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钨钴类硬质合金球行星研磨及其装备研究

作　者: 文灏
导　师: 刘舜尧
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 硬质合金球孕镶金刚石行星研磨轨迹仿真
分类号: TG580.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高精度钨钴类硬质合金球主要用于石油钻探抽油泵阀球。硬质合金球和钢球的主要不同是硬度高,与陶瓷球的主要不同是密度大。传统研磨加工生产工艺因受人为因素的影响,一致性和稳定性较差,加工成本高,难以获得高球度的硬质材料球。双自转、三自转研磨方式目前尚停留在实验研究上,在批量生产上的质量控制和设备维护还是难题,而且其设备电气控制系统复杂,制造费用和维护费用比较昂贵。针对钨钻类硬质合金球的高精度、高效率加工,本文提出了一整套高效精密加工技术方案,采用V型槽冷压孕镶金刚石与平面砂轮行星研磨加工方法进行粗加工,采用三行星盘行星研磨方法进行精加工。通过行星研磨运动原理分析、材料去除过程分析和研磨轨迹仿真证明了该套方案的可行性。全文围绕行星研磨加工方法的基础理论、关键技术和设备结构改进展开研究,分析了球坯的几何运动,通过无打滑研磨运动分析和坐标变换建立了行星研磨运动的数学模型,运用MATLAB仿真研究了研磨过程中球坯运动轨迹和自转角的变化规律,论证了三行星盘行星研磨加工技术的可行性,建立了行星研磨加工的数学模型,分析了研磨过程中单球球度误差修正过程、批球球径一致化过程。提出了利用3ML4780立式钢球研磨机改进为三行星盘行星研磨加工装置的设备结构方案,实现了机床粗精加工设备的互换性,为协调生产和节约设备成本创造了有利条件。分析了行星研磨加工的工艺影响因素,进行了Φ34.925mm的YG13钨钴类硬质合金球的粗磨、精研工艺试验研究,通过正交试验,以直径去除率、平均球度改进量和批直径一致性改进量为指标进行评价,对行星研磨加工的工艺参数进行了优化。本文关于钨钴类硬质合金球的行星研磨运动原理分析、三行星盘研磨设备及其研磨工艺的研究对于生产高精度硬质合金球具有工程应用价值和工艺理论意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题来源与研究背景  9-10
    1.1.1 课题来源  9
    1.1.2 课题研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 研磨成球机理的研究现状  10-12
    1.2.2 研磨加工方法的研究现状  12-16
    1.2.3 研磨工艺的研究现状  16-17
  1.3 本课题研究内容、目标及意义  17-19
    1.3.1 本文研究内容  17-18
    1.3.2 本文研究目的及意义  18-19
第二章钨钴类硬质合金球主要质量参数及评价准则  19-30
  2.1 钨钴类硬质合金球的质量参数与特点  19-24
    2.1.1 硬质合金组织与性能的测定  19-21
    2.1.2 钨钴类硬质合金球毛坯的技术要求  21-22
    2.1.3 钨钴类硬质合金球加工的主要质量参数  22-23
    2.1.4 钨钴类硬质合金球的加工特点  23-24
  2.2 球度误差的评价及测量  24-28
    2.2.1 球度误差的评价方法  24-26
    2.2.2 球度误差的测量方法  26-28
  2.3 球表面质量参数  28-29
    2.3.1 球体表面粗糙度的测量  28
    2.3.2 球体表面缺陷的检测  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章精密球体研磨成球过程分析与运动仿真  30-47
  3.1 研磨成球过程分析  30-34
    3.1.1 单个球体研磨成球过程分析  30-31
    3.1.2 多球系统中球坯的直径一致化过程分析  31-33
    3.1.3 球体研磨的材料去除过程分析  33-34
  3.2 研磨力学原理  34-38
    3.2.1 研磨接触点处的相对运动分析  34-36
    3.2.2 研磨过程球坯的滑动和碰撞  36-38
  3.3 研磨运动与轨迹仿真  38-44
    3.3.1 球体无打滑研磨运动的坐标变换和研磨迹线理论  38-40
    3.3.2 同心单轴研磨运动分析  40
    3.3.3 双自转研磨方法运动分析和仿真  40-41
    3.3.4 单轴偏心研磨运动分析与仿真  41-43
    3.3.5 仿真结果分析  43-44
  3.4 研磨成球过程的其他影响因素分析  44-46
    3.4.1 材料去除量的影响  44-45
    3.4.2 研磨盘几何精度的影响  45-46
    3.4.3 其他因素的影响  46
  3.5 本章小结  46-47
第四章行星研磨加工试验装置设计  47-56
  4.1 行星研磨加工原理  47-50
    4.1.1 三行星盘行星研磨装置的机构原理  47-49
    4.1.2 V型槽冷压孕镶金刚石与平面砂轮行星研磨加工方法  49-50
  4.2 三行星盘行星研磨装置的可行性分析  50-52
    4.2.1 三行星盘行星研磨装置的研磨运动分析  50-51
    4.2.2 三行星盘行星研磨运动的轨迹仿真  51-52
  4.3 行星研磨加工设备的研制  52-56
    4.3.1 改进前后设备性能参数对比  52-53
    4.3.2 行星研磨加工设备结构方案  53-55
    4.4 本章小结  55-56
第五章钨钻类硬质合金球行星研磨加工工艺研究  56-70
  5.1 行星研磨加工工艺影响因素分析  56-60
    5.1.1 精研板的合理选择  56
    5.1.2 研磨板开槽与压沟  56-58
    5.1.3 精研液的合理选择与配比  58-59
    5.1.4 磨料的合理选择和运用  59-60
    5.1.5 研磨工艺参数的合理选择  60
  5.2 行星研磨工艺试验与分析  60-68
    5.2.1 试验设计  60-61
    5.2.2 正交试验设计方法  61
    5.2.3 试验的正交化  61-65
    5.2.4 试验数据分析  65-68
  5.3 本章小结  68-70
第六章结论与展望  70-73
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-77
攻读工程硕士期间发表的论文  77-78
致谢  78-79
个人简历  79

钨钴类硬质合金球行星研磨及其装备研究

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