金剛石刀具鉆探工程陶瓷的研究

金剛石刀具鉆探工程陶瓷的研究

摘要：使用金剛石刀具給工程陶瓷鉆洞的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。用這種方法，金剛石刀具繞固定的研磨料旋轉(zhuǎn)。基于裂縫力學(xué)概念操練的機(jī)器加工機(jī)制被掌握，并且一個(gè)材料去除比率的新理論的模型被提出。根據(jù)這個(gè)模型，去除材料速度比率根據(jù)應(yīng)用靜載重的增加而增加，鉆削刀具的旋轉(zhuǎn)的速度，以及研磨料的粒度。選擇99.5%的Al2O3陶器制法，因?yàn)檫@種工件材料已經(jīng)進(jìn)行過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示金剛石刀具鉆探工程陶瓷是機(jī)器加工工程陶瓷的一種有效的方法。關(guān)鍵字：設(shè)計(jì)陶瓷；鉆石工具；操練；機(jī)器加工機(jī)制1.引言工程陶瓷有許多極好的物理和機(jī)械特性：高的硬度，高的熱阻，化學(xué)穩(wěn)定性和低的熱和電傳導(dǎo)性，還有很多,這里就不一一列舉了。因?yàn)檫@些特別的性能，工程陶瓷預(yù)計(jì)使用越來(lái)越多的應(yīng)用在從電子和光學(xué)設(shè)備到大范圍內(nèi)的許多高性能需求的加熱并且穿抵抗部分.直到今天，他們的申請(qǐng)幾乎僅局限于電子和光學(xué)設(shè)備。一個(gè)原因是發(fā)現(xiàn)將在粉末冶金之前在對(duì)形成的過(guò)程的認(rèn)識(shí)很局限，保證復(fù)雜的幾何尺寸并且保證足夠的準(zhǔn)確度完成相當(dāng)困難。還有一項(xiàng)相當(dāng)多的赤字，在使用變硬的粉末冶金的國(guó)家后里，更復(fù)雜的幾何學(xué)的生產(chǎn)或者機(jī)器加工，由于在當(dāng)今的使用過(guò)程中的對(duì)性能或者形成的過(guò)程中的多數(shù)的能力的沒(méi)有得到發(fā)揮。傳統(tǒng)方法的對(duì)機(jī)器加工工程陶瓷極最后的尺寸保證極其艱苦和費(fèi)時(shí)。近年來(lái)對(duì)進(jìn)行研究有效率物質(zhì)排除過(guò)程的更多的地區(qū)開(kāi)始聚集沖力，特別是在降低錯(cuò)誤和在機(jī)械加工的陶器制法的附屬表面里的裂縫的事件的方法和手段上。在前面的文章里研究了金剛石刀具鉆探工程陶瓷這種加工方法，它可以提高材料去除率，并改善表面光潔度。本文打算進(jìn)一步作進(jìn)一步的闡述金剛石刀具鉆探的陶瓷的機(jī)理，從而使預(yù)測(cè)中的材料去除率條款適用于靜態(tài)負(fù)荷，粒度的磨料和轉(zhuǎn)速的鉆井工具。2.金剛石刀具的工作機(jī)制鉆石刀具鉆削的過(guò)程的機(jī)制如圖1所示。在加工的過(guò)程刀具旋轉(zhuǎn)，工件是固定。切除的材料機(jī)制已經(jīng)被一般通過(guò)微小的對(duì)被磨損的表面的觀察。在任何場(chǎng)合下，切除材料的過(guò)程都可看作類(lèi)似于材料相對(duì)于刀具或者粒子或者骨除去工作表面的毛刺。工件材料可以通過(guò)磨損的像谷粒一樣的磨碎的很多微小的粒子就會(huì)形成'刺穿'?？梢詳喽üこ烫掌鞯那谐饕裤@石刀具的旋轉(zhuǎn)得以實(shí)現(xiàn)。理解這個(gè)過(guò)程，研究機(jī)械表面就會(huì)像切除內(nèi)部一樣的脆的材料，因?yàn)榈靡嬗诠ぜp的谷類(lèi)的凹口。2.1刀具變形的研究刀具凹口在變形和骨折模式在洛氏硬度對(duì)陶器的正常接觸下觀察陶器的研究中發(fā)現(xiàn)的在圖2說(shuō)明。在直接變形的下一個(gè)區(qū)域是塑性變形的區(qū)域。鑒定這兩個(gè)區(qū)域主要靠裂縫。從塑性區(qū)流出：中間/半徑裂縫和橫向裂縫。裂縫的兩種類(lèi)型的的不同現(xiàn)象受有彈性/塑料里的不均勻的塑性變形被殘余應(yīng)力影響。中間裂縫在裝期間起源于一次楔塊的沖擊，并且他們可能繼續(xù)在裝載期間受到斷裂時(shí)的殘余的抗拉的壓力。橫向裂縫則是由殘余應(yīng)力引起并且可能會(huì)變形成鋸齒形直到負(fù)荷被除去。半徑的大小和增減和橫向裂縫是非常有助于材料切削過(guò)程。如圖2，這些半徑和橫向裂縫的開(kāi)始和變大中后導(dǎo)致了脆的材料的碎裂。開(kāi)始時(shí)半徑裂縫的關(guān)鍵的負(fù)荷Pc被給通過(guò):是一個(gè)與變形幾何學(xué)有關(guān)的量綱，KIC是工件的裂縫堅(jiān)韌，HV是工件材料的維氏硬度。對(duì)中間或者半徑裂縫鉻Cr和橫向裂縫CL的尺寸來(lái)說(shuō)，公式如下:P是應(yīng)用負(fù)荷，x1和x2是成比例常量。他們一般被看橫向裂縫Ch的那最深處與eP=HVT1=1成正比。從中間/半徑的尺寸或者橫向裂縫用負(fù)荷的增加并且用減少增長(zhǎng)的這些結(jié)果斷定，在工件材料的裂縫堅(jiān)韌里。迄今在描述的凹口上的調(diào)查為理解實(shí)際的鉆頭(操練陶器制法的過(guò)程)提供有用的信息。