金刚石精珩铸铁内孔珩磨工具研究应用.doc

毕业生毕业论文题 目： 金刚石精珩铸铁内孔珩磨工具研究 院系名称：材料科学与工程 专业班级： 超硬0402 学生姓名： 杨妮妮 学 号： 2470115 指引教师： 左宏森 教师职称： 副专家 年 6 月 16 日 摘 要金刚石珩磨所加工铸铁材质具备很高硬脆性,依照详细珩磨工艺规定以及珩磨设备性能等状况,针对其磨削机理和工艺特点,在拟定适当金刚石磨料状况下,合理选取结合剂类型,采用适当结合剂成分,通过测定抗折强度和硬度，对实验分析研究,优化设计出最佳结合剂配方。依照被加工对象材质特性及珩磨工艺规定,为了保证金刚石珩磨油石具备较高磨削效率和较长使用寿命,就必要合理选取结合剂类型和成分及配比,使得金刚石珩磨油石在磨削时结合剂性能与金刚石磨料以及珩磨工艺相适应。为此,咱们进行了大量实验和分析研究。第一轮进行正交实验设计，依照实验成果正交分析出较优配方，最后选定Cu78Sn20Fe6Co6和Cu80Sn10Fe8Co2为最佳配方，并可在工厂进行试用。核心词： 珩磨机理 内孔加工 正交实验 抗折强度 硬度Title Research In diamond fine top cast iron hole honing tool AbstractDiamond processing by honing the cast iron is very hard and brittle material，According to the honing of specific requirements and honing equipment performance，for itsgrinding mechanism and process characteristics，In determining the appropriate diamond abrasive circumstances，a reasonable choice of agent types，using the right combination of elements，Determination by bending strength and hardness，the test analysis and study，designed to optimize the combination of the best formula. According to the processing of material objects and honing technical requirements，To ensure that diamond honing Whetstone has a high grinding efficiency and longer service life，we must combine a reasonable choice of type and composition and ratio，makes diamond grinding，honing Whetstone in combination with the performance of diamond abrasive and honing process Line. To this end，we conducted a lot of testing and analysis. The first round of orthogonal experimental design，According to results of the orthogonal optimum formula，the final selection Cu78Sn20Fe6Co6 and Cu80Sn10Fe8Co2 as the best formula，and in the plant for trial.Keywords Honing Mechanism Hole in the processing Orthogonal test Bending strength Hardness目 录1 引言111 珩磨内孔加工机理112 珩磨加工铸铁现状213本文研究内容22 实验办法及实验内容321实验材料及设备仪器322实验设计思路423实验数据93 实验数据分析113.1第一轮实验成果分析113.2第二轮实验成果分析163.3第三轮实验成果分析16结 论17致 谢18参 考 文 献191 引言随着国内工业技术水平飞速发展,为了满足日益增长汽车、拖拉机、航空、工程机械、机床等工业生产需要,近几年来,国内某些厂家从德国、美国、日本等国家引进一大批性能先进珩磨机,用来加工汽车缸套、连杆、喷油嘴、柱塞套、齿轮、液压阀等。