金刚石刀具钻探工程陶瓷的研究

金刚石刀具钻探工程陶瓷的研究

摘要：使用金刚石刀具给工程陶瓷钻洞的方法已经被广泛应用。用这种方法，金刚石刀具绕固定的研磨料旋转。基于裂缝力学概念操练的机器加工机制被掌握，并且一个材料去除比率的新理论的模型被提出。根据这个模型，去除材料速度比率根据应用静载重的增加而增加，钻削刀具的旋转的速度，以及研磨料的粒度。选择99.5%的Al2O3陶器制法，因为这种工件材料已经进行过这样的实验。结果显示金刚石刀具钻探工程陶瓷是机器加工工程陶瓷的一种有效的方法。关键字：设计陶瓷；钻石工具；操练；机器加工机制1.引言工程陶瓷有许多极好的物理和机械特性：高的硬度，高的热阻，化学稳定性和低的热和电传导性，还有很多,这里就不一一列举了。因为这些特别的性能，工程陶瓷预计使用越来越多的应用在从电子和光学设备到大范围内的许多高性能需求的加热并且穿抵抗部分.直到今天，他们的申请几乎仅局限于电子和光学设备。一个原因是发现将在粉末冶金之前在对形成的过程的认识很局限，保证复杂的几何尺寸并且保证足够的准确度完成相当困难。还有一项相当多的赤字，在使用变硬的粉末冶金的国家后里，更复杂的几何学的生产或者机器加工，由于在当今的使用过程中的对性能或者形成的过程中的多数的能力的没有得到发挥。传统方法的对机器加工工程陶瓷极最后的尺寸保证极其艰苦和费时。近年来对进行研究有效率物质排除过程的更多的地区开始聚集冲力，特别是在降低错误和在机械加工的陶器制法的附属表面里的裂缝的事件的方法和手段上。在前面的文章里研究了金刚石刀具钻探工程陶瓷这种加工方法，它可以提高材料去除率，并改善表面光洁度。本文打算进一步作进一步的阐述金刚石刀具钻探的陶瓷的机理，从而使预测中的材料去除率条款适用于静态负荷，粒度的磨料和转速的钻井工具。2.金刚石刀具的工作机制钻石刀具钻削的过程的机制如图1所示。在加工的过程刀具旋转，工件是固定。切除的材料机制已经被一般通过微小的对被磨损的表面的观察。在任何场合下，切除材料的过程都可看作类似于材料相对于刀具或者粒子或者骨除去工作表面的毛刺。工件材料可以通过磨损的像谷粒一样的磨碎的很多微小的粒子就会形成'刺穿'。可以断定工程陶器的切除主要靠钻石刀具的旋转得以实现。理解这个过程，研究机械表面就会像切除内部一样的脆的材料，因为得益于工件磨损的谷类的凹口。2.1刀具变形的研究刀具凹口在变形和骨折模式在洛氏硬度对陶器的正常接触下观察陶器的研究中发现的在图2说明。在直接变形的下一个区域是塑性变形的区域。鉴定这两个区域主要靠裂缝。从塑性区流出：中间/半径裂缝和横向裂缝。裂缝的两种类型的的不同现象受有弹性/塑料里的不均匀的塑性变形被残余应力影响。中间裂缝在装期间起源于一次楔块的冲击，并且他们可能继续在装载期间受到断裂时的残余的抗拉的压力。横向裂缝则是由残余应力引起并且可能会变形成锯齿形直到负荷被除去。半径的大小和增减和横向裂缝是非常有助于材料切削过程。如图2，这些半径和横向裂缝的开始和变大中后导致了脆的材料的碎裂。开始时半径裂缝的关键的负荷Pc被给通过:是一个与变形几何学有关的量纲，KIC是工件的裂缝坚韧，HV是工件材料的维氏硬度。对中间或者半径裂缝铬Cr和横向裂缝CL的尺寸来说，公式如下:P是应用负荷，x1和x2是成比例常量。他们一般被看横向裂缝Ch的那最深处与eP=HVT1=1成正比。从中间/半径的尺寸或者横向裂缝用负荷的增加并且用减少增长的这些结果断定，在工件材料的裂缝坚韧里。