納米硬質(zhì)合金刀具材料的ELID磨削機(jī)理及其切削性能研究.pdf

1、納米硬質(zhì)合金具有比普通硬質(zhì)合金更高的硬度、強(qiáng)度及韌性，在需要高耐磨性及強(qiáng)度的模具、工具、切削刀具（如微小刀具）等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前關(guān)于納米硬質(zhì)合金的研究熱點(diǎn)主要集中于納米粉體制備技術(shù)、噴涂技術(shù)、納米塊體燒結(jié)技術(shù)以及和應(yīng)用有關(guān)的材料摩擦磨損性能、刀具切削性能研究等方面，而對(duì)納米硬質(zhì)合金材料實(shí)用化需要解決的精密加工機(jī)理及工藝技術(shù)的研究相對(duì)較少。因此，研究納米硬質(zhì)合金的精密加工技術(shù)，對(duì)促進(jìn)納米硬質(zhì)合金材料的實(shí)用化、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍具有

2、十分重要的意義。
　　在線電解修整(Electrolytic In-process Dressing,ELID)磨削技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一種新的超精密磨削技術(shù)，利用在線電解技術(shù)在砂輪表面形成氧化膜，從而實(shí)現(xiàn)砂輪在線修整。其中，砂輪表面氧化膜的性能對(duì)磨削過程及磨削表面質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。ELID磨削技術(shù)適于硬脆材料等難加工材料的精密磨削，用ELID磨削技術(shù)磨削硬質(zhì)合金取得了很好效果，因此，本文應(yīng)用ELID磨削技術(shù)來(lái)進(jìn)行納米硬質(zhì)合金

3、精密磨削技術(shù)的研究。
　　本文在分析ELID磨削技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，研究了ELID磨削砂輪表面氧化膜厚度、磨粒接觸剛度計(jì)算模型，并進(jìn)一步研究了納米硬質(zhì)合金ELID磨削機(jī)理；在綜述納米硬質(zhì)合金材料及加工技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，研究了納米硬質(zhì)合金刀具摩擦磨損性能及其切削性能。
　　第一，對(duì)ELID磨削砂輪表面氧化膜厚度、磨粒接觸剛度進(jìn)行了系統(tǒng)研究。建立了脈沖電解條件下氧化膜厚度計(jì)算模型，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從脈沖

4、電解能力這一新角度揭示了ELID磨削砂輪非線性電解的原因；建立了氧化膜中磨粒接觸剛度計(jì)算模型并進(jìn)行了仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模型反映了氧化膜中磨粒接觸剛度隨磨削條件的變化，揭示了ELID磨削砂輪氧化膜自適應(yīng)磨削過程的規(guī)律。
　　第二，在氧化膜性能研究基礎(chǔ)上，基于最小切削厚度理論研究了納米硬質(zhì)合金ELID磨削表面微觀形貌形成機(jī)理。對(duì)最小切削厚度進(jìn)行了理論分析與仿真，研究了ELID磨削鋒銳磨粒微切削機(jī)理及鈍化磨粒的擠壓機(jī)理，并進(jìn)行了仿真與

5、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；研究了納米硬質(zhì)合金的ELID磨削機(jī)理，由于納米硬質(zhì)合金硬度較高，磨削力較大，砂輪氧化膜彈性變形較大，從而實(shí)際磨削深度減小，同時(shí)由于由于氧化膜剛度的影響，氧化膜包含鈍化磨粒，產(chǎn)生納米擠壓作用，使得納米硬質(zhì)合金ELID磨削后表面粗糙度較好。
　　第三，研究了納米硬質(zhì)合金材料的摩擦磨損性能。首先利用球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了納米硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)、耐磨損性，然后利用SEM觀察了磨損表面，研究了磨損機(jī)理。研究表明，隨晶粒度減小，

6、納米硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)有降低的趨勢(shì)；納米硬質(zhì)合金耐磨性隨鈷含量增加而降低，隨鈷含量不同，磨損機(jī)理顯著不同，WC-7Co表現(xiàn)為晶粒脫落，WC-10Co表現(xiàn)為塑性流動(dòng)。
　　第四，應(yīng)用ELID磨削技術(shù)，制備新型納米硬質(zhì)合金刀具，并從刀具鋒銳度、刀具磨損速率等幾個(gè)角度對(duì)其切削性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。首先利用ELID磨削技術(shù)對(duì)切削刃口進(jìn)行了精密磨削，利用原子力顯微鏡（AFM）對(duì)刃口半徑進(jìn)行了研究；然后利用所研制的納米硬質(zhì)合金刀具對(duì)白口鑄鐵、鋁基