当前位置:南通康诚重工机械有限公司 >> 新闻中心 >> 聚晶金刚石的超声振动研磨机理研究

聚晶金刚石的超声振动研磨机理研究


1 引言聚晶金刚石(PCD)具有接近天然金刚石的硬度、耐磨性以及与硬质合金相当的抗冲击性能直线筛,PCD刀具的应用范围已逐渐扩展到有色金属和非金属材料的精加工领域,尤其适用于铝合金材料的精密..

1悬挂输送机 引言

聚晶金刚石(PCD)具有接近天然金刚石的硬度、耐磨性以及与硬质合金相当的抗冲击性能,PCD刀具的应用范围已逐渐扩展到有色金属和非金属材料的精加工领域,尤其适用于铝合金材料的精密及超精密加工。然而,由于PCD刀具材料特有的高硬度、高耐磨性及低断裂韧性,使对PCD刀具进颚式破碎行研磨时材料去除率极低,严重影响生产效率。本文通过分析PCD材料的去除机理,将超声振动引入PCD刀具材料的研磨工艺。试验证明,采用超声振动研磨PCD刀具材料可在保证加工表面粗糙度的同时获得较高的加工效率。

2 超声振动震动筛分机研磨试验及结果分析

    试验振打器条件 试验结果分析
      试验设备与材料 超声振动研磨试验在经过改装的转速可调的高精度静压式研磨机上进行;研磨盘采用直径D=300mm 的高磷铸铁盘;磨料为W7 粒度的金刚石研磨粉;试件材料为郑州新亚复合超硬材料有限公司生产的JFER1308DF-IV(规格为Ø13.44×0.8mm,粒度W40)和美国GE 公司生产的P制砂机C1308DA(规格为Ø13×0.8mm,粒度W20);超声振动研磨系统由J923025型电子管式超声波发生器(最大额定输出功率为250W)、自行研制的磁致伸缩超声换能器及相应的夹具组成;由于研磨加工要求的材料去除量极微小,且PCD材料具有高耐磨性,因此采用ES120G-4型电子天平(称量可精确到10星型给料机-4g)来测量PCD试件的质量变化,并以此评价研磨加工效率。 试验方法与参数 研磨时,试件沿研磨盘径向LS型螺旋输送机水平方向(垂直于研磨盘线速度方向)作高频振动,工作频率为19KHz,静载荷为15N,研磨时间为60min。试验时,研磨盘选取三种不同转速(80r/min、320r/min 和500r/min),超声波发生器输出不同功率,分别研磨不同粒度的PCD试样,并分别测量试验结果。

    图1 超声波发生器输出功率变化时的FYBS方型精密筛分机PCD材料去除率
    图2 超声振动研磨不同粒度PCYK型圆形振动筛D时的材料去除率 超声振动研磨试验结果如图1和图2所示。由图1可知,超声振动研磨工艺可明显提高研落料机磨PCD的材料去除率。试验数据还显示,随着超声波发生器输出功率的增大,PCD材料去除率有较大幅度的提高(超声波发生器输出功率为250W时,PCD材料去除率比普通研磨提高一倍以上),即采用超声振动研磨比普通研磨可获得更高的加工效率。这是因为超声波发生器输出功率的提高使PCD试件的振幅增大,说明在超声振动研磨中振幅对PCD材料去除率的影响很大;由图1还可看出,在相同试验条件下,随着研磨盘转速的提高,PCD材料去除率也相应提高。 由图2可知,在相同试验条件下,超声振动研磨粗粒度PCD时的材料去除率比研磨细粒度PCD的材料去除率更高,这说明合成PCD的金刚石晶粒粒度对PCD材料的耐磨性和强度有很大影响。

