CN108829920B - 一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法；解决的技术问题为：提供一种能够获得钎焊温度范围的超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法；采用的技术方案为：一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，包括以下步骤：在等间隔的若干个温度(T0……Tn)下采用感应钎焊方法制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮试样；对每组砂轮试样在恒定磨削用量条件下进行磨损试验直至失效；通过磨削参数与磨削行程计算每组砂轮的工件材料去除总量QT；以电镀砂轮做为参照组，获得其评价指标f(Ep)，通过选取适当的修正系数K(1.3～2之间)，以F(T)≥K f(Ep)做为感应钎焊温度T的评价函数，得到满足磨削要求的感应钎焊温度区间；本发明适用于钎焊领域。
Description
技术领域
本发明属于超硬磨料砂轮的技术领域，具体涉及一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法。
背景技术
近几十年的研究表明，单层钎焊超硬磨料砂轮能够实现结合剂(钎料)与磨粒之间的化学结合，在磨料把持强度、加工效率、砂轮寿命等方面存在优势，被认为是当前电镀工具的换代产品，在难加工材料高效磨削领域具有广阔的应用前景。
感应钎焊能够以局部加热的方式控制砂轮基体的变形，在提高钎焊砂轮自身精度方面具有明显优势。迄今为止，国内外学者已就超硬磨料感应钎焊进行了较为广泛的研究，例如Chattopadhyay A K等、马伯江等先后采用感应钎焊制备单层超硬磨料砂轮，在试验中显示出较好的磨削性能。在这些研究中，一般将钎焊熔池作为均匀的温度场来处理，且仅探讨了若干个温度值条件下的钎焊质量。然而，感应加热温度的影响因素较多，其作用机制比较复杂，导致感应钎焊条件下熔池内的温度场很难实现绝对均匀，尤其是针对成型面加热时，受尖角效应和边缘效应的影响，型面沿轮廓方向的温度不均匀现象更加明显。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够获得钎焊温度范围的超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，包括以下步骤：
S101、在等间隔的若干个温度(T0……Tn)下采用感应钎焊方法制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮试样；
S102、对每组砂轮试样在恒定磨削用量条件下进行磨损试验直至失效；
S103、通过磨削参数与磨削行程计算每组砂轮的工件材料去除总量QT：
QT＝ap·len·w·P (1)
式中：ap为切深，len为工件长度，w为工件宽度，P为砂轮失效时磨削的总行程数；
S104、感应钎焊温度评价的综合指标模型为：
g(T)＝KF/FT+KQ·QT (2)
式中：g(T)为温度评价指标，KF、KQ分别为初始法向磨削力FT以及工件材料去除总量QT的权重修正系数，将各温度下的评价指标用三次样条插值，得到函数F(T)；
S105、以电镀砂轮做为参照组，获得其评价指标g(Ep)，通过选取适当的修正系数K，其中K位于1.3～2之间，以F(T)≥Kg(Ep)做为感应钎焊温度T的评价函数，得到满足磨削要求的感应钎焊温度区间。
优选地，步骤S102中，所述失效的定义准则为：根据实时测量的磨削力，计算磨削过程中的磨削力比Fn/Ft，即工件的法向力与切向力之比，当力比逐渐增大至初始力比的2.5倍时，即达到失效标准。
优选地，所述KF的取值范围为2000～8000。
优选地，所述KQ的取值范围为0.2～0.8。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提供的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，能够定量给出感应钎焊的熔池温度范围，从而保证接头强度以及磨削性能满足使用要求；该模型以钎焊温度作为自变量，综合评价砂轮的锋利度和砂轮寿命两个方面的性能，从而获得满足磨削性能要求的钎焊温度范围，在一系列温度条件下采用感应钎焊制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮，通过磨削试验获得的磨削力和材料除去总量来分别表征砂轮锋利度和砂轮寿命，最后以单层电镀超硬磨料砂轮作为对照组，通过建立的评价函数定量给出感应钎焊的熔池温度范围，从而保证接头强度以及磨削性能满足使用要求，为优化超硬磨料砂轮感应钎焊温度控制提供评价依据。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明磨削试验装置的结构示意图；
其中：1为夹具，2为钛合金工件，3为砂轮，4为CBN磨粒。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，包括以下步骤：
S101、在等间隔的若干个温度(T0……Tn)下采用感应钎焊方法制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮试样；
S102、对每组砂轮试样在恒定磨削用量条件下进行磨损试验直至失效；所述失效的定义准则为：根据实时测量的磨削力，计算磨削过程中的磨削力比Fn/Ft，即工件的法向力与切向力之比，当力比逐渐增大至初始力比的2.5倍时，即达到失效标准；
