金刚石与磨料磨具工程

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陈良贤, 刘金龙, 闫雄伯, 邵明阳, 安康, 魏俊俊, 李成明

2019, 39(2): 1-7. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0001

摘要(672)

PDF 1699KB(10)

摘要:
为获得高频、高性能金刚石声表面波器件的多层结构，在金刚石/Si衬底使用磁控溅射方法优化ZnO与SiO₂薄膜沉积工艺参数，制备了具有正负温度系数组合的SiO₂/ZnO/金刚石/Si多层结构，并对多层结构进行表征。结果表明：随着氩氧比增加，ZnO薄膜的沉积速率不断加快，薄膜的表面粗糙度不断增大；ZnO薄膜中的原子摩尔分数比随O₂输入量的减少而逐渐接近理想的1∶1。不同氩氧比下制备的ZnO薄膜均呈(002) 面择优取向生长，其中在氩氧比7∶1时，获得了具有细小柱状晶特征、C轴择优取向程度较高的ZnO薄膜。采用最优的ZnO和SiO₂薄膜沉积工艺，在金刚石/Si衬底获得了具有清晰界面的SiO₂/ZnO/金刚石/Si多层结构。

天然金刚石刀具前刀面的表面粗糙度控制技术

贾鲁, 张晓峰, 夏志辉, 王文升, 雷大江

2019, 39(2): 8-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0002

摘要(863)

PDF 1394KB(17)

摘要:
介绍了金刚石刀具的发展和技术特点，设计了一种天然金刚石刀具前刀面表面粗糙度修磨控制方法，并通过工艺实验完成了对金刚石刀具的修磨。结果表明：验证了(100)面的金刚石的难磨方向，沿此方向加工后金刚石的表面粗糙度值较低、磨削热较多；易磨方向表面粗糙度较差、磨削热较少。优化修磨角度修磨后，金刚石刀具前刀面表面粗糙度R_a值可达0.3 nm，将其应用在超精密切削中效果良好。

天然金刚石的锯切表面分析

石广丰, 付旺, 王淑坤, 韩冬冬, 张华, 刘思宇

2019, 39(2): 13-16. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0003

摘要(753)

PDF 1175KB(9)

摘要:
锯切金刚石是加工精度较高的一种切割方式。利用钻石切割机对天然金刚石进行切割后，通过光学显微镜、粗糙度测量仪、X射线衍射仪等对锯切金刚石的切割面进行检测分析，获得天然金刚石(100)晶面的表面形貌、粗糙度、物相等。结果表明：刀痕是影响天然金刚石锯切表面加工质量的主要因素，切割后的表面都会生成碳的非石墨相同素异形体，刀痕表面碳的同素异形体含量为8.3%，光滑表面为2.0%。采用正常的锯切方式，可以得到良好的天然金刚石切割表面。

BP神经网络技术在金刚石检测中的应用

李世超, 王忠孝, 戚燕杰

2019, 39(2): 17-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0004

摘要(738)

PDF 1012KB(12)

摘要:
以金刚石外部形貌参数椭圆度、透光度和其磁化率为输入量，以金刚石的冲击韧性TI值、热冲击韧性TTI值为输出量, 通过BP神经网络建立输入与输出量之间的映射关系，得到金刚石TI、TTI的BP神经网络预测值。结果表明：TI、TTI的预测结果较为准确，其预测值与实际检测值平均相对误差不高于1.4%，最大相对误差不高于5.4%，在一定程度上可以替代当前的有损检测方法。

机械研磨单晶金刚石刀具前刀面精度

吴百融, 薛常喜

2019, 39(2): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0005

摘要(757)

PDF 1430KB(22)

