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高强度钢高效切割新型钎焊锯片基础研究

刘思幸  
【摘要】:随着国家城镇化建设的发展,如何有效解决工程建设及救援领域中高强度钢及混有钢和石材的混凝土复合材料的高效、安全和便捷切割成为主要问题之一。应用实践表明,采用传统的电镀和多层烧结金刚石锯片、硬质合金锯片及树脂砂轮片,在重负荷高速加工过程中因结合剂对磨料和刀头的把持强度弱,存在脱落和断裂等现象,严重影响锯片的加工效率、安全性和使用寿命。围绕高效安全的加工要求,论文提出利用高温真空钎焊工艺的优势,开展高强度钢高效切割新型钎焊锯片的基础研究。本文完成的研究工作主要包括:(1)根据高强度钢高效切割的加工要求,设计制造了新型磨料钎焊锯片,将其用于高强度钢等黑色金属的加工领域。确定锯片的结构形式和基体制造工艺,为确保获得对磨料高的把持强度,选用Ni-Cr和Cu-Sn-Ti合金作为活性钎料,优化了钎焊工艺,分析表明两种钎料都能满足钎焊要求。(2)分别开展了Ni-Cr合金钎焊金刚石和Cu-Sn-Ti合金钎焊复合磨料(金刚石、CBN、刚玉和碳化硅)界面特性研究,利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析钎焊磨料结合界面微观结构和新生化合物的形貌、物相等特征。结果表明,Ni-Cr钎料和金刚石在界面处发生了化学冶金结合,在活性元素Cr的作用下生成柱状形貌的C-Cr相化合物;Cu-Sn-Ti钎料对四种磨料表现出良好的浸润性,在界面处形成牢固的化学冶金结合,实现了一种钎料合金同时钎焊多种磨料的牢固连接。(3)分别对Ni-Cr合金钎焊金刚石锯片和Cu-Sn-Ti合金钎焊多种磨料锯片进行高强度钢切割性能试验研究,并和传统树脂砂轮片、多层烧结金刚石锯片进行对比,验证了混合磨料钎焊工艺的有效性和锯片的优越性。结果表明:与树脂砂轮片比较,两种钎焊锯片的锋利度提高3~5倍以上,寿命提高5倍以上;与多层烧结锯片相比,两种钎焊锯片的锋利度提高3~4倍;钎焊锯片的加工性能、切割稳定性和安全性能优于树脂砂轮片及多层烧结锯片;磨料有序排布的钎焊金刚石锯片在切割过程中,表现出容屑空间和磨料切削力分布均匀,协调了切削效率、切削热和磨料磨损之间的同步关系。因此研制的多种磨料钎焊锯片实现了高效、快捷和安全切割高强度钢的加工要求。(4)从圆锯片的结构振动和噪声辐射特性理论分析了噪声产生的原因,利用有限元软件对有效控制振动与噪音的措施进行研究,制作阻尼降噪消音锯片并进行试验研究,结果表明仿真结果的变化趋势与试验测试一致。


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