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毕业论文:钎焊微粉金刚石铣磨工具加工工程陶瓷的温度特性研究

发表时间:2014/5/3 11:19:19

毕 业 论 文
钎焊微粉金刚石铣磨工具加工工程陶瓷的温度特性研究

摘要
随着现代加工技术的迅速发展,具有优良性能的工程陶瓷等硬脆性材料的磨削加工技术己成为普遍关注的焦点。铣磨加工作为一种特殊的磨削加工方法,是加工工程陶瓷等硬脆性材料的一种新方法。磨削温度是铣磨过程中的主要参数,反映铣磨过程的基本特征之一,其大小直接影响铣磨刀具寿命和工件表面质量及产生表面的损伤。本论文即是采用自制的钎焊微粉金刚石铣磨工具铣磨加工先进陶瓷,并对这一新加工方法的铣磨加工温度进行研究,探讨其温度特性。通过用钎焊微粉金刚石铣磨刀具对Al2O3陶瓷进行铣磨实验,采用不同的实验参数,综合探讨Al2O3陶瓷铣磨加工过程中的磨削温度。实验中采用热电偶测温法测量Al2O3陶瓷铣磨加工过程中的磨削温度。研究结果表明:Al2O3陶瓷的磨削温度随着机床主轴,工件进给速度和切削深度的增大而升高。
关键词:Al2O3陶瓷,铣磨,温度,实验
ABSTRACT
With the rapid development of modern processing technology, the e*cellent properties of engineering ceramics and other brittle materials grinding technology has become the focus of widespread concern. Milling process as a special grinding method is a new method of process engineering ceramics and other brittle materials. Grinding temperature is the main parameters of the milling process to reflect the basic characte
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削温度研究状况综述
1.1.1磨削热模型的研究进展
在陶瓷加工中,使用金刚石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法, 占所有加工工艺的80%[1]。在工程陶瓷材料的磨削过程中,陶瓷材料的热导率都非常低,其磨削基本上都采用金刚石砂轮。通常认为,工程陶瓷磨削加工过程中几乎所有的磨削能均在磨削弧区转化为热量,引起磨削温度的升高。研究表明磨削过程中的磨削热主要是由于磨粒与工件间的相互滑擦引起的。磨削区温度对工程陶瓷材料的去除机理有很重要的影响。所以为了便于进行磨削热的理论分析,建立一个适当的热量模型是非常重要的。
国外发展概况:1942年,J. C. Jaeger首先提出了移动热源理论,对于表面切削、磨削过程来说,移动热源模型是一个很好的理论基础。1952年,由Outwater和Shaw首先采用Jaeger的移动热源理论,对热现象进行了解释,同时采用了热电偶测温方法进行了实验验证,实验得出只有一部分磨削能像带热源一样,在磨削过程中作用于工件上。1970年,Des. Ruisseau*和Zerkle扩展了Jaeger模型,在热模型上叠加了冷却剂在磨削表面的冷却效果。1974年S.Malkin和Anderson对金属材料的磨削热理论进行了详细的阐述,认为切屑变形能中的剪切能大约等于每单位体积工件金属材料的熔化能;几乎所有的耕犁能和滑移能都以热能的形式传入工件,而切屑变形的能量仅有55%传入工件。这种基于磨削能量分配的研究结果,得到了许多学者的承认和证实。1975年Verkerk通过测量热波动,研究了在磨削中真正的接触长度Lc,发现真正的接触长度比所计算出的几何尺寸值大得多。1988年Rowe和Pettit采用先前的方法,考虑了冷却剂和切屑传递热量的因素,以改变作用在磨粒-工件之间的能量分配。1989年Lavine、Malkin和Jen在参考了其它论文后提出热传导到砂轮的解决办法,并引入磨损平面区域磨削能的分配比值,有效地把所吸收的磨削能分解为所占总热传导量的百分数[2]。
国内发展概况:我国学者在磨削热的理论和实验2个方面作了许多有益的工作。1964年,贝季瑶先生考虑到在砂轮与工件的接触弧上,磨粒的磨削厚度不一致的特点,认为磨削接触区热源的发热功率不可能均匀分布,提出了三角形分布运动热源模型的理论,实践证明,这个理论是比较符合实际的。另外,侯镇冰、温小敏、徐鸿钧和童宪超等人在理论研究方面也做了一些工作[2]。
