超音速火焰喷涂WC-Co涂层高速/超高速磨削试验研究

【摘要】超音速火焰喷涂WC-Co涂层具有低空隙率、高结合强度、优良的耐磨性能等特点，被广泛应用于机械设备关键零部件的表面工程以及尺寸和精度的修复等领域。然而该系列涂层材料具有的较高的硬度、耐磨性以及较差的导热性成为其加工效率和质量提高的瓶颈。研究表明，高速/超高速磨削技术是实现硬脆难加工材料高效低损伤加工的有效途径。为了分析该涂层材料高速/超高速的磨削性能、表面质量和材料去除机理，本文采用三片砂轮对超音速火焰喷涂WC-17Co涂层进行了磨削试验研究，主要研究内容如下：(1)对磨削力进行了采集和分析，根据热电偶工况设计并制作了热电偶信号调理器并采用夹式人工热电偶测量磨削温度，使用X射线衍射仪测量了涂层表面残余应力，研究了不同工艺参数对涂层磨削力和磨削温度的影响，探讨了磨削温度与残余应力的内在联系。(2)观测和分析了不同工艺参数条件下磨削的涂层表面微观形貌、表面粗糙度以及表面/亚表面损伤的状态和变化规律，探讨了材料的去除机理，分析了磨削参数对表面粗糙度影响，揭示了最大未变形切屑厚度与亚表面损伤层深度的内在联系。(3)初步开发了一种基于热像检测与分割技术的砂轮堵塞检测方法和装置，分析了采用阈值分割、边缘检测和区域生长三种方法对砂轮堵塞热像图进行分割的效果和适用性，对比热像法和显微照相法检测结果的差异，探讨了热像法的误差来源。研究结果表明：(1)随着砂轮线速度的提高，切向磨削力先快速下降后缓慢上升，法向磨削力逐渐下降，磨削温度逐渐升高并导致残余应力由压应力转变为拉应力；随着工作台速度的提高和磨削深度的增加，磨削力逐渐增大；而砂轮Ⅲ法向磨削力的大小和变化趋势出现反常现象，原因在于该砂轮受磨削高温影响，磨粒大量脱落、磨削性能变差。(2)在实验采用的磨削参数范围内，涂层材料的去除方式是脆性去除与塑性去除并存的，并且脆性去除占主导地位；提高砂轮线速度，涂层表面粗糙度逐渐减低，材料延性域去除迹象增多，而提高工作台速度和增大切深，涂层表面粗糙度和表面微观形貌均未发生明显变化。(3)涂层表面/亚表面损伤形式主要表现为表面划痕、表层材料破碎和表面/亚表面裂纹，砂轮Ⅰ所磨涂层表面/亚表面损伤主要表现为表层材料破碎，砂轮Ⅱ所磨涂层表面/亚表面损伤主要表现为裂纹，砂轮Ⅲ低速磨削时涂层表面/亚表面损伤以裂纹为主，而高速/超高速磨削损伤以表面划痕和表层材料破碎为主；随着最大未变形切屑厚度增加，砂轮Ⅰ、Ⅱ亚表面损伤层深度增加，而砂轮Ⅲ的却减小，原因在于砂轮Ⅲ高速/超高速磨削时法向磨削力异常。(4)热像法能够初步实现对砂轮堵塞特征的定量检测，但检测精度受所使用的热像仪分辨率和堵塞特征提取方法的限制，检测出的堵塞磨屑平均直径和堵塞面积百分比比显微照相法的偏大，检测设备的精度和堵塞特征提取方法仍有较大改进空间。本文通过大量实验，分析了各种加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力、表面微观形貌、表面粗糙度、表面/亚表面损伤等加工质量评价因素的影响，对实际生产加工具有一定的借鉴意义。
【作者】江志顺；
【导师】郭力；尚振涛；
【作者基本信息】湖南大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】超音速火焰喷涂；磨削力；磨削温度；残余应力；表面粗糙度；表面微观形貌；表面/亚表面损伤；砂轮堵塞检测；

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