CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究

高航 李睿祺 许启灏 兰宝华

高航, 李睿祺, 许启灏, 兰宝华. 金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(1): 75-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.1214
引用本文: 高航, 李睿祺, 许启灏, 兰宝华. 金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(1): 75-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.1214
GAO Hang, LI Ruiqi, XU Qihao, LAN Baohua. Feasibility study on SiO2f/SiO2 composites processed by diamond tools[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(1): 75-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.1214
Citation: GAO Hang, LI Ruiqi, XU Qihao, LAN Baohua. Feasibility study on SiO2f/SiO2 composites processed by diamond tools[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(1): 75-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.1214

金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.1214
基金项目: NCSF-辽宁联合基金(U1908232)
详细信息
    作者简介:

    高航,男,1962年生,博士,教授。主要研究方向:高效精密磨削技术与应用,精密与超精密技术与理论,数字化设计制造技术与应用。E-mail:hanggao4187@126.com

  • 中图分类号: TG58;TG71;TB332;TQ164

Feasibility study on SiO2f/SiO2 composites processed by diamond tools

  • 摘要: 针对石英纤维增强陶瓷基复合材料(SiO2f /SiO2)制造的薄壁壳体零件加工过程中存在加工效率低、切削力较大易导致零件破裂和加工表面粗糙度不易达到要求等问题,为寻求零件可行的加工刀具和工艺参数,在阐述微刃切削原理基础上,用其研制的整体多刃PCD刀具和电镀金刚石磨头,开展金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究。结果表明:采用基于微刃切削原理设计的整体多刃PCD刀具加工SiO2f/SiO2,因刀具锋利和多刃特点可以实现较大的切深并获得较大的切削效率,但是切削力相对较大;相比于整体多刃PCD刀具,电镀金刚石磨头加工SiO2f/SiO2时切削力较小,加工后工件表面质量较好,且其表面粗糙度较低;

     

  • 图  1  SiO2f/SiO2试验材料及其微观特征

    Figure  1.  SiO2f/SiO2 and their characteristics

    图  2  切削力测量系统

    Figure  2.  Cutting force measurement system

    图  3  试验刀具样件

    Figure  3.  Cutting tools for experiment

    图  4  连续刃切削的几何学分析

    Figure  4.  Geometric analysis of continuous edge cutting

    图  5  微刃切削和普通切削示意图

    Figure  5.  Micro edge cutting and ordinary cutting

    图  6  转速对切削力的影响

    Figure  6.  Influence of speed on cutting force

    图  7  进给速度对切削力的影响

    Figure  7.  Influence of feed speed on cutting force

    图  8  切削深度对切削力的影响

    Figure  8.  Influence of cutting depth on cutting force

    图  9  2种刀具加工表面微观形貌

    Figure  9.  Surface topography of the workpiece after machining with two tools

    图  10  主轴转速对表面粗糙度的影响

    Figure  10.  Influence of speed of mainshaft on surface roughness

    图  11  进给速度对表面粗糙度的影响

    Figure  11.  Effect of feed rate on surface roughness

    图  12  材料自身孔隙对表面粗糙度的影响

    Figure  12.  Influence of material' original pores on surface roughness

    图  13  PCD刀具后刀面原始形貌

    Figure  13.  Original appearance of PCD tool's flank

    图  14  PCD刀具切削后的后刀面形貌

    Figure  14.  Post-cutting profile of PCD tool

    图  15  金刚石磨头原始形貌

    Figure  15.  Original appearance of diamond grinding tool

    图  16  金刚石磨头磨粒脱落

    Figure  16.  Abrasive particles falling of the diamond grinding tool

    图  17  金刚石磨头磨粒崩碎

    Figure  17.  Abrasive particles' collapse of the diamond grinding tool

    表  1  切削力测量单因素试验参数

    Table  1.   Single factor test parameters of cutting force measurement

    加工条件参数或取值
    刀具整体多刃PCD铣刀,
    电镀金刚石磨头
    主轴转速 n / (r·min−1)3 000,5 000,7 000,9 000
    进给速度 vf / (mm·min−1)20,40,60,80
    切削深度 ap / mm0.1,0.2,0.3,0.4
    下载: 导出CSV
  • [1] 杜善义. 先进复合材料与航空航天 [J]. 复合材料学报,2007,24(1):1-12. doi: 10.3321/j.issn:1000-3851.2007.01.001

    DU Shanyi. Advanced composite materials and aerospace engineering [J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2007,24(1):1-12. doi: 10.3321/j.issn:1000-3851.2007.01.001
    [2] 冉冲, 卢守相, 高航, 等. 石英纤维增强陶瓷基复合材料制孔工艺研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2016,36(2):37-42.