3 超声振动研磨PC双螺旋给料机D的去除机理分析

PCD是由经预处理的、具有一定粒度的金刚石微粉为原料,以镍、钴、钛、硅、硼等作为粘结剂,在高温、高压下烧结而成。PCD是金刚石微粒随机砂石生产设备排列的金刚石密集体(见图3),具有“混凝土”式的微观结构,这种结构使PCD材料具有各向同性的特点,因而可获得比天然金刚石更高的耐磨性和较高的抗冲击强度。
    研磨P锤式打砂机CD材料的去除机理 超声振动研磨PCD材料的去除机理 研磨PCD材料的去除机理主要包括机械作用和热化学作用。在研磨初期,由于PCD的表面粗糙度较大,金刚石晶粒凸出PCD表面较多,使高速运动的磨粒很容易着力,促使金刚石晶粒容易在底部间接粘结部分产生应力集中。PCD晶粒间的结合部位是其薄弱环节,其结合能小于组成PCD的金刚石单晶体最易解理的(1 1 1)晶面的结合能。当受到磨粒高速撞击时,由于应力逐步集中,使微裂纹沿金刚石晶粒间的结合部位扩展,在磨粒的反复高速冲击下,将发生沿晶疲劳断裂,使金刚石微粒发生整体松动并脱落(如图4 所示)。随着研磨的继续进行,PCD表面粗糙度逐步下降,发生金刚石晶粒整体脱落的情况也逐渐减少。 根据Griffith断裂力学理论,某些固体的共价键和离子键强度很高,其缺陷相对来说受到束缚,因而容易在较低应力下发生断裂(相对其强度而言),此类固体称为脆性固体。如果断裂的阻力主要取决于固体的固有键强度,则该固体可称为高脆性固体。由于PCD材料中金刚石晶粒所占比例高达80%~90%,去除阻力主要取决于构成PCD的金刚石晶粒本身的强度,因此可将PCD材料划归为高脆性固体。PCD属于高脆性多晶固体材料,各个金刚石晶粒的晶向不同,当裂纹遇到两个晶粒的边界时,或者穿过它在第二个晶粒中继续扩展(对于小角度晶界及高强度晶界,易发生穿晶断裂),或者裂纹沿晶界扩展。由于金刚石微粒的(1 1 1)晶面裸露的机率最大,相对于高速运动的磨粒较容易着力,高速运动的磨粒产生与(1 1 1)晶面垂直的拉应力,当该拉应力超过其临界值时,即产生裂纹,裂纹沿(1 1 1)晶面方自击式破碎机向产生穿晶裂纹,在PCD表面产生光滑的解理断裂平面和解理台阶(如图5所示)。金刚石晶粒的解理性脆断是在拉应力作用下裂纹扩展的结果。由于受孪晶带的影响以及金刚石的随机排列方式,金刚石颗粒的断裂表面往往呈“之”字形,即在解理面上形成微小的解理台阶。这是由于许多孪晶带相互交叉,使裂纹扩展方向不得不发生改变,因此阻碍了裂纹贯穿整个金刚石。金刚石晶粒的解理性脆断是研磨PCD的主要去除方式之一。
    图3 PCD的微观形貌
    图4 晶粒整体剥落后留下的空穴
    图5 PCD解理性脆断形貌
    图6 PCD表面微观损伤性划痕 在研磨过程中,锋利的磨粒以很高的速度和适当的压力划过PCD,在金刚石晶粒表面产生大量损伤性划痕(如图6所示),这些划痕可分为塑性划痕和脆性划痕,这种机械去除方式也是研磨PCD的一种主要材料去除方式。此外,在PCD的研磨过程中还存在石磨化去除、热蚀去除、扩散去除、氧化去除等多种热化学去除方式,但热化学去除方式在PCD材料去除中不占主要地位。 在超声振动研磨中,由超声换能器及相应夹具组成的超声振动系统对PCD材料施加一个振幅为A(通常A=10~20µm)、频率为f(通常f=20KHz)的高频振动,使PCD材料沿研磨盘径向产生一个振幅为A 的高频往复运动,研磨时,这一往复运动与研磨盘线速度V合成,研磨轨迹由普通研磨时的圆变为在圆上叠加的以f/V为频率、以A为振幅的高频谐波,从而使磨粒在单位时间内通过PCD材料表面的研磨轨迹加长,研磨效率相应提高;同时,单位时间内研磨轨迹的加长也使研磨速度增大,使磨粒具有比普通研磨条件下更高的冲击动能,由此提高了研磨PCD的材料去除率。对于材料破坏而言,能量的大小固然是一重要因素,而能量对时间的作用梯度在某种意义上更为重要。将超声振动引入PCD研磨中,就是通过超声波的能量激波作用提高能量梯度和能量聚集,使磨粒在短时间内克服晶间结合能,使晶粒发生疲劳破坏(特别是解理性脆断和微观损伤性去除)的机率增大。有学者指出:金刚石在冲击载荷的循环作用下,产生裂纹的应力值大大低于所需的静应力。在超声振动研磨中,PCD中的金刚石晶粒始终处于高频交变冲击载荷的作用下,加速了PCD材料的疲劳破坏,特别是金刚石晶粒的解理性脆断。 由超声振动研磨轨迹的特点可知,研磨速度方向是在一定夹角内(最大可达60°)以超声振动频率f高频摆动,因此可在金刚石晶粒表面看到大量交错的损伤性划痕(见图6),不断变化的研磨速度方向使金刚石晶粒的易加工晶向经常处于研磨速度方向,使金刚石较易去除,从而提高了PCD的材料去除率。 从宏观能量的角度分析,研磨过程实质上是一个能量消耗过程。普通研磨时能量的输入全部来自带动研磨盘转动的电机;而在超声振动加工中,系统的能量输入不仅来自带动研磨盘转动的电机,同时还来自超声波发生器。因此,在其它加工条件相同的情况下,超声振动研磨系统在单位时间内对研磨区的输入功率比普通研磨时更多,即输入功率增大;而且由于超声振动研磨的摩擦系数较普通研磨有减小的趋势,消耗在摩擦热上的能量并未因振动的引入而发生较大变化。由于超声振动研磨中的能量聚集和应力波作用,使系统消耗在裂纹扩展和新表面形成上的能量增加,从而使超声振动研磨的材料去除率增大。 此外,超声振动研磨也加剧了研磨过程中的热化学作用,使多种热化学去除方式所起的作用相应增加,这也是超声振动研磨效率提高的原因之一。 由图2可知,在相同条件下,粗粒度(W40)PCD的材料去除率明显高于细粒度(W20)PCD的材料去除率,这是因为粗粒度PCD的表面粗糙度值较大,研磨时相应的摩擦系数也较大,研磨时磨粒与PCD表面的金刚石撞击产生较大的脉冲力;同时由于细粒度PCD比粗粒度PCD的结合更为致密,可较好抑制制造过程中PCD内部产生的微小裂纹和不规则空穴对其强度的影响,使金刚石微粒在超声振动研磨中不易发生脱落和解理性脆断,因此细粒度PCD的材料去除率较低。

