超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪制備技術(shù)及其特性實驗研究.pdf

1、21世紀，世界工業(yè)經(jīng)濟進入了飛速發(fā)展時期，隨著汽車、航天、軍工、機床、軸承工具、儀器儀表、光電材料等加工制造行業(yè)的高速發(fā)展，各國對于超高速磨削技術(shù)所帶來的巨大效益的追求已臻眉睫。陶瓷CBN砂輪因其被公認的高速、高效、高精、低成本、低環(huán)境污染的諸多優(yōu)點，已成為近年來世界各國競相開發(fā)的熱點。而了解和掌握超高速陶瓷CBN砂輪的制備關(guān)鍵技術(shù)與特性，更成為我國裝備制造業(yè)發(fā)展的亟需。
　　本文系統(tǒng)地分析了國內(nèi)外超高速陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪研究現(xiàn)

2、狀和前沿。針對超高速陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪關(guān)鍵技術(shù)，將傳統(tǒng)的砂輪制備工藝與納米復(fù)合材料技術(shù)相結(jié)合，制備出了具有優(yōu)越性能的超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪。同時綜合運用計算機仿真技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)、超高速磨削加工等一系列先進技術(shù)，在理論分析基礎(chǔ)上，通過仿真優(yōu)化與實驗研究相結(jié)合的方法，揭示了超高速陶瓷CBN砂輪的磨削加工機理與特性，探究了陶瓷CBN砂輪延性域磨削特性，研究了超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的磨損狀態(tài)與特性，同時為超高速納米陶瓷結(jié)合

3、劑CBN砂輪的制備及應(yīng)用提供了理論與技術(shù)支持。
　　本文主要研究工作與取得的成果如下:
　　1、對國內(nèi)外CBN磨料性能進行了詳細研究，具有創(chuàng)新性的將納米復(fù)合材料技術(shù)引入超高速陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪結(jié)合劑制備過程，以此制備出的納米陶瓷結(jié)合劑具有遠高于傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑的熱學及力學性能。然后，將超高速砂輪制備技術(shù)與有限元結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法相結(jié)合，進行了超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及制備，最終制備出了具有優(yōu)良性能的超高速納米

4、陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪。
　　2、在研究陶瓷CBN磨削特性與機理之前，通過對ANSYS的APDL二次開發(fā)，采用采用空間隨機切分平面算法，建立了更加完善及先進的虛擬CBN磨粒及虛擬陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪模型，建模過程符合自然隨機特征，而且可以參數(shù)化設(shè)計。
　　3、在磨削機理仿真研究基礎(chǔ)上，以實驗制備的納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪進行了不銹鋼、高速鋼、鈦合金三種難磨金屬包括磨削力、磨削溫度、磨削比以及比磨削能在內(nèi)的磨削特性研究。通過與普

5、通陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的比較，最終表明實驗制備的超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪綜合性能更好。
　　4、進行了具有前瞻意義的納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪延性域磨削特性仿真與實驗研究，通過對SiC、SiO2、 Si3N4等普通陶瓷CBN砂輪無法勝任的硬脆材料的磨削實驗研究，證實了納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪同樣是適合于陶瓷磨削的。尤其是在以CBN砂輪實現(xiàn)陶瓷的延性域磨削時，納米陶瓷結(jié)合劑砂輪的性能已接近金剛石砂輪磨削效果，而且比金剛石砂輪有著

6、更廣泛的適應(yīng)性。
　　5、進行了納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪磨削后表面質(zhì)量的研究。實驗表明納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪特性對磨削表面質(zhì)量的影響規(guī)律與普通超高速陶瓷CBN相似，但是其磨后工件表面完整性及質(zhì)量效果卻好過普通砂輪。
　　6、以SPH光滑質(zhì)子流體動力學仿真方法揭示了納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪磨粒磨耗特性。進行了納米陶瓷結(jié)合劑砂輪磨損與修整實驗對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米陶瓷CBN砂輪的磨粒磨耗比例更大。根據(jù)超高速納米陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