摘要:
为提高金刚石刀具的精度，理论分析机械研磨法加工金刚石前刀面的模型，并实验研究研磨盘表面质量和研磨晶向对金刚石刀具前刀面粗糙度的影响。结果表明：研磨盘经过充分平整后，刀具前刀面的粗糙度R_a由1.308 nm下降到0.920 nm。在(110)晶面精细研磨时，<100>晶向研磨后的表面粗糙度为0.540 nm，<110>晶向研磨后的表面粗糙度为0.430 nm，实现了对金刚石刀具的精密研磨。

影响金刚石微粉化学镀镍品质的因素

方莉俐, 程丙良, 吴晓雷, 郭冉冉, 李怡哲, 王本海

2019, 39(2): 26-31. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0006

摘要(908)

PDF 1897KB(31)

摘要:
用化学镀的方法在线锯用金刚石微粉表面镀覆一层镍，通过正交试验、SEM，探究镀液配比和工艺条件对金刚石微粉化学镀结果的影响。结果表明：镀液中络合剂对化学镀增重影响的主次排序为：柠檬酸>氨水>柠檬酸钠，但去掉柠檬酸钠会降低增重；化学镀增重率与金刚石颗粒表面沉积的镍晶粒大小有关，且镀液pH为4左右时，能得到漏镀少连晶少的镀覆金刚石微粉；当溶液中不添加稳定剂时，会有镍渣生成，而添加量过多又会抑制反应进行，此时若增大分散剂的量，可以使不反应的溶液正常发生反应；随着金刚石装载量变大，增重率降低，且装载量以6 g为好；随着温度增高，增重率变大，最佳温度应选取在80～85 ℃。

微米γ-Al₂O₃高压相变制备亚微米α-Al₂O₃

仝斐斐, 王海阔, 董丙舜, 侯志强, 杨亚楠, 谌云鹏

2019, 39(2): 32-36. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0007

摘要(803)

PDF 2160KB(8)

摘要:
采用微米γ-Al₂O₃为原料，利用国产铰链式六面顶压机，在5 GPa压强下，经不同的温度和保温时间，实现了由γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的相转变。X射线衍射分析结果表明，得到的粉体和块体材料中均仅含α-Al₂O₃单相；扫描电镜结果显示合成的α-Al₂O₃最小晶粒尺寸为80 nm。在5 GPa压强、800 ℃条件下合成的样品平均晶粒尺寸为340 nm，实现了用微米γ-Al₂O₃高压相变制备亚微米α-Al₂O₃。与常压烧结方法相比，采用高温高压烧结，可在600 ℃实现γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的转变，显著降低α-Al₂O₃材料的合成温度。

金属结合剂金刚石工具研究进展

吴燕平, 燕青芝

2019, 39(2): 37-45. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0008

摘要(2234)

PDF 910KB(228)

摘要:
金刚石工具广泛用于天然石材、陶瓷、玻璃、混凝土、硬质合金等的磨削和切割，金属结合剂金刚石工具因具有良好的机械和热学性能而成为金刚石工具的主力军。随着新型陶瓷混凝土等加工对象的不断出现和变化，要求金刚石工具要持续改进，以提高其切削效率、减少自身磨损、同时降低其制造和使用成本。本文综述了人造金刚石颗粒的性能、不同类型金属结合剂的成分组成和基本性能、金刚石与金属结合剂的界面结合状态以及提高其结合强度的措施，并对金属结合剂金刚石工具的发展作了进一步展望。

聚晶立方氮化硼用结合剂及其制备工艺的研究进展

李良, 陈玉奇, 周爱国

2019, 39(2): 46-50. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.009

摘要(835)

PDF 1144KB(25)

摘要:
聚晶立方氮化硼(PCBN)具有高硬度和好的耐磨性、导热性、高温稳定性及化学稳定性，在加工淬硬钢、灰铸铁、钛合金以及高温合金等难加工材料领域有广泛的应用。本文综述了PCBN用结合剂研究及应用概况，分别介绍了PCBN用金属/陶瓷单相型、金属和陶瓷复合型和新型金属陶瓷Ti₃SiC₂类化合物3种类型结合剂的结合机理及优缺点，其中重点介绍Ti₃SiC₂类新型结合剂的制备工艺和独特性能，并对其在制备过程中存在的问题进行阐述。