珩磨加工作为一种提高工件内孔圆度、直线度和表面粗糙度精加工办法,广泛应用于汽车制造、航空航天、机械机床、军事国防等领域生产之中。随着珩磨加工技术发展进步,国内珩磨加工已经由一种低效精加工办法发展成为一种高效率、高精度、高光洁度、高寿命新型加工办法。在这一重大进展中,除了珩磨机床、珩磨工艺不断改进和发展外,珩磨油石发展和更新换代也起着非常重要作用。特别在引进自动化限度较高珩磨机上,普通碳化硅油石已不能满足自动化大批量生产需要。因而,咱们必要依照珩磨机工作特性和珩磨工艺以及产品质量规定,尽快研制出与之配套高质量金刚石珩磨油石,以取代老式碳化硅油石,以增进国内珩磨技术发展和金刚石制品生产经济效益提高。11 珩磨内孔加工机理珩磨是用油石进行精密机械加工一种办法,它是增长油石与工件表面加工接触面积,以一定进给方式来完毕工件表面精加工。 图1金刚石油石珩磨内孔示意图珩磨是由珩磨机上带胀缩装置珩磨头油石,在主轴带动下,作低速回转和直线往复复合运动,在一定压力和磨削液不断冲洗下,完毕对工件表面精密加工作业形式。珩磨普遍地应用于各种内孔精密加工,图1即为金刚石油石珩磨内孔示意图.从中还可以看出金刚石珩磨油石构造和安装形式。珩磨其实就是一种磨削过程,在珩磨每一种行程中,切削力对金刚石磨粒方向是不断变化。因而,金刚石破碎机会较多,结合剂接触摩擦面积较大,油石在磨削过程中金刚石出刃良好并能保持较长时间锋利度,单位时间金属切除率高。要保证油石具备良好磨削效率和使用寿命,就规定油石结合剂能在磨削不同材料时能保证金刚石有良好出刃和对金刚石具备较强把持力。此外，在珩磨过程中，珩磨速度较慢，工作面上接触点多，每个金刚石磨粒垂直负荷较小，仅为普通磨削1/501/100。12 珩磨加工铸铁现状通过珩磨工艺、磨削机理进一步研究和大量分析，可以看出,在金刚石珩磨油石生产中烧结拆模后,有时浮现珩磨条发生轴向弯曲变形,这种微小变形是由于材料烧结冷却后内部热应力分布不均所致,为了避免这种现象尚有待于进一步调节和完善生产工艺。此外在加工铸铁时,其磨削效果还不够抱负,在加工过程中由于铸铁硬脆性，并且珩磨加工工艺速度比较慢,因此在加工过程中铸铁容易裂,并且金刚石自锐性不是较好，金刚石颗粒不能较好体现出其磨削性能，因此有待于进一步研究调节工艺配方,研究出与不同材料相适应系列结合剂配方,不断提高金刚石珩磨油石适应性和质量指标,增长产品品种系列,扩大金刚石珩磨铸铁效率。13本文研究内容通过珩磨工艺、磨削机理进一步研究和大量分析，可以看出，金刚石硬度很高耐磨性能好，珩磨加工压力比磨削加工小，对磨料磨蚀钝化作用较小，为了充分发挥金刚石切削作用，提高它运用率，应当选取一种结合强度高、把持力强、耐磨性好结合剂与之匹配，而金属结合剂正是由于具备这一特点使之适合与金刚石或立方氮化硼磨料匹配制成珩磨油石，此外金属结合剂无论配方如何，都可以被压制成接近于100密度，从而减少了由于封闭气孔所引起性能变化，使油石各种性能得到稳定再现。针对以上状况咱们将设计采用变化油石结合剂配方来进行解决,实验过程咱们采用正交实验办法来研制出新型珩磨油石，本次研究重要是针对油石在珩磨各类铸铁所存在关于结合剂配方中缺陷和磨削过程中所浮现问题来进行研究。重要研究手段和解决办法本次采用是铜基金属结合剂,其重要成分为:铜,钴,锡，,铁等金属。咱们采用石墨磨具进行热压成型工艺，来进行研制珩磨条，重要是提高珩磨过程中油石磨削自锐性，增强磨削效果。2 实验办法及实验内容21实验材料及设备仪器2.1.1实验原材料铜粉：400目、密度：8.90g/cm3、熔点：1083、纯度99.75锡粉：300目、密度：7.31g/cm3、熔点：232、纯度99.6铁粉：300目、密度：7.89g/cm3、 熔点：1534、钴粉：300目、密度：8.90g/cm3、熔点：金刚石： 粒度 100/120 2.1.2实验设备及仪器（1） RYJ-k型真空烧结压机，如图2-1所示。额定压力：250KN；加热功率：60KVA；额定油压：20MPa； 电机功率:1.1+0.55KW；活塞直径:125mm；模具高度：180240mm； 电源：AC380V；压头尺寸：250*250mm（2） 电子天平:型号：BS-600H； 最大量程：600g ；d=0.01（3） 模具：石墨模具： 图2-1 RYJ-k型真空烧结压机上压头：65303 mm； 数量：9；下压头：65273 mm； 数量：9； 隔 板： 65605 mm； 数量：11；外 框： 99608 mm； 数量：2； 样 条： 6553.5mm； 数量：9；模具总共6套模 框： 铸 铁； 数量：1；（4） 微机控制电子式万能实验机：型号：CMT4504； 规格：50KN 精度级别：1级（5） 游标卡尺： 精准到0.02mm （6） 洛氏硬度计，如图2-2所示型号：HR-150A 规格：HRA、HRB、HRC； 图2-2 洛氏硬度计22实验设计思路2.2.1实验方案配方设计工艺设计实验方案成果第一轮实验第二轮实验成果第三轮实验成果原料选取图2-3 实验方案图在通过大量科技文献查阅和对于加工对象特点，咱们现对结合剂性能进行分析，咱们实验过程分为三轮来安排实验。