4 结论

将超声振动技术应用于PCD刀具材料的研磨,可显著提高研磨PCD的加工效率。与普通研磨相比,超声振动研磨具有单位时间内研磨轨迹加长、冲击动能增大、超声波能量激波作用等特点,加速和增强了研磨中PCD材料的解理性脆断和微观损伤去除这两种主要去除方式的作用,从而提高了研磨效率;同时,超声振动研磨也加速了热化学去除方式在PCD去除中的作用,使研磨PCD的加工效率显著提高。研磨试验证明,超声振动研磨PCD技术具有很好的生产应用前景。

相关产品

螺旋输送机(GLS型)
南通康诚重工机械有限公司主要生产各种规格的矿山机械、输送机械、给料机械、振动筛、破碎机、振动机械等等
螺旋输送机(GX、LS型)
GX型螺旋输送机是利用螺旋转动将物料沿机壳连续推移而进行输送的。本机具有结构简单,外形尺寸小,成本低,操作安全,能按工艺要求满足多点进料和排料。
链式输送机(FU型)
FU型链式输送机,是一种用于水平(或倾斜≤15°)输送粉状、粒状物料的机械新产品
皮带式输送机
皮带式输送机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点,广泛应用于矿山、冶金、煤炭等行业,用来输送松散物料或成件物品。
链斗输送机
LD系列链斗输送机是以沿轨道运行的料斗来水平或倾斜输送物料的设备,广泛应用于电站、矿山、煤炭等行业的各种松散物料的输送。
刮板输送机
Fu刮板输送机广泛用于建材、建筑、化工、矿山、机械、冶炼、粮饲加工等行业。
电机振动
电机振动输送机可设置多层输送或加层筛网,配用变频调速器,可实现运行中调速。
座式电磁振动输送机
GZF、ZDZ-B/L系列电磁振动输送机广泛应用于冶金、建材、煤炭、轻工、机械、粮食等各行业中,用于扰小块状、粉状物料均匀连续地输送;也适用有毒、飞扬物料的输送。
粉体输送
LS型螺旋输送机是常用的粉体输送设备,该粉体输送机是化工、医药、农药、化肥、染料、冶金、矿山、食盐、砼外加剂、塑料、建材、粮食、饲料等行业理想的输送设备。
管式电磁振动输送机(GZXG)
结构简单,安装方便,不需润滑,使用寿命长,耗电少等优点。本机采用可控硅半波整流控制线路,可以无级调节输送量,实现生产流程的集中控制和自动控制。
板链输送机
板链输送机适用于形状不规则物品的重载输送。
可弯曲刮板输送机
可弯曲刮板输送机要适用于一般中、小型煤矿井下缓倾斜煤层炮采工作面内输送煤炭,如在中部槽上部增设挡板,增加可弯曲刮板输送机输送断面亦可在中间巷道内使用。
输煤皮带机
TD皮带输送机(TD型通用固定式带式输送机)的特点是托辊安装在固定的机架上,机架是落地式的,是一种常用的输煤皮带机。
电机振动输送机(DZS型)
DZS型电机振动输送机、输送槽为U形槽和管形两种。
皮带输送
皮带输送机是经济型输送设备,高速、平稳,噪音低,可以上下坡传送。运用输送带的连续或间歇运动来输送100KG以下的物品或粉状、颗状物品。
粉料螺旋输送机
粉料螺旋输送机输送能力大,运距长,粉料螺旋输送机还可在输送过程中同时完成若干工艺操作,所以粉料螺旋输送机应用十分普遍。
有轴螺旋输送机
有轴螺旋输送机用于传输工业生产过程中产生的各种废物及滤渣,城市给排水中格栅输出栅渣,污泥脱水中输送泥饼等物料。
伸缩式皮带输送机(伸缩式皮带机)
伸缩式皮带输送机(伸缩式皮带机)普遍应用于港口、码头、车站、机场、仓库、矿山、邮电、电器、轻工、食品等行业。
带输送
皮带输送机是经济型输送设备,高速、平稳,噪音低,可以上下坡传送。
多底板往复式输送机
多底板往复式输送机输送机工作环境温度通常为-20~40℃,输送物料的温度一般为-20~80℃,多底板往复式输送机适宜水平和小倾角布置,倾角以不超过15°为宜。
惯性振动输送机
