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cbn-wc-10co刀具材料的电火花线切割机理

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中国机械工程 2015年第12期26卷 1645-1651页

作者：毛聪孙小丽卢继张健长沙理工大学长沙410114 工程车辆安全性设计与可靠性技术湖南省重点实验室长沙410114

采用电火花线切割方法对cbn-wc-10co刀具材料进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了切割试件截面和表面的显微形貌并进行了成分分析。从微观角度分别研究了cbn颗粒和硬质合金基体的材料去除机理,分析了cbn-wc... 详细信息

采用电火花线切割方法对cbn-wc-10co刀具材料进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了切割试件截面和表面的显微形貌并进行了成分分析。从微观角度分别研究了cbn颗粒和硬质合金基体的材料去除机理,分析了cbn-wc-10co刀具材料的电火花线切割热损伤情况。研究结果表明:cbn-wc-10co刀具材料的电火花线切割材料去除机理主要是通过放电通道产生的高温使材料局部区域熔化或者气化,在放电爆炸力作用下被抛出熔池,同时放电爆炸力使部分cbn颗粒直接从硬质合金基体脱落,形成凹坑;黏结剂金属钴因其导电性好、熔点和沸点低而容易被过量去除,导致wc颗粒因失去支撑结构而从表层脱落,且放电通道内产生的爆炸冲击波也会造成wc边缘局部碎裂。

关键词： cbn-wc-10co 刀具材料电火花线切割材料蚀除机理热损伤

cbn-wc-10co刀具材料磨削机理研究

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CBN-WC-10Co刀具材料磨削机理研究

作者：梁昶长沙理工大学

学位级别：硕士

采用放电等离子烧结技术制备而成的cbn-wc-10co新型复合材料,不仅具有高强度和高硬度,还具有比cbn更好的韧性,是一种极具应用潜力的刀具材料。但是cbn-wc-1Oco材料优良的机械性能也使其加工难度增大。磨削加工具有加工精度高、表面质量... 详细信息

采用放电等离子烧结技术制备而成的cbn-wc-10co新型复合材料,不仅具有高强度和高硬度,还具有比cbn更好的韧性,是一种极具应用潜力的刀具材料。但是cbn-wc-1Oco材料优良的机械性能也使其加工难度增大。磨削加工具有加工精度高、表面质量好、加工范围广等优点,常用于难加工材料的精密加工,因此采用磨削技术对cbn-wc-10co材料进行精密加工是一种行之有效的方法。本文采用金刚石砂轮对cbn-wc-1Oco材料进行了平面磨削实验,探究了 cbn-wc-10co磨削特征和材料去除机理,揭示了磨削参数对磨削力、比磨削能和表面质量的影响规律。主要研究内容如下:(1)开展了 cbn-wc-10co材料磨削力研究。采用压电晶体测力仪在线测量了磨削力,揭示了磨削参数对磨削力和比磨削能的影响。结果表明:切向磨削力和法向磨削力均随着磨削深度的增加而快速上升;与磨削深度相比,工件进给速度对磨削力的影响较小,当工件进给速度增大时,切向磨削力和法向磨削力均缓慢上升。砂轮速度增大,切向磨削力和法向磨削力均减小。磨削深度和工件进给速度的增大,均会导致比磨削能下降。(2)开展了 cbn-wc-10co材料磨削表面质量研究。利用表面轮廓仪测量了表面粗糙度,采用扫描电子显微镜观察了表面形貌,利用X射线衍射仪测量了材料残余应力。结果表明:随着磨削深度和工件进给速度增加,磨削表面划痕和堆积增多,划痕变宽,表面粗糙度增大。磨削会引起cbn-wc-10co材料表面出现较大的残余压应力。对于wc,随着磨削深度增加,磨粒的挤光作用加强,残余压应力会随之增大;对于cbn,由于表层颗粒的断裂会释放残余压应力,当磨削深度较大时,残余应力会出现下降趋势。(3)cbn-wc-10co材料去除机理分析。随着最大未变形切屑厚度增大,磨削表面粗糙度增大,工件表面纹理恶化,脆性去除比例增大,同时比磨削能也随之减小。cbn-wc-10co材料包含有两种不同的去除机理,其中cbn以脆性断裂去除为主,wc-10co则以非弹性变形方式去除为主。

关键词： cbn-wc-10co 磨削材料去除机理表面形貌残余应力

cbn-wc-10co单纤维切削磨损机理研究

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CBN-WC-10Co单纤维切削磨损机理研究

作者：张宇尘长沙理工大学

学位级别：硕士

单颗磨粒是磨削加工过程中起切削作用的最小单元,通常是以大负前角参与磨削,从而磨削力比大、磨削比能高、材料去除率低。另外,磨粒在磨削过程中会迅速磨损,影响磨削质量。随着各种高强度、高硬度等新型难加工材料出现,对磨粒结构、耐... 详细信息