高铁基金刚石工具胎体烧结工艺及切割性能

黄霞, 邹新光, 刘伟, 杨志威, 刘一波

2019, 39(2): 51-54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0010

摘要(884)

PDF 1266KB(31)

摘要:
通过调整高铁基胎体的成分，并测试分析烧结节块的力学性能和断口组织，研究并优化其成分设计和烧结工艺。结果表明：设计成分为Fe质量分数75%、扩散CuSn10质量分数15%、Cu+Ni质量分数10%的高铁基胎体综合性能较好，其烧结温度范围为910～940 ℃，硬度HRB 90以上，抗弯强度1 200 MPa以上，断口组织呈较明显的韧窝状。胎体在此条件下合金化程度较好，且较宽的工艺范围也适合工业化生产。用该高铁基胎体制备一种低成本激光焊接通用金刚石锯片LW350，并同市售相同规格的代表性同类锯片进行水泥混凝土切割对比试验，结果表明：采用该胎体制备的激光焊接通用锯片可显著降低成本；锯片的锋利度降低约15%，寿命提高约20%。

不定偏心平面研磨中固结磨具的均匀磨损

张迪, 尚春民

2019, 39(2): 55-60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0011

摘要(608)

PDF 1383KB(17)

摘要:
固结磨具不定偏心平面研磨加工中，磨具的均匀磨损是保证加工工件面形精度的前提。结合固结磨具平面研磨中磨具均匀磨损理论，通过力学和运动学分析，探讨磨具均匀磨损的条件，推导出磨具上一点相对于工件的轨迹方程与相对速度以及磨具与工件间的压强分布；分析磨具的结构参数、摆动机构参数以及转速比对磨具均匀磨损的影响。结果表明：最佳磨具结构参数是Δr=20 mm，α=45°, ε=3 mm；最佳摆动机构参数是φ=6°，T=1 s，e₀=60 mm；最佳转速比是k_ω=2。

曲轴轴颈端面磨削烧伤问题的新解决方案

刘将先, 瞿晓波, 张晓盼

2019, 39(2): 61-63. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0012

摘要(635)

PDF 1472KB(15)

摘要:
为解决磨削曲轴轴颈端面时出现磨削烧伤的问题，在调整冷却系统无果的情况下，重新设计砂轮结构。通过调整砂轮端面和磨料类型，设计并制备新型电镀CBN砂轮，并以其进行磨削加工实验。结果表明：在冷却系统不变的情况下，新型电镀CBN砂轮可以解决此加工过程中的磨削烧伤问题。

磁流变抛光非球柱面镜的新工艺

罗斌, 阎秋生

2019, 39(2): 64-71. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0013

摘要(743)

PDF 1643KB(13)

摘要:
高精密的柱面镜光学元件，不但要求其具有极低的表面粗糙度、无表面/亚表面损伤和低的残余应力等，而且需要保证其柱面母线的平行度与垂直度。通过分析传统磨研抛技术和计算机控制的光学表面成型技术(CCOS) 2种技术对柱面镜加工后的表面粗糙度、面形精度和母线误差的影响，归纳2种加工方法的优缺点，针对现有加工方法存在的低效率、高粗糙度、表面/亚表面损伤等问题提出一种具有对称结构的非球柱面镜磁流变抛光新工艺，并通过时间参数实验验证了新工艺的可行性。该工艺降低了柱面镜的表面粗糙度，提高了面型精度，在抛光时间为40 min时，表面粗糙度R_a从1.84 μm降低至0.36 μm，局部面型精度RMS₁从 1.91 μm降低到0.24 μm，母线截面面型精度RMS₂从4.1 μm下降到0.68 μm。

基于多元非线性回归分析法的圆锯片锯切花岗岩锯切功率预测模型

王忠孝, 李世超, 戚燕杰, 郭文辉, 杨高峰, 张玉红

2019, 39(2): 72-75. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0014

摘要(750)