第一轮重要是对与结合剂不同含量和不同烧结温度状况下对于试样抗折强度和硬度影响；第二轮重要是对于第一轮实验成果基本上，找出比较好实验配方和温度，再进行实验比较，为第三轮实验做准备工作；第三轮实验是在第二轮基本上找到较好试样来进行加入超硬材料金刚石来做成品进行综合性能研究分析。如图2-3所示。使用石墨模具，加工工件尺寸为6553.5mm，石墨模具一模为9块，每个实验号做3块。2.2.2试样制备 珩磨油石制备是采用石墨模具在真空热压烧结机中烧结成型，详细制备流程如图2-4所示。原料检查称料混料检查模具组装模具称量单重投料摊料冷却装压头刮平设定工艺打磨毛刺卸模测量试样热压成型机械性能检测图2-4 珩磨条制备流程图（1）原料检查：重要是检查原材料与否被污染，与否氧化，所需要原料与否齐全，原材料粒度是与否与规定相符合，如果发现又被氧化或被污染原材料咱们应当及时进行解决。（2）称料：咱们投料比按照1.02来进行，称取原料要精准，不能多也不能少，否则会大大影响实验成果和成型密度，并有也许导致模具压坏。每次称量3个试样原料。（3）混料：把所有原料称量完毕后放入研钵中，在研钵中研磨5分钟是原料混合均匀，并在其中加入一滴润湿剂进行研磨，然后过筛使原料更加均匀。（4）检查模具：查看磨具与否完整，并准备装模所用工具，垫铁，石棉板等物品。（5）组装模具：先组装石墨模具，按照互相紧扣原则来进行组装，然后装入模框中，用扳手紧固，检查磨具与否有空隙，进行调节。（6）称量单重：按照每一种试样重量进行称量，按照1.01投料比进行称量。（7）投料：依照称量单重进行投料，投料过程中一定规定小心防止料流失。（8）摊料：用金属丝在料中来回走动，使料在模具中均匀分布，使料在其中摊平。（9）刮平：用刮料刀在模具中来回刮，使料在模具中平整。（10）装压头：把上压头装入模具中，尽量压平，压头一定要放正。（11）设定工艺：在真空热压烧结机中输入预先设计曲线。（12）热压成型：把装好模具装入热压机中，并用红外测温器对准进行测温，在 预先输入曲线工艺下进行烧结。（13）冷却：规定模具冷却到100度左右时才进行卸模，防止在高温时候卸模导致工件高温卸模开裂。（14）卸模：规定卸模时候把试样序列号记下来，防止在卸模时候浮现混乱而是实验失败。（15）打磨毛刺：把压制出来试样在砂纸上进行打磨，去除毛刺，防止在做抗弯强度和硬度时候产生影响，也对后期称量和尺寸测量做好准备。（16）测量尺寸重量：打磨好试样用游标卡尺进行测量，涉及长、宽、高，然后 用电子天平称量其重量。（17）机械性能检测：用CMT4504微机控制电子式万能实验机测量试样抗弯强度，用HR-150A型洛氏硬度计测量试样硬度。2.2.3工艺设计 在下图图2-5中烧结终温为550，在400是保温1分钟，升温速率为100/min，在400540升温速率为50/min,在540保温1分钟，在550保温3分钟，然后降温至400卸压，冷却到100左右卸模。压力为：3.5Mpa。图2-6、图2-7、图2-8分别是在终温分别为600、630，650时烧结曲线，其压力相似，终压为5.0Mpa，保温时间都为3分钟，温度与压力同步增长。 23实验数据2.3.1第一轮实验设计在不加入磨料状况下对铜基结合剂进行性能对比分析，重要是考虑到超硬材料金刚石价格比较高，并且在前期实验重要是对金属结合剂抗折强度和硬度研究，通过正交实验对影响铜基结合剂重要元素找出，并分析出符合咱们加工对象性能配方。咱们采用正交实验，考虑四因素四水平，采用16个实验方案。所考虑因素为：温度、锡、铁、钴，如表2-1所示。实验水平如表2-2所示。通过对性能研究咱们考虑因子设计出了实验方案。如表2-3所示。表2-1实验因子水平表因子温度SnFeCo水平原则550-65010-252-82-8 表2-2实验因子及水平水平号A（温度/）B（Sn/%)C（Fe/%)D（Co/%)15501022260015443630206646502588 表2-3实验方案序号配方温度/Sn/%Fe/%Co/%Cu/1A1B1C1D15501022862A1B2C2D25501544813A1B3C3D35502066684A1B4C4D45502588595A2B1C2D36001046806A2B2C1D46001528757A2B3C4D16002082708A2B4C3D26002564659A3B1C3D463010687610A3B2C4D363015867111A3B3C1D263020247412A3B4C2D163025426913A4B1C4D265010847814A4B2C3D165015627715A4B3C2D465020486816A4B4C1D36502526672.3.2第二轮实验设计通过对第一轮实验成果进行正交综合分析，选用了几种较优配方，按选用较优配方进行第二轮实验，实验因子水平表如2-4所示。