毕业论文：新型金刚石磨盘的加工性能评价

本科毕业设计论文

新型金刚石磨盘的加工性能评价

专 业: 机械工程及自动化
所在学院: 机电及自动化学院

摘 要
利用基于电磁悬浮熔炼技术的实验装置，在保护气体中高温悬浮熔炼合金，并在重力作用下使合金滴落在排布有金刚石的载物台上，在短时间内反应结合。以这种方式减少金刚石受到的热损伤，加强合金对金刚石的把持力，提高了金刚石磨具的机械加工性能。采用铣削方式评价新连接方式金刚石磨具，针对磨耗实验要求设计相应的金刚石磨具和磨耗实验平台，并对金刚石磨粒的形貌状态跟踪观察，统计分析实验结果，得知金刚石磨粒在磨耗过程中一般有五种状态出现：完整、磨平、微观破碎、宏观破碎、断裂，而且不是每颗金刚石磨粒都会出现全部五种状态，金刚石磨粒形貌变化呈随机分布。大部分金刚石磨粒会在经过一定阶段磨耗之后以宏观破碎和断裂两种状态失效。由此得出：对比其它方式制备的金刚石磨具，新连接方式金刚石磨具具有对金刚石把持力强等优点，而且具有更优秀的机械加工性能。
关键词: 金刚石 电磁悬浮熔炼 磨耗评价 磨粒形貌






























Abstract
Used an e*perimental facility based on electromagnetic suspension smelting technology to smelting suspending metal in the high temperature under the protection of gas, and make the suspended melting alloy dropped on the matri* where on arrangement of the diamonds, in a short time, reaction combined. In this way, reduce heat damage by diamond, stre
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结合试样制备过程9
2.2.3 新连接方式金刚石磨具结构设计10
2.2.4 新连接方式金刚石磨具制备11
2.3 基于真空钎焊技术实验装置简介11
2.3.1 真空钎焊技术11
2.3.2 钎焊炉加热工艺12
2.4 钎焊方式金刚石磨具制备13
2.5 本章小结14
第三章 金刚石磨具磨耗实验条件15
3.1 金刚石磨具磨耗实验方案的确定15
3.1.1 磨耗实验平台设计方案的确定15
3.1.2 磨耗实验平台零部件的选用16
3.2 金刚石磨具磨耗实验17
3.2.1 实验原理及目的17
3.2.2 实验设备与内容17
3.2.3 实验过程19


3.3 本章小结20
第四章 金刚石磨具磨耗实验结果及分析21
4.1 新连接方式金刚石磨具磨耗实验结果及分析21
4.1.1 新连接方式金刚石磨具磨耗结果21
4.1.2单颗金刚石磨粒磨耗状态跟踪分析22
4.1.3 金刚石磨粒状态变化统计结果分析25
4.1.4 工件材料去除状态28
4.1.5 新连接方式金刚石磨具的机械加工性能29
4.2 真空钎焊方式金刚石磨具磨耗结果及分析29
4.3 本章小结30
第五章 结论与展望31
5.1 结论31
5.2 展望31
致谢33
参考文献34


第一章 绪 论
1.1 金刚石磨具的发展现状及前景
1.1.1 磨料磨具简介
磨具按原料来源分类，有天然金刚石磨具和人造磨具两类。
机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、磨头、油石，砂瓦(以上统称固结磨具)和涂附金刚石磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。固结磨具按所用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料，后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如烧结刚玉磨具等。普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的磨具。
磨料、结合剂和气孔这三部分称为固结磨具的三要素。磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的金刚石磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用，并可容纳冷却液，有助于磨削热量的消散。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些填充剂，如硫黄和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第四要素。表示普通磨料固结磨具特征的项目有：形状、尺寸磨金刚石料、粒度、硬度、组织和结合剂。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，从磨具表面脱落的难易程度，它反映了结合剂把持磨粒的强度。磨具的硬度主要取决于结合剂加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易脱落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等级一般分为超软、软、中软、中、中硬、硬和超硬七大级，从这些等级中还可再细分出若干小级。测定金刚石磨具硬度的方法，较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法和喷砂硬度计测定法[1]。?
在磨削加工中，若被磨工件的材质硬度高，一般选用硬度低的磨具；反之，则选用硬度高的磨具。
超硬磨料固结磨具主要是由金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结成的磨具。由于金刚石、立方氮化硼的价格高、具有很好的耐磨性能，用它们制造的固结磨具与普通磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有过渡层和基体。超硬磨料层是起切削作用的部分，由超硬金刚石磨料和结合剂组成。基体是在磨削中起支托作用的，由金属、电木或陶瓷等材料组成。过渡层用于连接基体和超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。常用的结合剂有树脂、金属、电镀金属和陶瓷等。?
金属结合剂磨具的制造工艺有粉末冶金法和电镀法两种，主要用于超硬磨料固结磨


具。粉末冶金法以青铜等为结合剂，混料后采用热压或在室温条件下加压成型，然后烧结加工。电镀法以镍或镍钴合金等为电镀金属，按电镀工艺将磨料固结在基体上，制成磨具。特殊品种的磨具有烧结刚玉磨具和纤维磨具等。烧结刚玉磨具是用氧化铝微粉和适量的氧化铬混合、成型，在1800℃左右烧结制成。这种磨具结构紧密，有较高强度，主要用于加工钟表、仪表等零件[2]。
1.1.2 国外金刚石磨具的发展状况
近年来，金刚石磨具在石材加工工业所有领域中的应用稳步地增长。这一增长的动力主要是来自金刚石合成技术、工具制造技术和机床设计的改进和完善，使成本得到全面降低。这些改进使石材的利用率和产量从初始的开采阶段到最终的加工都得到明显的提高。同时，金刚石磨具技术的进步也全面影响了金刚石消费量的增加，并使各种现行的和最新开发的加工工艺代替了传统的磨具。
1872年，在美国出现了用天然磨料与粘土相结合烧成的陶瓷砂轮；1900年前后，人造磨料问世，采用人造磨料制造的各种磨具相继产生，为金刚石磨削和磨床的快速发展创造了条件。此后，天然磨具在磨具中所占比例逐渐减少。?1954年在美国合成了人造金刚石，1957年又合成了立方氮化硼(CBN)，人造金刚石和CBN合称为超硬材料，作为磨料也称为超硬磨料。?用人造金刚石制成的锯片 、磨块等磨具为石材加工业开辟了广阔前景，陶瓷结合剂CBN砂轮在汽车、轴承、航空航天工业中更得到了广泛的应用.人造金刚石和CBN的聚晶、拉丝模及复合片为钻头和刀具的制造创造了巨大的发展空间。
1.1.3 国内金刚石磨具的发展状况
我国的磨料磨具工业在1948年以前，只有一个由日本人在东北苏家屯1942年建的作坊式小厂，名“株式会社满洲吴制砥所”，即后来的“第一砂轮厂”(现已破产)，当时采用泥浆浇铸成型，上世纪50年代，在苏联专家帮助下废除了浇注法，完全改用半干料压型法，后来我们发现到60年代瑞士仍有泥浆浇铸成型的砂轮出口，我国第二砂轮厂(现白鸽股份)也还一直有部分浇注法成型的产品，可能泥浆浇铸成型的砂轮在制造细粒度磨螺纹砂轮等产品上仍有一定的特点。1963年我国研制成功人造金刚石，此后又合成了CBN，并且研制出金刚石合成设备，其总压力从最初的3600吨已发展到目前的22000吨，现每年生产超硬材料约45亿克拉；各种超硬材料制品，如聚晶、复合片、拉丝模、锯片、钻头、刀具、各种砂轮和滚轮等也有很大产量，特别是陶瓷结合剂CBN砂轮现在有很快的发展趋势。每年出口超硬材料约10多亿克拉，出口各种超硬材料制品约15000吨。?自改革开放以后我国的涂附磨具生产也有了极大的发展变化，从主要生产页状产品转向引进技术发展品种，目前已能生产一些高档砂袋和各种不同类型涂附磨具制品；每年出口涂附磨具产品近4万吨。?总之，我国研磨行业有着悠久的历史渊源。真正意义上的研磨行业经过近代几十年的发展，到目前我国也已是一个磨料磨具工业生

产和消费大国，但对高端磨料产品和特殊磨具品种的研制还与国外存在一定的差距，因此这还需要国内行业同仁付出一定的努力，完成我国从磨料磨具大国向磨料磨具强国的转变。
1.2金刚石磨具评价方法简介
目前常用的金刚石工具主要有电镀和粉末烧结两种方式，金刚石颗粒主要依靠结合剂材料的机械夹持力镶嵌于结合剂中，由于把持力低，在硬脆材料加工中金刚石易脱落，极大影响了金刚石工具性能优势的发挥。近年来国内外学者提出用高温钎焊法制作单层金刚石工具，通过钎料和金刚石之间的化学冶金结合来实现钎料对金刚石高的结合强度，已有的研究主要集中在钎焊工具的制备工艺、金刚石界面的微结构等方面，而对钎 ……（未完，全文共22292字，当前仅显示4009字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：新型金刚石磨盘的加工性能评价》）