2.2物質(zhì)移動(dòng)比率和各種各樣的參數(shù)之間的關(guān)系根據(jù)在凹口里的陶器制法的測(cè)驗(yàn)結(jié)果的在物質(zhì)移動(dòng)比率和各種各樣的參數(shù)之間的關(guān)系，因此發(fā)現(xiàn)了單個(gè)的研磨料引起的一個(gè)物質(zhì)移動(dòng)的模型，如圖3中所示。這個(gè)模型刀具沿著表面考慮到研磨料的線的切線的運(yùn)動(dòng)。在額定負(fù)荷P下磨損的大小及除去的工件材料的體積與尺寸成正比橫向磨損和除去工件物質(zhì)的V0向適合。V0=2CLChd(4)CL是橫向裂縫的長(zhǎng)度，Ch是橫向裂縫的最深度，d是磨損的距離然后材料的切削速度可以得到：MV0=4pCLChor(5)o是工具的旋轉(zhuǎn)的速度r是預(yù)定軌跡的半徑.假定有效鉆削工件顆粒密度是l，在區(qū)域中A中的有效谷的數(shù)目:n=dA=2lprdr(6)此時(shí)刀具的移動(dòng)速度：工件表面的有效切除量：其中A=00000000,R2是金剛石鉆孔工具的外部半徑,R1是金剛石鉆孔工具內(nèi)部半徑,K1是比例常數(shù);ug研磨系數(shù)和d0是有研磨作用的最小直徑.然后:l作用在工件上的力：將(2),(3),(9),(10)帶入公式(7):簡(jiǎn)化得：其中K是成比例常數(shù).根據(jù)公式(12),材料切除速度MV將增加靜止負(fù)擔(dān)W，刀具o的旋轉(zhuǎn)的速度隨研磨最小直徑的d0的大小地增加.3.試驗(yàn)的準(zhǔn)備金剛石鉆孔工具隨著的外部半徑R2是一個(gè)輪子旋轉(zhuǎn)，另一齒輪的內(nèi)圓半徑10mm，準(zhǔn)備三種類(lèi)型的鉆石鉆孔工具,分別是80,120和160粗磨粉，他們的都集中在100%.一99.5%Al2O3。冷卻液可以選擇制陶藝術(shù)當(dāng)工作部件材料或者水，準(zhǔn)備一0.001毫米的英制千分表，用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量。,然后轉(zhuǎn)速能是精心設(shè)計(jì)((MRR是按照每分鐘)鉆孔的深度倍增鉆孔工具的跨-組合家具的-區(qū)域.表面粗糙存在測(cè)量使用一5%的相對(duì)準(zhǔn)確性地測(cè)量工具表面.4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論4.1.靜止負(fù)擔(dān)試驗(yàn)r結(jié)果顯示：材料的切削速度的關(guān)系如圖5。表面粗糙受應(yīng)用靜止載荷負(fù)擔(dān)影響，靜止負(fù)擔(dān)的增加而表面粗糙度增加.在下列情況下做試驗(yàn):0=720rev/min,C=80,當(dāng)靜止力分別為：2535455565N時(shí)，表面粗糙分別為：0.0040,0.0040,0.0042,0.0045和0.0045毫米.4.2.鉆孔刀具刀具的旋轉(zhuǎn)的速度的影響鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度。鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度的增加造成一些其他的因子變動(dòng),例如在研磨作用下的流過(guò)的細(xì)鐵屑會(huì)迅速而且變得鋒利，并非和鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度成比例。隨著材料的高速切削會(huì)使細(xì)鐵屑變紅是非常對(duì)重要的.隨著鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度的增加,會(huì)形成許多細(xì)鐵屑,和離開(kāi)使它變紅成為越來(lái)越更多困難.這個(gè)將也影響有研磨作用的谷的自我磨損.一般說(shuō)來(lái),研磨作用的谷包含兩個(gè)成分，通過(guò)進(jìn)步有研磨作用的谷碎裂自我鋒利和通過(guò)進(jìn)步債券侵蝕自我鋒利.當(dāng)細(xì)鐵屑未被離開(kāi)完全使變紅的時(shí)候,債券侵蝕和有研磨作用的谷碎裂變得困難結(jié)果是鉆孔工具的遲鈍:因此轉(zhuǎn)速將是受影響.此外,細(xì)鐵屑變紅把冷卻液和壓力的聯(lián)系起來(lái).在目前試驗(yàn)中,冷卻液的壓力在這狀況下是104Pa.,當(dāng)鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度是1200rpm的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生。5.總結(jié)金剛石刀具鉆探工程陶瓷的基本機(jī)械裝研究，研究了金剛石刀具鉆探工程陶瓷的影響，可以知道鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)的速度和有研磨作用的谷的大小有關(guān)系的，隨著谷的增加材料的切削速度的增加.由完成的表面和每一參數(shù)的粗糙之間的關(guān)系得到:隨著靜壓力的增加,刀具的旋轉(zhuǎn)的速度減少，有研磨作用的谷大小的增加會(huì)使表面粗糙增加。

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