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钎焊金刚石薄壁钻的制备与磨损研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 金刚石磨具的制造技术

1.2.2 金刚石磨具的磨损研究

1.3 工程陶瓷材料基本特性及典型工程陶瓷材料

1.3.1 工程陶瓷的分类及其基本特性

1.3.2 氮化硅工程陶瓷的性能特点

1.4 工程陶瓷的加工机理理论分析

1.4.1 压痕断裂力学分析

1.4.2 陶瓷材料的破碎去除

1.5 论文的主要研究内容

2 钎焊金刚石薄壁钻的制备

2.1 钎焊金刚石薄壁钻结构设计

2.2 钎焊金刚石薄壁钻的材料选择

2.2.1 金刚石磨料

2.2.2 合金钎料

2.2.3 薄壁钻基体

2.3 钎焊金刚石薄壁钻的钎焊特点及制备流程

2.3.1 钎焊工艺的分类及特点

2.3.2 钎焊金刚石薄壁钻的制备流程

2.4 本章小结

3 陶瓷孔钻削试验条件与设计

3.1 试验设备与材料

3.1.1 实验设备

3.1.2 实验材料

3.2 试验设计

3.2.1 试验方法及目的

3.2.2 试验设计

3.3 本章小结

4 钎焊金刚石薄壁钻磨损的试验研究

4.1 金刚石薄壁钻的磨损形式及磨损过程

4.1.1 金刚石磨粒的磨损形式

4.1.2 粘结剂的磨损形式

4.1.3 钎焊金刚石薄壁钻的磨损过程

4.2 不同磨削参数与钻头壁厚对磨损的影响

4.2.1 不同机床转速对钎焊金刚石薄壁钻磨损影响

4.2.2 不同恒定钻压对钎焊金刚石薄壁钻的磨损影响

4.2.3 不同壁厚对钎焊金刚石薄壁钻的磨损影响

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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摘要

氮化硅工程陶瓷球阀以其优异的耐磨性、高硬度、抗腐蚀性等特点,广泛地应用于化工、冶金、核能、污水处理等工业领域。由于氮化硅工程陶瓷材料本身的高硬度和高脆性,对其进行孔加工十分困难。目前,氮化硅工程陶瓷孔加工的首选方式是利用钎焊金刚石薄壁钻对其进行机械钻削。本文通过对氮化硅工程陶瓷进行孔加工试验,开展了对钎焊金刚石薄壁钻的制备与磨损研究。
  首先,在分析氮化硅工程陶瓷加工性能的基础上,研究了钎焊金刚石薄壁钻制备时金刚石磨粒、钎料及基体的选用原则,确定了钎焊金刚石薄壁钻的制备方法,制定了制备的工艺流程。选用粒度为45/50的SMD金刚石磨粒、Ni基钎料和45钢作为制备钎焊金刚石薄壁钻的主体材料,钎焊方法为真空钎焊法。
  其次,采用SEM扫描电子显微镜与体视显微镜对孔加工后的钎焊金刚石薄壁钻钻头进行观察,归纳了钎焊金刚石薄壁钻的磨损形式,研究了其磨损机理和磨损过程。将钎焊金刚石薄壁钻的磨损分为金刚石磨粒磨损与粘结剂磨损。金刚石的磨粒磨损形式分为剥落磨损、点蚀磨损、破碎磨损、磨粒脱落和磨粒磨平;粘结剂磨损形式分为粘结剂的小面积轻微脱落和大面积连续脱落。在加工初始阶段,主要磨损形式为磨粒的破碎磨损、磨粒脱落及粘结剂的大面积脱落;在加工过渡阶段,主要磨损形式为金刚石磨粒的磨平磨损和粘结剂的小面积脱落;在加工的最后,大部分金刚石磨粒磨平,钻头失效。
  最后,以10mm的加工深度为指标,分别研究了机床转速、恒定钻压和钻头壁厚对钎焊金刚石薄壁钻磨损的影响。提高机床转速,金刚石磨粒的破碎磨损与磨平磨损比例增大,磨粒脱落比例几乎不变;提高恒定钻压,金刚石磨粒的破碎磨损、磨粒脱落比例增大,磨粒磨平比例几乎不变;增加钻头壁厚几乎不会影响磨损程度。试验发现,钎焊金刚石薄壁钻在对氮化硅工程陶瓷孔加工时,机床转速选择在710r/min,恒定钻压选择705N,钎焊金刚石薄壁钻的厚度选择在1.5mm,能够较好地控制磨损并得到较高的加工效率。

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