CBN砂轮的激光近净成形制备工艺研究

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现代社会倡导绿色化、可持续化发展,然而加工制造业的基础工具磨具却一直停留在传统的加工方法上,针对该问题本文提出一种新的加工工艺-基于激光近净成形技术进行CBN砂轮的制备,该方法具有材料利用率高、高效环保、易实现自动化生产等诸多优点,伴随着互联网技术的发展,长远来看具有广阔的发展空间,未来能够实现远程端控制甚至智能化制造,因此对此研究具有重要的意义。本文围绕激光近净成形砂轮制作,对其工艺及机理进行研究,首先进行温度场的仿真分析,然后通过单因素实验及多指标正交实验进行工艺参数的最优组合综合选取,为了确定选出的工艺参数是否合适,对界面微观结构及磨粒把持强度进行分析,最后根据综合选取的工艺参数进行激光近净成形砂轮制备实验及数控加工中心端面磨削实验,并与定制同规格单层电镀砂轮做磨削力、磨削温度、磨削质量及砂轮多行程磨损情况对比分析。主要研究工作如下所示:(1)温度场仿真。首先对激光与基体及结合剂粉末之间的相互作用理论进行分析,然后基于高斯面热源与圆柱体热源组合热源进行温度场仿真,分析激光工艺参数对温度的影响规律,通过仿真结果指导工艺参数的选择。(2)工艺参数的选择。确定了激光近净成形砂轮的质量评价参数,通过单因素与正交实验结果分析激光功率、扫描速度、送粉速度对熔道几何参数的影响,并通过多指标正交实验极差分析、方差分析、多工艺参数变化规律分析确定了 CBN砂轮的激光近净成形工艺参数最优组合。(3)砂轮强度分析。研究了 45钢基体与结合剂界面、CBN磨粒与结合剂界面结合处微观结构分析,通过现代科学仪器做EDS分析及XRD分析,45钢基体与结合剂界面结合处形成了 TiFe、TiFe2等金属化合物,CBN磨粒与结合剂界面结合处形成了 TiB2、TiN等含Ti化合物,产生冶金结合,有效的提高了结合剂对CBN的把持力,并做了重载刮擦实验进行验证。(4)砂轮磨削性能验证。利用优选的工艺参数进行CBN砂轮的制作,并与定制的电镀CBN砂轮性能进行比较,激光近净成形砂轮具有磨削力小、磨削温度低、砂轮磨损量小等优点。
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