实验方案如表2-5所示。表2-4实验水平因子表实验条件温度/Sn/%Fe/%Co/%Cu/1550206668255010828035501028804600152875表2-5实验方案配方号温度/Sn/gFe/gCo/gCu/g15502.010.600.606.4225503.062.450.618.1635503.090.622.488.2846004.590.612.457.652.3.3第三轮实验通过前两轮实验咱们在这一轮中加入磨料金刚石依照计算咱们设计出实验方案，实验中磨料浓度为65%。如表2-6实验方案所示表2-6实验方案 实验号温度/Sn/gFe/gCo/gCu/gCBN/g15501.630.490.496.350.6425500.800.640.166.430.643 实验数据分析3.1第一轮实验成果分析第一轮实验所得珩磨油石质量指标，如表3-1所示表3-1 第一轮实验成果实验号温度/Sn/%Fe/%Co/%抗折强度/Mpa硬度/HRB15501022442.1258.6525501544423.2255.4535502066287.5281.3245502588182.2669.3756001046475.0351.4766001528332.1795.1176002082177.36105.5286002564104.0656.8496301068218.41115.25106301586135.781.85116302024132.982.0112630254289.25110.88136501084311.7176.62146501562154.0971.3615502048237.17106.02166502526108.25108.87 由第一轮成果绘出各因素对结合剂性能影响曲线图。如下图所示：图3-1、图3-2、图3-3、图3-4、图3-5、图3-6，依次表达：温度对强度影响、锡含量对强度影响、铁含量对强度影响、钴含量对强度影响、温度对硬度影响、锡含量对硬度影响。 通过咱们正交分析，更具数据对比分析，咱们找到了发现锡金属含量对于铜基结合剂有很大影响。如图3-2和图3-5所示。这是由于锡含量不大于6%时，合金塑性很大，且随着锡含量增长，强度和硬度都增大。当锡含量不不大于6%时，合金中浮现 相，塑性急剧下降，硬度提高，此时强度继续提高，当锡含量不不大于20%后合金组织中有大量相，使合金变得很脆，强度由最高峰值急剧下降。磨具结合剂用锡青铜，规定强度和硬度都较高但不是越高越好，同步还但愿有较高脆性，因而结合剂中锡用量都较高，普通不不大于10%。较好控制合金性能，除了调节配比，还要制定合理工艺条件，温度过高，合金中相较少，脆性很低，会导致自锐性差，因而，如图3-1所示当温度高于550时强度浮现下降趋势，因而温度在550较适当。如图3-3和图3-4所示可以看出，铁和钴金属对结合剂强等性能影响不是很明显，在实验所给范畴内影响趋势在一定范畴内较平缓，实验中加入铁和钴，可以提高强度和耐磨性，铁和钴都能在一定限度上浸润金刚石，因而加入它们，有助于提高结合剂对金刚石结合强度，防止金刚石过早脱落，从而延长磨具使用寿命。第一轮实验成果分析：对于上面咱们得到第一轮数据进行正交分析，从中得到最佳配方和工艺参数。抗折强度实验数据分析如表3-2所示。表3-2抗折强度正交分析成果实验号温度/Sn/%Fe/%Co/%Cu/抗折强度/Mpa硬度/HRB综合评分1550102286442.1258.6580.612550154481423.2255.4576.293550206668287.5281.3291.244550258859182.2669.3759.305600104680475.0351.4767.716600152875332.1795.1191.317600208270177.36105.5266.698600256465104.0656.8442.939630106876218.41115.2566.6410630158671135.781.8560.0511630204474132.982.0159.781263025226989.25110.8852.8013650108478311.7176.6280.8714650156277154.0971.3656.8215650204868237.17106.0273.8516650252667108.25108.8756.2376.873.9671.9864.2367.1671.1267.6664.9759.8272.8964.4168.8166.9452.8266.7372.78R17.0421.147.578.55 由以上成果分析可知，各含量对强度和硬度影响。