迄今在描述的凹口上的调查为理解实际的钻头(操练陶器制法的过程)提供有用的信息。2.2物质移动比率和各种各样的参数之间的关系根据在凹口里的陶器制法的测验结果的在物质移动比率和各种各样的参数之间的关系，因此发现了单个的研磨料引起的一个物质移动的模型，如图3中所示。这个模型刀具沿着表面考虑到研磨料的线的切线的运动。在额定负荷P下磨损的大小及除去的工件材料的体积与尺寸成正比横向磨损和除去工件物质的V0向适合。V0=2CLChd(4)CL是横向裂缝的长度，Ch是横向裂缝的最深度，d是磨损的距离然后材料的切削速度可以得到：MV0=4pCLChor(5)o是工具的旋转的速度r是预定轨迹的半径.假定有效钻削工件颗粒密度是l，在区域中A中的有效谷的数目:n=dA=2lprdr(6)此时刀具的移动速度：工件表面的有效切除量：其中A=00000000,R2是金刚石钻孔工具的外部半径,R1是金刚石钻孔工具内部半径,K1是比例常数;ug研磨系数和d0是有研磨作用的最小直径.然后:l作用在工件上的力：将(2),(3),(9),(10)带入公式(7):简化得：其中K是成比例常数.根据公式(12),材料切除速度MV将增加静止负担W，刀具o的旋转的速度随研磨最小直径的d0的大小地增加.3.试验的准备金刚石钻孔工具随着的外部半径R2是一个轮子旋转，另一齿轮的内圆半径10mm，准备三种类型的钻石钻孔工具,分别是80,120和160粗磨粉，他们的都集中在100%.一99.5%Al2O3。冷却液可以选择制陶艺术当工作部件材料或者水，准备一0.001毫米的英制千分表，用来准确测量。,然后转速能是精心设计((MRR是按照每分钟)钻孔的深度倍增钻孔工具的跨-组合家具的-区域.表面粗糙存在测量使用一5%的相对准确性地测量工具表面.4.实验结果和讨论4.1.静止负担试验r结果显示：材料的切削速度的关系如图5。表面粗糙受应用静止载荷负担影响，静止负担的增加而表面粗糙度增加.在下列情况下做试验:0=720rev/min,C=80,当静止力分别为：2535455565N时，表面粗糙分别为：0.0040,0.0040,0.0042,0.0045和0.0045毫米.4.2.钻孔刀具刀具的旋转的速度的影响钻孔工具的旋转的速度。钻孔工具的旋转的速度的增加造成一些其他的因子变动,例如在研磨作用下的流过的细铁屑会迅速而且变得锋利，并非和钻孔工具的旋转的速度成比例。随着材料的高速切削会使细铁屑变红是非常对重要的.随着钻孔工具的旋转的速度的增加,会形成许多细铁屑,和离开使它变红成为越来越更多困难.这个将也影响有研磨作用的谷的自我磨损.一般说来,研磨作用的谷包含两个成分，通过进步有研磨作用的谷碎裂自我锋利和通过进步债券侵蚀自我锋利.当细铁屑未被离开完全使变红的时候,债券侵蚀和有研磨作用的谷碎裂变得困难结果是钻孔工具的迟钝:因此转速将是受影响.此外,细铁屑变红把冷却液和压力的联系起来.在目前试验中,冷却液的压力在这状况下是104Pa.,当钻孔工具的旋转的速度是1200rpm的时候就会产生。5.总结金刚石刀具钻探工程陶瓷的基本机械装研究，研究了金刚石刀具钻探工程陶瓷的影响，可以知道钻孔工具的旋转的速度和有研磨作用的谷的大小有关系的，随着谷的增加材料的切削速度的增加.由完成的表面和每一参数的粗糙之间的关系得到:随着静压力的增加,刀具的旋转的速度减少，有研磨作用的谷大小的增加会使表面粗糙增加。

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