金刚石薄壁钻头钻磨氮化硅陶瓷的试验研究

摘要

石油、化工、航空航天、核能发电等现代工业领域中高温、高压、强腐蚀等复杂工况日益增多，从而对球阀的性能提出了更严格的要求。陶瓷球阀材料因具有硬度高、抗腐蚀性好、耐高温等优越性能，能够满足以上复杂工况要求而得到广泛应用。但陶瓷球阀由于材料自身的高硬度、高强度等特点，加工非常困难，尤其是孔的加工，使得其应用与推广受到非常大的限制。故本文选用氮化硅陶瓷为工件材料，采用钎焊金刚石薄壁钻进行了钻磨试验研究。论文的主要研究内容和结论如下:
　　首先，针对恒压进给试验条件，专门设计并制造了气动恒压进给装置，并采用拉压力传感器MCL-S1对轴向力进行了标定，得到了压强与轴向力的关系曲线。
　　其次，采用单因素试验，研究了金刚石粒度、壁厚、主轴转速和钻压对加工效率的影响。结果表明:加工效率随金刚石粒度的增大基本保持不变;随壁厚的增大而先缓慢增大后迅速减小;随主轴转速和钻压的增大而先迅速增大后增长趋于平缓。通过正交试验进一步研究了四个参数对加工效率影响的显著性，获得试验条件下最优的因素水平搭配。四个参数对加工效率的影响程度由大到小依次为:壁厚、钻压、主轴转速、金刚石粒度，且最优因素水平搭配为金刚石粒度35/40、壁厚1.5mm、主轴转速900r/min、钻压819N。最后，基于遗传算法BP神经网络建立了加工效率预测模型。
　　然后，通过对各参数下氮化硅陶瓷加工表面显微形貌的分析，研究了氮化硅陶瓷的去除机理及各参数对去除机理的影响。结果表明:氮化硅陶瓷的去除机理包括脆性去除和塑性去除，且以脆性去除为主。塑性去除的比例随着壁厚的增大而增大，随着主轴转速和钻压的增大而减小。通过对照脆性去除比例与加工效率随各参数的变化规律，进一步研究了脆性去除与加工效率之间的关系。研究表明，随着脆性去除比例的增大，加工效率会增大，但不会持续增大。
　　最后，研究了金刚石粒度、壁厚、主轴转速和钻压对钻头寿命的影响。结果表明:钻头寿命随金刚石粒度和壁厚的增大而减小，随主轴转速和钻压的增大而先增大后减小。通过观察钻头端面显微形貌，进一步研究了其磨损形态。研究表明，钻头的磨损主要包括金刚石磨粒磨损和粘结剂磨损。金刚石磨粒的磨损形态包括磨平、破碎及脱落，且以磨粒磨平为主，磨粒脱落较少;粘结剂磨损主要有断裂磨损和流沙形态磨损。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 工程陶瓷的性能

1．3 工程陶瓷孔加工技术研究现状及发展趋势

1．3．1 特种加工技术

1．3．2 传统机械加工技术

1．3．3 复合加工技术

1．3．4 工程陶瓷孔的加工技术发展趋势

1．4 工程陶瓷加工机理的研究现状

1．5 论文的主要研究内容

2 恒压进给装置及试验条件与设计

2．1 恒压进给装置

2．2 试验条件

2．3 试验设计

3 氮化硅陶瓷孑L加工试验研究

3．1 单因素试验

3．1．1 金刚石粒度对加工效率的影响

3．1．2 壁厚对加工效率的影响

3．1．3 主轴转速对加工效率的影响

3．1．4 钻压对加工效率的影晌

3．2 正交试验

3．2．1 极差计算与分析

3．2．2 方差计算与分析

3．3 基于遗传算法BP神经网络对加工效率的预报

3．3．1 BP神经网络与遗传算法(GA)简介

3．3．2 GA-BP神经网络预测模型

3．4 本章小结

4 氮化硅陶瓷去除机理的研究

4．1 压痕断裂力学模型与切削加工模型

4．2 氮化硅陶瓷的去除机理

4．2．1 工程陶瓷材料的去除机理

4．2．2 氮化硅陶瓷的去除机理

4．3 各参数对氮化硅陶瓷去除机理的影响

4．4 氮化硅陶瓷去除机理与加工效率的关系

4．4 本章小结

5 钎焊金刚石薄壁钻磨损初步研究

5．1 金刚石砂轮的磨损研究

5．2 各参数对钎焊金刚石薄壁钻寿命的影响

5．2．1 金刚石粒度对钻头寿命的影响

5．2．2 壁厚对钻头寿命的影响

5．2．3 主轴转速对钻头寿命的影响

5．2．4 钻压对钻头寿命的影响

5．3 钎焊金刚石薄壁钻的磨损形态

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