单层有序钎焊CBN砂轮制备及其磨削性能的研究

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随着现代加工技术朝着高速、高效、精密、自动化方向的发展,以及一些新型难加工材料的出现,传统磨料磨具已不能完全满足现代磨削要求。立方氮化硼(CBN)磨料具有硬度极高、热稳定性好、化学惰性大、导热性好的优点,所以由该种磨粒制造的各种类型固结磨料砂轮在各种难加工铁基材料磨削中得到广泛应用,并取得了显著效果。本文采用钎焊法制备磨粒呈有序排布的单层钎焊CBN砂轮,并对淬硬钢进行磨削加工,重点研究了CBN磨粒钎焊机理和磨粒排布形式对单层钎焊CBN砂轮磨削性能的影响。本文通过CBN磨粒钎焊,确定了CBN磨粒的钎焊工艺参数,研究了钎料合金、CBN磨粒与钢基体之间的钎焊机理,并将CBN磨粒的高温钎焊工艺应用于单层有序钎焊CBN砂轮的制作,成功制备了多种排布形式的单层有序钎焊CBN砂轮。设定了四个磨粒有序排布的排布参数,包括横向间距AX,纵向间距△Z,错位距离△Zv,以及排列线倾角α,研究了磨粒有序排布形式对单层有序钎焊CBN砂轮的磨削力、磨削温度、工件表面粗糙度、工件表面形貌和磨屑形态的影响,同时还研究了CBN砂轮磨损形式与过程。研究结果表明:在Cu基和Ag钎料钎焊CBN磨粒过程中,都发现活性Ti元素明显向CBN磨粒表面发生偏聚,并在CBN磨粒表面生成TiN, TiB和TiB2等化合物,提高CBN与钎料合金的化学冶金结合。CBN磨粒的纵向间距对工件表面粗糙度起着决定性的影响,纵向间距越大,加工的工件表面粗糙度也越大;CBN磨粒排布密度相同时,磨削力和磨削温度不受磨粒纵横间距的的影响;CBN磨粒排和密度不同时,排布密度越大,磨削力和磨削温度越大。磨粒排布线倾角为50°时,磨削过程中的磨削力、磨削温度和工件表面粗糙度相对于30°、70°和90°时的要小很多;随着CBN磨粒粒度增大,粒径减小,磨削力、磨削温度和工件表面粗糙度也随之减小。随着砂轮转速的增大,磨削力和工件表面粗糙度逐渐减小,磨削温度逐渐增大;随着磨削深度的增大,磨削力、磨削温度和工件表面粗糙度都逐渐增大。磨削沟槽间距和磨屑宽度随着CBN磨粒纵向间距的增大而增大,磨屑长度随CBN磨粒横向间距的增大而增大;磨粒排布线倾角为50°时的磨屑形态利于磨屑从磨削区域排出;磨粒粒径越大,磨屑尺寸也越大。单层钎焊CBN砂轮的磨粒磨损形式包括:微破碎、平台磨损、宏观破碎和磨粒脱落;磨削加工过程中,磨削力比逐渐增大。
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