单颗磨粒是磨削加工过程中起切削作用的最小单元,通常是以大负前角参与磨削,从而磨削力比大、磨削比能高、材料去除率低。另外,磨粒在磨削过程中会迅速磨损,影响磨削质量。随着各种高强度、高硬度等新型难加工材料出现,对磨粒结构、耐磨性及磨削性能提出了更高要求。本课题组提出了螺旋有序排布cbn-wc-1Oco复合材料纤维刀具,其核心技术是采用纤维替代砂轮磨粒承担切削工作、且纤维沿着刀具轮毂外圆周呈螺旋有序排布,本文开展了 cbn-wc-1Oco复合材料单纤维切削Ti-6A1-4V钛合金磨损实验研究。主要内容如下:(1)对单颗磨粒磨削过程中磨削特点、磨削路径、切屑形状、磨粒磨损过程和磨损形式等基础理论进行了分析与研究,为开展cbn-wc-1Oco复合材料单纤维磨损研究提供了理论基础。(2)基于刀具刃磨理论和微型刀具刃磨方法,开展了 cbn-wc-1Oco复合材料单纤维的刃磨实验研究。研究发现,机械刃磨比手工刃磨获得的切削刃更加平直锋利,且机械刃磨效率高,容错率低。当使用2000目金刚石砂轮刃磨时,垂直进给速度越小,获得的切削刃越锋利,当进给速度为0.6 μn/min时,纤维切削刃圆弧半径小于0.2 μm,前刀面和后刀面表面粗糙度小于0.1 μm。(3)开展了 cbn-wc-1Oco复合材料单纤维切削Ti-6A1-4V钛合金的磨损研究。分析了切削刃磨损形貌,探究了单纤维磨损对切削力、划痕截面轮廓和划痕内部表面粗糙度的影响,建立了不同磨损阶段纤维受力情况的力学模型。实验结果表明,纤维切削刃的磨损过程被分为三个阶段:第一阶段,切削刃刚开始工作,还未产生可观察的磨损,切削效率较高;第二阶段,磨损加剧,局部后刀面出现;第三阶段,新后刀面出现,磨损主要发生在此区域。第一阶段和第二阶段前期出现,因此新后刀面的磨损在整个切削过程中占主导地位。单纤维切削刃的磨损分为三种形式:切削刃刃口磨损,局部后刀面磨损和新后刀面磨损。在不同磨损阶段,其磨损形貌也不同。随着切削次数增加,切削力、堆积率和划痕表面粗糙度增大。法向切削力增长率比切向切削力略高,因此切削力比增大,切削效率降低。单纤维切削刃受力模型提供了在切削过程中切削刃磨损机制的理论依据。研究发现,在ap给定情况下,切削力大小随着ap,A,ap,C,和l值增大而增大,但随着ap,B增大而减小。切削效率和表面质量随着切削次数增大而减小。

关键词：单纤维 cbn-wc-10co 切削划痕磨损机理力学模型

cbn-wc-10co复合刀具材料摩擦磨损性能研究

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CBN-WC-10Co复合刀具材料摩擦磨损性能研究

作者：周方建长沙理工大学

学位级别：硕士

采用放电等离子烧结技术制备而成的cbn-wc-1Oco新型复合材料,不仅具有高强度和高硬度,还具有比cbn材料更好的韧性,是一种极具应用潜力的刀具材料。在加工过程中,刀具的磨损将直接影响被加工零件的尺寸精度、形状精度和表面质量,尤其对... 详细信息