PDF 794KB(11)

摘要:
根据φ350 mm金刚石圆锯片锯切花岗岩的实验数据，利用多元非线性回归分析法建立了金刚石圆锯片锯切花岗岩的锯切功率预测模型。通过实验数据与模型预测数据比较，验证了该预测模型的可行性。结果表明：多元非线性回归分析法预测模型的拟合效果较好，预测的锯切功率与实验锯切功率相比，相对误差绝对值的平均值仅为2.17%；影响圆锯片锯切功率的最主要因素为进给速度，其次为金刚石磨料的综合强度，最后为锯切深度。

用AdvantEdge分析蠕墨铸铁切削时高压切削液的冷却润滑机理

肖晓东, 苏国胜, 冯利民, 衣明东

2019, 39(2): 76-82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0015

摘要(760)

PDF 1484KB(24)

摘要:
使用AdvantEdge软件对不同切削液压力下车削蠕墨铸铁的过程进行二维仿真，研究切削过程中切屑变形、切削温度、刀-屑摩擦及切削力的变化规律，分析高压切削液的冷却润滑机理。仿真结果表明：增大切削液压力可以减小黏结摩擦区和滑动摩擦区长度，加快切削液与工件之间的热量传递速率；同时，高压切削液能够克服莱顿弗罗斯特效应形成的气体保护层，更好地对流换热和冷却；但切削液压力并非越大越好，在15～18 MPa时可以在减少能耗的同时获得较好的冷却润滑效果。

钛合金超声振动车削数值模拟

庞宇, 马原, 许超, 冯平法

2019, 39(2): 83-88. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0016

摘要(828)

PDF 1293KB(21)

摘要:
钛合金作为一种轻型优质的结构材料，被广泛应用在航天航空等领域。同时，钛合金也是一种难加工材料，传统切削工艺难以实现钛合金高质高效加工。超声振动辅助加工是将超声信号转换为机械振动，使工件与刀具周期性分离，从而实现加工的方法。以TC4钛合金为研究对象，建立了Abaqus二维车削有限元模型，开展了普通车削与超声振动车削钛合金的数值模拟对比研究。仿真结果表明：超声振动车削钛合金可以有效减小加工过程中的平均切削力以及刀尖切削温度，且在设定的参数范围内，振幅越大，改善效果越明显。

用粒子群模糊神经网络预测绝缘工程陶瓷线电极放电磨削加工效果

王鹤, 杨勇

2019, 39(2): 89-94. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0017

摘要(621)

PDF 975KB(10)

摘要:
在绝缘工程陶瓷线电极放电磨削加工过程中，加工技术指标与各工艺参数间联系密切。在实际加工中，操作者通常根据以往的加工经验设置工艺参数，并对加工结果进行一定的预判。若工艺参数设置不合理，将极大影响机床的加工效率、加工精度和加工能力。为此，以BP模糊神经网络为基础，提出了一种适用于绝缘工程陶瓷线电极放电磨削加工的技术指标效果预测模型，用粗糙集理论对训练样本集进行属性和规则约简，并用改进的粒子群算法优化模糊神经网络。根据优化前后的模型对碳化硼(B₄C)陶瓷加工进行仿真实验对比，发现优化后的模型对技术指标的预测速度快、误差小、精度高。

WC基硬质合金刀具材料研究进展

熊建超, 邹芹, 李艳国, 王明智, 贺文全

2019, 39(2): 95-102. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.2.0018

摘要(1283)

PDF 1070KB(56)

摘要:
WC基硬质合金是目前使用的主要刀具材料之一。在对WC基硬质合金刀具进行简单概述的基础上，介绍了WC基硬质合金刀具材料种类及发展现状，重点阐述了WC基硬质合金刀具材料黏结相的研究进展，为新型WC基硬质合金刀具材料的研发和制备提供参考。