S103、通过磨削参数与磨削行程计算每组砂轮的工件材料去除总量QT：
QT＝ap·len·w·P (1)
式中：ap为切深，len为工件长度，w为工件宽度，P为砂轮失效时磨削的总行程数；
S104、感应钎焊温度评价的综合指标模型为：
g(T)＝KF/FT+KQ·QT (2)
式中：g(T)为温度评价指标，KF、KQ分别为初始法向磨削力FT以及工件材料去除总量QT的权重修正系数，评价函数g(T)值越大，表示该温度条件下的钎焊CBN砂轮磨削性能越好，将各温度下的评价指标用三次样条插值，得到函数F(T)，所述KF的取值范围为2000～8000，所述KQ的取值范围为0.2～0.8；
S105、以电镀砂轮做为参照组，获得其评价指标g(Ep)，通过选取适当的修正系数K，其中K位于1.3～2之间，以F(T)≥Kg(Ep)做为感应钎焊温度T的评价函数，从而得到满足磨削要求的感应钎焊温度区间，修正系数K越大，获得的感应钎焊温度区间越小。
实施例二：
图1为本发明提供的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法的磨削试验装置的结构示意图，夹具1设置在钛合金工件2上，本实施例中，磨料选择粒度为80/100目、直径150μm～180μm的CBN磨粒4和Ag-Cu-Ti合金钎料，其主要组分为96(72Ag-28Cu)-4Ti(wt.％)，采用高频感应钎焊制作单层钎焊CBN砂轮3，砂轮3直径6mm，试验中，采用红外热像仪测温，控制钎焊温度在880℃～1000℃之间，每间隔20℃共钎焊7组试样。
对上述各组钎焊试样进行恒定磨削用量条件下的TC4钛合金磨削试验，钛合金尺寸50mm×5mm×100mm，磨削参数为：砂轮线速度6m/s，切深0.01mm，进给速度600mm/min；此外还采用电镀CBN砂轮做为对照组，获得各组试样在稳定磨削状态下的法向磨削力FT，当各组砂轮失效时，计算工件材料磨除量QT，结果如表1所示。
表1各组试样磨削试验的法向磨削力
取KF＝4000，KQ＝0.5，根据式g(T)＝KF/FT+KQ·QT计算各组钎焊砂轮的评价值g(T)，以钎焊温度T为自变量，评价函数g(T)为因变量，对所得数据进行三次样条插值，可得到曲线如图2所示，图2中黑色数据点钎焊砂轮的评价值g(T)，曲线为数据插值函数F(T)。
根据表1，可计算出电镀砂轮的评价指标g(Ep)＝4182.692，取K＝1.3，则有：
F(T)≥Kg(Ep)
求解得到：
927℃≤T≤961℃
即温度区间(927℃，961℃)为钎焊温度范围。
本发明提供的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，能够定量给出感应钎焊的熔池温度范围，从而保证接头强度以及磨削性能满足使用要求；该模型以钎焊温度作为自变量，综合评价砂轮的锋利度和砂轮寿命两个方面的性能，从而获得满足磨削性能要求的钎焊温度范围，在一系列温度条件下采用感应钎焊制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮，通过磨削试验获得的磨削力和材料除去总量来分别表征砂轮锋利度和砂轮寿命，最后以单层电镀超硬磨料砂轮作为对照组，通过建立的评价函数定量给出感应钎焊的熔池温度范围，从而保证接头强度以及磨削性能满足使用要求，为优化超硬磨料砂轮感应钎焊温度控制提供评价依据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101、在等间隔的若干个温度(T0……Tn)下采用感应钎焊方法制备多组单层钎焊超硬磨料砂轮试样；
S102、对每组砂轮试样在恒定磨削用量条件下进行磨损试验直至失效；
S103、通过磨削参数与磨削行程计算每组砂轮的工件材料去除总量QT：
QT＝ap·len·w·P (1)
式中：ap为切深，len为工件长度，w为工件宽度，P为砂轮失效时磨削的总行程数；
S104、感应钎焊温度评价的综合指标模型为：
g(T)＝KF/FT+KQ·QT (2)
式中：g(T)为温度评价指标，KF、KQ分别为初始法向磨削力FT以及工件材料去除总量QT的权重修正系数，将各温度下的评价指标用三次样条插值，得到函数F(T)；
S105、以电镀砂轮做为参照组，获得其评价指标g(Ep)，通过选取适当的修正系数K，其中K位于1.3～2之间，以F(T)≥Kg(Ep)做为感应钎焊温度T的评价函数，得到满足磨削要求的感应钎焊温度区间。
2.根据权利要求1所述的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，其特征在于：步骤S102中，所述失效的定义准则为：根据实时测量的磨削力，计算磨削过程中的磨削力比Fn/Ft，即工件的法向力与切向力之比，当力比逐渐增大至初始力比的2.5倍时，即达到失效标准。
3.根据权利要求1所述的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，其特征在于：所述KF的取值范围为2000～8000。
4.根据权利要求1所述的一种超硬磨料砂轮感应钎焊温度的评价模型与方法，其特征在于：所述KQ的取值范围为0.2～0.8。
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| GR01 | Patent grant | ||
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