惯性振动输送机用于各种粒状、中等块度以正反非粘性物料(含水量小于5%)。适宜输送高磨耗、高温度(300℃以下)物料。
直线振动筛分机
SZF直线振动筛分机(筛粉机)是常见的筛分机械利用振动电机激振作为振动源,使物料在筛网上被抛起,同时向前作直线运动。
圆管带式输送机
圆管带式输送机可密闭输送物料。不飞扬,不洒落,不泄漏。因回程分支输送带成管状,所以不必担心黏附在输送带上的物料洒落,同时也防止了管外物料的混入,实现无害化输送,净化了环境。
轻型直线筛
DZSF系列直线振动筛广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。
惯性振动热料输送机(SZF型)
SZF型惯性振动热料输送机是一种兼有锁风功能长距离输送设备。该机适用于输送各种中等块度以正反散粒状物料及水平输送(≤500℃)高温高磨耗物料,如烘干热矿渣、水泥熟料等。适用于水泥立窑窑下,做料封出料机。
水泥螺旋输送机
螺旋机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的物料,因为这些物料在输送时会粘结在螺旋上,并随之旋转而不向前移动或者在吊轴承处形成物料的积塞,而使螺旋机不能正常工作。
轻型输送机
轻型输送机适用于大多数规则和不规则物品的输送,如:箱装、袋装、散件、小件、颗粒。
轻型皮带输送机
轻型皮带输送机是一种经济型输送设备,可以用来实现对微小物品的输送。
破碎筛分机
辊式破碎筛分机是一种具有破碎及筛分功能的设备。主要供冶金、地质、煤炭、建材、化工等部门实验室使用。
皮带运输机
皮带输送机是经济型物料输送机,运用输送带的连续或间歇运动输送100kg以下的物品或粉状、颗装物品。
皮带机
皮带机是皮带输送机的简称,皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品,既可输送各种散料,也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货,用途广泛。
破碎机输送机
皮带输送机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点,广泛地应用在矿山、冶金、煤炭等部门,用来输送松散物料或成件物品,是常用的破碎机输送机。
链条输送
链条输送机是在承载链条上,可以直接用链条作为输送载体或者每节链条之间再加上一较高的承载滚子附件来承载货物。
爬坡皮带输送机
爬坡皮带输送机是爬坡皮带输送机的简称,是皮带输送机的一种。运用输送带的连续或间歇运动输送500kg以下的物品或粉状、颗装物品。
煤矿输送机
煤矿输送机广泛地应用在矿山、冶金、煤炭等部门,用来输送松散物料或成件物品,根据输送工艺要求,可以单台输送,也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统,以满足不同布置型式的作业线需要。
煤矿皮带输送机
带式输送机是以连续方式运输物料的机械。
煤矿刮板输送机
煤矿刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料,而且还是采煤机的运行轨道,因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。
铸石刮板输送机
XGZ型系列铸石槽刮板输送机广泛应用于电厂、选煤厂、港口、矿山、冶金、化工等行业输送煤炭及粉、粒、块状散料。
胶带输送机
结构简单、输送量大、维修方便、通用性强,根据工艺要求,既可单机输送也可多机或与其它输送机结成物料的输送系统。
螺旋输送设备
LS螺旋输送机利用螺旋旋转而非输送物料,适用于输送各种粉状、粒状、小块状等非粘性的散状物料,如水泥、煤粉、砂、小块煤、炭黑等。

