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1、南京航空航天大学硕士学位论文金刚石钎焊砂轮磨削工程陶瓷的试验研究姓名：贠自明申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：徐鸿钧20070101南京航空航天大学硕士学位论文 i摘 要 磨料粒度为 40/50 目的单层钎焊金刚石工具多用于石材等硬脆材料的粗加工。本论文应用高温真空钎焊工艺，用 140/170 目金刚石磨料，研制成功了磨削工程陶瓷用单层钎焊金刚石砂轮。论文所完成的有新意的工作可以归纳如下： 1） 研制成功了一种新型的单层钎焊金刚石镶块砂轮，包括镶块砂轮结构的创新设计，细粒度磨料的二次焊工艺，磨料的优化排布等。 2） 完成了新研制镶块砂轮工作面回转精度调控的研究， 包括钎焊磨料
2、前，镶块的在线整体修整试验，以消除镶块转动时的径向跳动；采用筛选方式进一步减小金刚石磨料公称尺寸的分散度，提高金刚石砂轮磨料的等高性；采用临界接触法对单层钎焊砂轮表面磨料进行微量修整，并使用测力仪检测修整状况，以最终控制砂轮径向跳动量。 3） 进行了单层金刚石钎焊砂轮磨削氧化锆陶瓷的加工性能试验研究。通过分析磨削力，考察钎焊砂轮的锋利性，并用磨削力比和磨削比能说明砂轮磨削工程陶瓷的难易程度；借助扫描电镜观察工程陶瓷磨削表面形貌；通过砂轮磨损试验，分析金刚石的磨损形式。 本论文的工作既继承了 40/50 目金刚石钎焊砂轮的工艺优势， 又提高了加工精度，拓宽了单层金刚石钎焊工具的应用领域，对今后研
3、制粒度更为细小的金刚石钎焊砂轮也具有重要的启迪作用。 关键词：金刚石，高温钎焊，砂轮，工程陶瓷，磨削 金刚石钎焊砂轮磨削工程陶瓷的试验研究 ii Abstract All around the world, the grains of brazed monolayer diamond tools are mostly 40/50 mesh, which are used to coarsely machining hard brittle materials such as stone industry field. This papers focus on development of br
4、azed monolayer 140/170 mesh diamond grinding wheels used to grind engineering ceramics, dressing the uniform grain height and arrangement of grains. The main creative contents in this paper are as follows: 1) A new segmented grinding wheel of the brazed monolayer diamond was developed with a defined
5、 grains pattern on the wheel surface. It includes the process of high temperature vacuum brazing, which include the secondary soldering and brazing processes, grain arrangement. 2) There are some effective methods to choose to improve the rotational accuracy of grinding wheel. The physical sieving m
6、ethod was used to optimize the size distribution of Diamond abrasive particle. Grinding experiments on 45 steel segment workpieces were carried out to decrease radial jumpiness with green carborundum grinding wheel pre-brazing. Brazing layer was dressed for a higher spindle of the hub before brazed
7、diamond. Moreover, brazed diamond wheels with defined distribution patterns was conditioned by touch-dressing method so that grit tips get micro-conditioned and allow the underlying grits to participate and consequently improve the quality of finish. 3) Results of grinding zirconia using brazed segm
8、ented diamond wheel were presented. The experiment results showed that the grinding forces ratio becomes higher with the increasing of the specific material removal rate and the specific energy falls with the maximum undeformed chip thickness removal rate during grinding zirconia process. All the gr
9、ound surfaces of zirconia were generated by the combined removal modes of brittle and ductile. Furthermore, the grits of the brazed diamond grinding wheel failed mainly in attritious wear modes other than pull-out ones in conventional electroplated and sintered diamond tools. 南京航空航天大学硕士学位论文 iiiThe w
10、ork accomplished in this paper, to a certain extent, not only succeeded to process advantages of brazed monolayer 40/50 mesh diamond grinding wheels, but also improved grinding accuracy, broaden the applications of brazed monolayer diamond tools and contributed to further develop precision brazed di
11、amond tools. Keywords： Diamond, High temperature brazed, Grinding wheel, Engineering ceramics，Grinding 金刚石钎焊砂轮磨削工程陶瓷的试验研究 vi 图 清 单 序号 图 名 页码图 1.1 单层钎焊金刚石砂轮 4图 2.1 Ni-Cr 合金钎焊金刚石示意图 6图 2.2 金刚石钎焊镶块砂轮的基体结构图 9图 2.3 气-液-固界面示意图 10图 2.4 钎焊工艺流程图 11图 2.5 VOQ2-40 双室油淬加压气冷真空炉 12图 2.6 磨粒排布方式示意图 13图 2.7 砂轮表面磨粒形貌
12、14图 2.8 砂轮装配后镶块图 14图 2.9 砂轮装配图 14图 2.10 工件的固定图 16图 3.1 磨料的分布比例图 18图 3.2 磨粒测量时长短轴示意图 18图 3.3 测量金刚石磨粒的尺寸图片 18图 3.4 筛选后磨粒的粒度实测分布 20图 3.5 金刚石磨粒的正态统计分布 22图 3.6 金刚石笔修整 SiC 砂轮 22图 3.7 SiC 砂轮在线修整镶块 22图 3.8 单颗金刚石磨粒出露高度三维图 23图 3.9 多颗金刚石磨粒出露高度三维图 23图 3.10 轮廓算术平均偏差 Ra 示意图 24图 3.11 平均峰谷深度 Rz 曲线示意图 25图 3.12 树脂结合剂
13、砂轮磨削示意图 26图 3.13 钎焊砂轮磨削示意图 26图 3.14 磨粒磨削微观示意图 26图 3.15 微观修整提高砂轮磨粒等高性示意图 26南京航空航天大学硕士学位论文 vii图 3.16 钎焊单层金刚石镶块砂轮 27图 3.17 修整金刚石砂轮试验装置 27图 3.18 端面砂轮修整器 27图 3.19 微修整单晶金刚石砂轮 27图 3.20 修整过程中法向磨削力信号 28图 3.21 磨削表面横向粗糙度变化曲线 29图 3.22 磨削表面平均峰谷深度变化曲线 29图 3.23 最大粗糙度深度变化曲线 29图 3.24 法向磨削力变化曲线 30图 3.25 径向磨削力变化曲线 30图
14、 3.26 接触式修整钎焊金刚石砂轮磨削工程陶瓷 横向粗糙度效果图 31图 4.1 镶块砂轮磨削工程陶瓷试验装置示意图 34图 4.2 磨削力随磨削深度的变化图 35图 4.3 磨削力随砂轮速度的变化图 35图 4.4 磨削力随工件速度的变化图 36图 4.5 单位时间内单位砂轮宽度上材料磨除率与单位磨削宽度 法向磨削力曲线 36图 4.6 单位时间内单位砂轮宽度上材料磨除率与单位磨削宽度 切向磨削力曲线 36图 4.7 单位时间内单位砂轮宽度上材料磨除率与磨削力比曲线 37图 4.8 工程陶瓷的磨削比能和最大切削深度的关系 38图 4.9 金刚石的磨耗磨损 39图 4.10 金刚石磨粒的不同
15、破坏形式 40图 4.11 工程陶瓷磨削表面形貌 42图 4.12 工程陶瓷磨削表面形貌 42图 4.13 工程陶瓷磨削表面形貌 43图 4.14 工程陶瓷磨削表面形貌 43图 4.15 工程陶瓷磨削表面形貌 43图 4.16 工程陶瓷磨削表面形貌 44金刚石钎焊砂轮磨削工程陶瓷的试验研究 viii 图 4.17 工程陶瓷磨削表面形貌 44图 4.18 树脂结合剂砂轮修整图 45图 4.19 树脂结合剂砂轮磨削图 45表 清 单 序号 表 名 页码表 2.1 基体材料的力学性能 8表 2.2 陶瓷材料的物理机械性能 15表 3.1 YK-7 型过筛后磨粒频率分布 19表 3.2 YK-7 型金
16、刚石磨粒 K-S 法概率统计数据 21表 3.3 砂轮修整参数表 28表 4.1 单层钎焊 140/170 目金刚石镶块砂轮磨削试验条件 333承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 尽我所知， 除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允许论文被查阅和借阅， 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1第一章 绪 论 1.1 磨削工程陶瓷用金刚石固结磨具的研究现状 工程陶瓷材料有许多金属材料无法比拟的优越性， 使它在现代工业和科学技术领域得到了广泛应用，目前工程陶瓷材料