1.1.2陶瓷磨削温度研究中的理论分析方法
磨削温度的求解主要有以下两种方法[1]: ①基于移动热源理论的近似解析法; ②基于离散数学的数值解法,例如有限元法。
用于高效深切磨削温度解析法中的热源模型有圆弧热源模型[1]。高效深切磨削中,比较常用的是三角形分布热源模型[3],运用该模型计算的结果与实测的结果更加接近,因而精度更高。
在复杂的磨削热源形状和复杂的工件形状以及反映磨削温度场的动态变化等方面,有限元法是一种很好的手段。目前,基于试验的陶瓷磨削温度场三维有限元动态仿真是研究的前沿[4]。
1.1.3 陶瓷磨削温度测量技术
磨削的复杂性使得磨削温度的研究很大程度上依赖于试验。然而,磨削温度的测量到目前为止仍是一项不成熟的技术,目前比较可靠的测温方法有热电偶测温法和红外测温法两种。
1) 热电偶测温法
到目前为止,热电偶测温法是能够进入磨削区直接测量的唯一的方法。
优点:测量方法直接,且较容易,能够直接测量磨削区的温度;
缺点:由于陶瓷属于脆性材料,大切深磨削过程中材料主要以脆性崩碎方式去除,很难使热电偶薄膜在加工中形成良好接触,因此,热电偶方法测量温度的精度不能保证。在高速高效磨削加工时工件速度很高,热源对热电偶的作用时间很短,热电偶由于本身的热惯性不可能达到热平衡时的温度,这时热电偶必须动态标定[11,12]。
2) 红外测温法
优点:相对于热电偶测温法,该方法灵敏度高、反应速度快。
缺点:该方法的缺点是不能进入磨削区测量,只能测到已加工表面上尽可能靠近磨削区位置的温度,并且磨削液、气流以及磨屑都会对其造成影响,其系统又较为复杂,红外热像仪价格也较昂贵。
可见,热电偶测温法虽然能够进入磨削区,但其准确性有待提高;而双色红外测试系统准确性高,但不能进入磨削区进行测试。所以,综合运用这两种方法来测试磨削温度,有可能获得好的结果。当然,探索新的、准确的、能够进入磨削区的
高速高效陶瓷材料磨削温度的测试方法是研究重点[8]。如用红外探测器收集切屑的热辐射的方法来测量磨削温度就是一个创新[7]。
1.1.4陶瓷磨削温度研究的发展趋势
目前,磨削是工程陶瓷材料最常用的加工技术,为了提高磨削加工的效率、降低加工成本,采用高效磨削加工陶瓷为大势所趋。
针对于陶瓷加工的技术发展趋势,其磨削温度的研究仍是一个重大的研究难点。其大致的发展趋势有如下:
1) 磨削温度在陶瓷材料的高速高效磨削中的作用尚需进一步研究,如对于磨削热造成的工件和砂轮热损伤还有待进一步验证,同时对于磨粒点温度的测量和解析也待进一步完善。
2) 磨料、工件材料热特性数据库的完善。
3) 综合考虑工件、砂轮磨料、磨削液、磨屑等对磨削温度的影响,建立完善的高速高效陶瓷磨削温度理论模型。
4) 新的、准确的陶瓷材料高速高效磨削温度的测试方法。
5) 能够综合反映不同磨削过程的热模型及能对陶瓷磨削温度进行动态仿真软件的开发。
6) 开展智能化陶瓷磨削温度的研究[9],在加工中控制磨削温度,以满足陶瓷高效磨削加工的目标。
1.2 陶瓷铣磨研究:
铣磨是一个相对较新的概念并且也被越来越多的人所接受,其大致的定义为:刀具对工件进行加工时,具有磨削加工中多刃切削的特点,同时又具有和铣削加工相似的加工路线,可以用于曲面,孔,槽的加工,在获得较高加工效率的同时,得到良好的加工表面质量的加工方法。
目前关于铣磨的研究还是非常少的,这种加工方式的提出与陶瓷材料的加工密切相关。众所周知,由于陶瓷材料的硬度高和高脆性导致其在众多领域中的运用受到了很大的限制。而陶瓷材料的加工方式也相对较单一,目前运用广泛的加工方法有平面磨削,无心外圆磨削,内圆磨和外圆磨削等。其加工的机床大部为磨床。但现在各种领域对陶瓷材料加工的要求也越来越高,而不仅仅只是加工简单形貌的陶瓷工件,陶瓷工件的形状也日趋复杂。对于这种趋势,目前的加工方式已经慢慢的不能满足这种需求。铣磨这种加工方式兼顾铣削和磨削的特点,所以在陶瓷材料加工领域有很好的运用前景。立式铣磨和卧式铣磨两种加工方式:
图1.1立式铣磨加工示意图 图1.2卧式铣磨加工示意图(铣磨盘)

陶瓷材料的加工大部分采用金刚石刀具,其中使用最广泛的莫过于金刚石砂轮,所以陶瓷铣磨加工的一个重点就是刀具。目前陶瓷铣磨研究的重点难点是新型刀具的开发,以上为陶瓷铣磨研究的现状浅述。
1.3 陶 ……(未完,全文共20665字,当前仅显示3717字,请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文:钎焊微粉金刚石铣磨工具加工工程陶瓷的温度特性研究》