最新产品

CZ系列仓壁振动器
仓壁振动器用于防止和排除各种料仓由于物料的内摩擦、潮解、带电、成分偏析等原因引起的“堵塞”、“塔拱”现象;亦可用于清除各种仓壁、管道粘结物料
防闭塞装置(ZFB)
ZFB防闭塞装置(仓壁振动器)广泛应用于冶金、化工、建材、火电、煤炭、食品、水泥、制药、化肥、粮食、铸造、陶瓷、磨料等行业中贮料仓的防闭塞之用。
惯性振动器(ZG)
ZG惯性振动器广泛用来作为各种振动机械(如振动给料机、振动输送机、振动筛分机、振动落砂机、振动破碎机、振动提升机、振动试验台等)的激振源
振动电机
振动电机矿山、铸造、冶金、煤炭、电力、粮食、港口、化工、建材、机械、陶瓷等工业部门的理想配套设备

最新资讯

随机链接

宽槽型振动给煤机

座式电磁振动输送机

鄂式碎石机

细碎鄂式破碎机

矿筛网机

矿山破碎机

南通康诚重工机械有限公司   地址: 江苏省海安县开发区南海大道(东)8号 网址: http://www.ntscjx.com

电话:0513-80686000  88773999 传真:0513-80686060

 联系人: 吴先生 13506276000(24小时服务热线) E-mail:info@ntscjx.com 技术支持:天正企划

分享到: