金刚石团粒的制备工艺及其在树脂磨具中的应用

作     者：安阵 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵玉成;刘刚

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：团粒 树脂磨具 磨削比 磨削效率 

摘      要：金刚石磨具因具有磨削效率高、精度高、无污染等优点被人们广泛应用在工业制造中。金刚石磨具使用的金刚石磨料一般是颗粒度大小在几微米到几十微米之间较小的颗粒,因为这种颗粒度的磨料不仅抛光性能较好,而且不易在工件表面造成较深的划痕,通常被人们应用到材料的高精度加工中;但是使用这种磨料的磨具常常会有自锐性差、使用寿命短、无法对金刚石充分利用的问题,因此如何提高金刚石磨粒的利用效率已经成为人们研究的重点。普通金刚石磨具大多是通过金刚石微粉用陶瓷结合剂或树脂结合剂或金属结合剂混合,成型后经高温烧结而成,普遍存在上述问题。本文采用将金刚石微细粉同陶瓷结合剂和一些粘结剂混合制备出粒度相对较大的金刚石团粒,然后使用这种金刚石团粒来制备树脂磨具,研究影响金刚石团粒强度的各种因素和金刚石团粒的引入量和颗粒度大小对磨具使用性能的影响。使用磨削性能测试仪、扫描电镜(SEM)、粗糙度测试仪、洛氏硬度仪等对相关指标进行表征。结果表明:(1)金刚石团粒中金刚石的占比、烧结温度、粒度和临时粘结剂对团粒的强度都有影响。在金刚石团粒中,金刚石的体积占比为50%时团粒的强度最高,破碎率为5%;结合剂含量提高也会使整体团粒的颗粒度偏大;烧结温度对团粒的强度影响很大,当烧结温度为650℃时,团粒的强度达到最大,破碎率仅为4.5%;团粒的颗粒粒度越小,强度越大;临时粘结剂的不同只对烧结前的团粒强度有较大影响,经过高温烧结后,几乎无影响。(2)与采用原始金刚石微粉的树脂结合剂磨具对比,分别使用金刚石体积比为37.5%,50%,62.5%的金刚石团粒制备树脂磨具,结果表明相对于未引入团粒的磨具,后者的性能有较大幅度的提升,其中使用金刚石体积比为50%的金刚石团粒的磨具性能表现最好,磨削比和磨削效率分别达到了138.7和6.13g/h;抗折强度和硬度分别为119MPa和82HRB;工件表面粗糙度(Ra)降到了0.222μm。(3)使用表现较好的金刚石体积比为50%的不同粒度的团粒制备树脂磨具,考察团粒不同粒度对磨具性能的影响。金刚石团粒粒度分为100/120、120/140、140/170、170/200四种粒度,发现随着引入量的增加,磨具的磨削比和磨削效率都出现了先增大后减小的趋势,其中140/170粒度的金刚石团粒在体积引入量为30%时磨削比和磨削效率达到最高,分别为150和6.82g/h;使用不同粒度的金刚石团粒相对使用混合粒度的金刚石团粒时硬度和抗折强度提升不大;工件表面粗糙度最高可降到0.213μm。