由于本课题是研究珩磨铸铁，依照铸铁特性取珩磨条强度400Mp，硬度90左右为适，并以次为原则进行综合评分后，第一轮实验36号配方得分最高，束较优配方，同步，比较各水平得分，温度在一水平下综合性能较好，锡含量和铁含量也都是在各自一水平下综合性能较好，而钴含量在四水平下样条性能较好，由此选出了四个较优配方进行第二轮实验，以便得到最优配方。3.2第二轮实验成果分析表3-4 第二轮实验成果成果实验号温度/Sn/%Fe/%Co/%Cu/硬度/HRB抗折强度/Mpa1550206668105481.26255010828096.5423.74355010288097452.794600152875103603.57 通过对第二轮成果进行比较分析，可以看出硬度和强度趋于平稳，由于这次实验采用了新模具，且实验时烧结机处在最佳工作状态，本次成果值较第一轮都较高，比较四个配方，12号配方样条效果较好，断面色泽均匀，可定为更佳方案。3.3第三轮实验成果分析通过第二轮实验，咱们选取了第二轮两种方案进行加入超硬材料金刚石做成成品珩磨条，送入工厂进行实际操作实验。 结 论本文通过对珩磨条实验，对影响珩磨条性能四个重要因素分别进行了正交实验，在进行多次实验基本上对影响因素做出了全面分析，最后找出性能较好配方，在此基本上加入超硬材料金刚石进行综合性能测试。由于咱们在实验过程中诸多因素，实验有诸多局限性之处。通过金属结合剂中个成分含量分析，和烧结工艺研究咱们得到结论如下：1. sn含量应当控制在10%-20%左右，这样可以得到较好强度和硬度，在其她性能不变状况下，随着Sn含量增长强度和硬度值逐渐增长。2. 烧结工艺也应当多加注意温度应当控制在550，这样有助于结合剂性能稳定。3. 结合三轮实验成果，当取Cu78Sn20Fe6Co6是强度值和硬度值综合指标比较适合珩磨铸铁。致 谢本论文在我指引教师左宏森精心指引下完毕，在整个毕业设计阶段左教师都给于我大量协助，并且到工厂里亲自指引我设计过程中每一种细节。她在整个设计中都严格规定咱们，以其渊博知识，科学态度和思维办法以及严谨治学态度辅导着咱们，这一切都将在我后来工作和学习当中产生深远影响，在此我特向左教师表达衷心感谢，和崇高敬意！同步，也要感谢实习中心宋诚教师，和李宝膺教师在实验过程中给于我大力支持和对于设备提供。感谢和我一起进行毕业设计郑勇翔，韩丹丹，蔡培，白小康等同窗给我提供大量协助。此外，也要特别向材料学院各位领导在大学四年对于我支持和协助，以及关怀和协助过我所有教师和同窗们表达衷心感谢最后，感谢我父母在经济和精神上近年来对于我大力支持和勉励，为我可以进行高等教诲提供了良好条件。感谢和我一同度过大学几年生活同窗，这几年对于我协助和支持。在此我再次向所关于怀协助过我人表达感谢参 考 文 献1 王秦生金刚石烧结制品M.北京：中华人民共和国原则出版社，2 刘明耀立方氮化硼珩磨油石在生产中应用93郑州国际超硬材料研讨会论文集（国内某些）19933 王世清 深孔加工技术M 西安:西北工业大学出版社， -64 彭海，张敏，刘庆功 混合磨料珩磨油石磨削性能研究金刚石与磨料磨具工程，-85 舒智 ，许华松新型金刚石珩磨油石研制探矿工程(岩土钻掘工程) -106 葛宰林，江亲瑜，高金平 超精磨削油石磨削性能实验研究大连铁道学院学报，-67 刘寿祥油石硬度对超精研工艺影响轴承，-98 彭海，张敏小直径精密深孔珩磨技术研究 机械设计与制造， 年6月9 曲贵龙，宁晓莉，吕风民珩磨加工工艺参数选取.磨床与磨削，1998-210 王勇特种材料内孔珩磨工艺研机械 ，-3211 彭海超薄壁小直径精密深孔加工技术研究当代制造工程，-1012 何兆太，王澄宇 珩磨技术在高精度内孔加工中应用黄石理工学院学报，-613 袁公文 人造金刚石合成与金刚石工具制造M 长沙:中南工业大学出版社，199214 程双龙.缸套珩磨加工油石选取.内燃机配件，-315 孙丰江，卢相青，张颜新.气缸套珩磨条选取，内燃机配件-216 沈鸿主编机械工程手册机械工业出版社，198817 Tsutseng W Electroless depo sition of Cu thin films with CuCI2一HNCh based chemi 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