    RAN Chong, LU Shouxiang, GAO Hang, et al. Research on drilling technology of quartz fiber reinforced ceramic matrix composites [J]. Diamond and Abrasives Engineering,2016,36(2):37-42.
    [3] 王玉果, 徐靖宇, 林彬. 石英纤维复合材料的磨削加工性能研究 [J]. 天津大学学报,2019,52(4):337-345.

    WANG Yuguo, XU Jingyu, LIN Bin, et al. Research on grinding properties of quartz fiber composites [J]. Journal of Tianjin University,2019,52(4):337-345.
    [4] ABRAO A M, CAMPOS R, FARIA P E, et al. The effect of cutting tool geometry on thrust force and delamination when drilling glass fiber reinforced plastic composite [J]. Materials & Design,2008,29:508-513.
    [5] ZHANG L C, ZHANG H J, WANG X M, et al. A force prediction model for cutting unidirectional fiber-reinforced plastics [J]. Machining Science and Technology,2006,20:293-305.
    [6] STEPHEN M, GUO C S. Grinding technology [M]. Industrial Press, 2008.
    [7] 何文豪. 面向机器人应用的碳纤维复合材料制孔技术研究 [D]. 大连: 大连理工大学, 2021.

    HE Wenhao. The research on drilling technology of carbon fiber composites for robot [D]. Dalian University of Technology, 2021.
    [8] 何涛, 傅玉灿, 苏宏华. C/SiC复合材料铣削表面完整性研究 [J]. 南京航空航天大学学报,2014,46(5):701-706. doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2014.05.006

    HE Tao, FU Yucan, SU Honghua. Study on surface integrity in milling of C/SiC composite [J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics,2014,46(5):701-706. doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2014.05.006
    [9] 康仁科, 赵凡, 鲍岩, 等. 超声辅助磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2019,39(4):85-91.

    KANG Renke, ZHAO Fan, et al. Ultrasonic assisted grinding of SiCf/SiC composites [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2019,39(4):85-91.
    [10] 刘杰, 李海滨, 张小彦, 等. 2D-C/SiC高速深磨磨削特性及去除机制 [J]. 复合材料学报,2012,29(4):113-118. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.2012.04.038

    LIU Jie, LI Haibin, ZHANG Xiaoyan, et al. Investigation of grinding characteristics and removal mechanisms of 2D-C/SiC in high speed deep grinding [J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2012,29(4):113-118. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.2012.04.038
    [11] 张幼桢. 金属切削原理及刀具 [M]. 北京: 国防工业出版社, 1990.

    ZHANG Youzhen. Metal cutting principle and cutting tool [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1990.
    [12] 濮建飞, 宦海祥, 徐九华, 等. PCD刀具车削钛合金复合材料的刀具磨损研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2020,40(5):11-16.

    PU Jianfei, HUAN Haixiang, XU Jiuhua, et al. Study on tool wear of PCD tool in turning titanium matrix composite [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2020,40(5):11-16.
    [13] 宋伟. 基于声发射检测的旋转超声加工中金刚石磨头磨损的研究 [D]. 厦门: 华侨大学, 2021.

    SONG Wei. Study on wear of diamond grinding tool in rotary ultrasonic machining based on acoustic emission [D]. Xiamen: Huaqiao University, 2021.
  • 加载中
图(17) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  364
  • HTML全文浏览量:  118
  • PDF下载量:  55
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-14
  • 修回日期:  2022-03-28
  • 录用日期:  2022-04-28
  • 刊出日期:  2023-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回