光纤激光微细加工钎焊金刚石微结构磨削刃砂轮制备及性能研究

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AlSiC复合材料具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损、可调的导热系数等优点,在航空航天、汽车、电子、军工等领域有重要应用,其精密、超精密加工受到越来越多的重视。而钎焊金刚石砂轮中磨粒的结合强度高,容屑空间大,锋利度好等原因,可以满足各种难加工脆性材料的加工要求。目前钎焊金刚石砂轮由于制备工艺及金刚石石墨化影响,多用于200目以粗的金刚石砂轮制备,难以实现精密与超精密磨削加工。本文提出使用光纤激光微细加工技术对钎焊金刚石砂轮进行微刻蚀,制备微结构磨削刃金刚石砂轮,并研究其对AlSiC复合材料的磨削性能与磨损特征。研究了光纤激光微细加工完整晶型金刚石及CVD金刚石的工艺规律,分析激光微细加工的沟槽宽度、深度与激光加工参数(脉宽,扫描速度,扫描次数等)的关系。结果表明,激光刻蚀微沟槽的宽度和深度随着激光的脉宽和扫描次数的增加而增加,随着扫描速度增加而降低。由于导热率的不同,完整晶型单晶金刚石比CVD金刚石的刻蚀沟槽宽度和深度略高。设计了三种不同的加工路径轨迹,在CVD金刚石薄膜上刻蚀出三种不同截面V型沟槽。制备了带有微结构磨削刃的单层有序钎焊金刚石端面砂轮,研究该砂轮磨削50%SiC体积分数的AlSiC复合材料的磨削性能,分析被加工材料的表面形貌、砂轮磨损、磨屑特征。结果表明:微结构磨削刃金刚石砂轮可以对AlSiC复合材料进行有效磨削,其磨削力比普通钎焊金刚石砂轮大幅度降低;磨削后AlSiC复合材料表面缺陷缺陷主要包括SiC颗粒拔出或破碎形成的微孔洞;金刚石磨粒上的微刃多沿微沟槽形成微破碎,也存在大块破碎和磨粒钝化的磨损形式,激光刻蚀微结构磨削刃有助于提高金刚石磨粒在磨削时破碎率;被加工材料主要是以脆性去除为主,磨屑为极其细微片状的粉末。本研究证明微结构磨削刃钎焊金刚石砂轮可以提高砂轮锋利度,可以对AlSiC复合材料进行有效磨削。
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