采用放电等离子烧结技术制备而成的cbn-wc-1Oco新型复合材料,不仅具有高强度和高硬度,还具有比cbn材料更好的韧性,是一种极具应用潜力的刀具材料。在加工过程中,刀具的磨损将直接影响被加工零件的尺寸精度、形状精度和表面质量,尤其对被加工零件的生产成本有很大的影响。因此,探究cbn-wc-10co材料的耐磨性能变得愈发重要。本文针对不同cbn颗粒粒径的cbn-wc-1Oco材料进行了摩擦磨损实验,探究了 cbn-wc-10co耐磨性能和材料摩擦磨损机理,揭示了法向载荷和复合刀具材料中cbn颗粒粒径对摩擦系数、磨损率和表面质量的影响规律。主要研究内容如下:(1)开展了 cbn-wc-10co材料力学性能研究。采用维氏硬度计和密度计测量材料的硬度和致密度,揭示不同粒径的cbn颗粒对材料硬度和致密度的影响;采用环境扫描电镜观察材料表面形貌,测量烧结后wc颗粒尺寸。结果表明:cbn颗粒极大地提高了材料的硬度,而cbn颗粒尺寸对材料硬度的影响并不明显;此外,大颗粒cbn相比于小颗粒cbn在wc-10co硬质合金中具有较好的可烧结性能;在烧结过程中,wc颗粒的长大的现象不显著。(2)开展了 cbn-wc-10co材料摩擦磨损实验,探究了法向载荷和摩擦速度对材料耐磨性能的影响。利用摩擦磨损试验机测试了材料的耐磨性能,采用表面轮廓仪测量了材料的磨损体积,采用扫描电子显微镜观察了表面形貌。结果表明:cbn-wc-10co材料与SiC小球对磨时,主要的摩擦磨损机理为磨粒磨损,并伴有少量的氧化磨损,形成的氧化主要为氧化钨,可能还含有硅的氧化物;摩擦系数随着法向载荷的增大而减小,磨损率随着法向载荷的增大而增大;此外,cbn颗粒极大地降低了材料的磨损率,有效地提高了材料的耐磨性能。(3)揭示了 cbn-wc-10co材料耐磨性能和cbn颗粒粒径的关系,结果表明:当法向载荷较小时,烧结有小颗粒cbn的cbn-wc-10co材料展现较好的摩擦性能,而当法向载荷增大至70N时,烧结有大颗粒cbn的材料表现得更耐磨;cbn颗粒镶嵌在wc-10co硬质合金基体中,作为微小的切削刃去除SiC小球材料。

关键词： cbn-wc-10co 摩擦磨损摩擦系数磨损率表面形貌

螺旋有序排布cbn-wc-10co纤维刀具切削性能研究

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螺旋有序排布CBN-WC-10Co纤维刀具切削性能研究

作者：彭潇潇长沙理工大学

学位级别：硕士

传统砂轮单个磨粒切深小、加工精度高、而材料去除率较低;切削刀具单个刀刃切深大、材料去除率较高、而加工精度较低。基于此,课题组提出了一种螺旋有序排布纤维刀具,即采用cbn-wc-1Oco纤维代替传统砂轮磨粒,纤维沿着刀具基体呈螺旋有... 详细信息

传统砂轮单个磨粒切深小、加工精度高、而材料去除率较低;切削刀具单个刀刃切深大、材料去除率较高、而加工精度较低。基于此,课题组提出了一种螺旋有序排布纤维刀具,即采用cbn-wc-1Oco纤维代替传统砂轮磨粒,纤维沿着刀具基体呈螺旋有序排布且排布方式与切削角度人为可控,并开展了cbn-wc-1Oco制备方法和纤维切割机理研究。本文开展了螺旋有序排布cbn-wc-10co纤维刀具制备方法及其加工TC4钛合金切削性能研究,主要研究内容如下:(1)分析了螺旋有序排布纤维刀具制备工艺。对比分析了纤维沿胎体轴向错位阵列排布方式和圆周面螺旋有序排布方式的优缺点,探究了纤维排布方式对切削性能的影响规律,提出了纤维沿着刀具胎体外圆周呈多头螺旋线有序排布方案。探讨了螺旋有序排布纤维刀具的成型方法,分析了整体热压成型和分步成型方案的优缺点,提出并实施了胎体钻孔固定纤维的制备方案。(2)制备了螺旋有序排布cbn-wc-10co纤维刀具。将wc粉、co粉和cbn颗粒按比例混合,采用放电等离子烧结技术制备了 cbn-wc-10co复合材料,再采用电火花线切割技术切割出尺寸为0.8mm×0.8mm×7mm、前角为0°、后角为20°的纤维,按优化后的工艺方案制备出多头螺旋有序排布纤维刀具。(3)开展多头螺旋有序排布纤维刀具、普通树脂结合剂cbn砂轮和单头螺旋有序排布纤维刀具加工TC4钛合金的对比实验研究。实验结果表明,多头螺旋有序排布纤维刀具的加工表面粗糙度足以与传统砂轮相媲美,切削力和回弹率更小;与单头螺旋有序排布纤维刀具相比,多头螺旋有序排布纤维刀具的切削力更小,加工质量明显提高。究其原因,多头螺旋有序排布纤维刀具的纤维分布更为密集,切削力更加平稳,大大减轻了单头螺旋有序排布纤维刀具由于纤维间隔较大而造成的加工振动恶化且表面质量下降的问题,同时多头螺旋有序排布纤维刀具的纤维出刃高度大,避免了刀具胎体材料加工时反复挤压工件材料而形成大量摩擦热,改善了其切削质量。

关键词：刀具纤维微刃螺旋排布 cbn-wc-10co 切削性能