(1)分析了60#青铜金刚石砂轮表面微结构化沟槽宽度与深度的选定原则,试验研究了激光功率密度、激光道数与道间距、激光光斑重叠率、激光循环扫描次数对微结构化效果的影响。结果表明,提高激光功率密度可以获得更高的微结构化效率;激光道数与道间距对微结构化沟槽宽度起关键作用;激光光斑重叠率对磨粒微结构化沟槽底部质量产生明显影响;激光循环扫描次数对微结构化沟槽深度起关键作用。(2)分析了砂轮表面微结构化沟槽宽度与深度对微结构化沟槽形成过程的影响规律。当沟槽深度一致时,沟槽宽度越小,沟槽深度增加越慢,沟槽形成速度越慢;当沟槽宽度一致时,沟槽深度越大,沟槽深度增加越慢,沟槽形成速度越慢。(3)开展了激光微结构化沟槽密度与沟槽角度的对比试验,观测了不同沟槽密度下砂轮表面金刚石磨粒状态,对不同沟槽角度下磨削工件的表面粗糙度进行了对比。结果表明,微结构化沟槽密度过小或过大都会引起不良微结构化磨粒比例的增加,本试验条件下最佳沟槽密度为27.5%;当沟槽角度为0°或者90°时,工件表面质量较差。(4)制备了两种不同表面图案的微结构化砂轮,以YG8硬质合金为工件,开展了与非结构化金刚石砂轮的磨削对比试验。结果表明,与非微结构化砂轮相比,采用激光微结构化后的金刚石砂轮磨削工件表面的滑擦痕迹更浅更均匀,微观形貌更好,工件表面粗糙度值更低,但是结构化砂轮的耐磨性有一定程度降低。
【关键词】：微结构化 粗粒度 短脉冲激光 青铜结合剂金刚石砂轮 磨削性能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 符号表13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 青铜金刚石砂轮15
• 1.3 砂轮的结构化15-16
• 1.4 砂轮结构化国内外研究现状16-20
• 1.5 本文研究内容及目标20-22
• 第2章 短脉冲激光微结构化砂轮试验平台搭建22-30
• 2.1 前言22
• 2.2 砂轮表面激光微结构化原理22
• 2.3 脉冲紫外激光器扫描系统22-25
• 2.3.1 紫外激光器22-24
• 2.3.2 振镜式激光扫描系统24-25
• 2.4 平面磨床25-26
• 2.5 光纤激光器26
• 2.6 微结构化试验平台26-27
• 2.7 主要测试仪器27-30
• 2.7.1 超景深三维显微镜27-28
• 2.7.2 精密粗糙度测试仪28
• 2.7.3 视频显微镜28-30
• 第3章 短脉冲激光微结构化工艺参数研究30-47
• 3.1 前言30
• 3.2 试验装置与材料30-32
• 3.2.1 试验装置30-31
• 3.2.2 试验材料31-32
• 3.3 砂轮表面激光微结构化沟槽的设计32-35
• 3.3.1 微结构化沟槽宽度与沟槽深度的选择32-33
• 3.3.2 微结构化沟槽宽度与沟槽深度的测量方法33-34
• 3.3.3 微结构化沟槽的影响因素34-35
• 3.4 试验结果与讨论35-45
• 3.4.1 激光功率密度对微结构化效果的影响35-37
• 3.4.2 激光道数与道间距对微结构化效果的影响37-40
• 3.4.3 激光光斑重叠率对微结构化沟槽质量的影响40-43
• 3.4.4 循环扫描次数对微结构化沟槽深度的影响43-44
• 3.4.5 微结构化沟槽宽度与沟槽深度对沟槽形成过程的影响分析44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 激光表面微结构化砂轮的制备与磨削试验研究47-61
• 4.1 前言47
• 4.2 试验部分47-50
• 4.2.1 试验材料与装置47-49
• 4.2.2 试验方案设计49-50
• 4.3 激光表面微结构化金刚石砂轮的制备50-56
• 4.3.1 微结构化沟槽密度分析50-53
• 4.3.2 微结构化沟槽角度分析53-55
• 4.3.3 两种激光表面微结构化金刚石砂轮的制备55-56
• 4.4 表面激光微结构化金刚石砂轮磨削对比56-60
• 4.4.1 工件表面微观形貌对比56-57
• 4.4.2 工件表面粗糙度对比57-58
• 4.4.3 砂轮磨削比对比58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录68

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本文编号：970982