金刚石与磨料磨具工程

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刘伟, 邓朝晖, 万林林

2016, 36(4): 1-5,23. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0001

摘要(284)

PDF 1037KB(5)

摘要:
针对当前航空航天、高铁等工业领域对难加工材料球面零件的高效精密加工的需求，简要介绍球面零件的加工原理与方法，重点讨论分析传统球面零件磨削加工的三种方法及其优缺点。提出一种新的基于砂轮法向跟踪原理的球面磨削加工方法，改善球面零件精密加工的情况，充分利用多轴联动磨床的加工优势。根据几何运动分解处理划分为类外圆磨削和类平面点磨削，并从砂轮-工件几何接触长度、砂轮磨削路径等角度进行了几何学运动分析，为该方法的深入研究提供指导。

使用雾化液的K9光学玻璃化学机械磨削

戴恒震, 油艳红, 戴智弘, 金洙吉

2016, 36(4): 6-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0002

摘要(320)

PDF 1849KB(7)

摘要:
根据K9光学玻璃的物理化学特性，在干式化学机械磨削（chemical-mechanical grinding，CMG）的基础上，用超声雾化方法产生NaHCO₃雾化液参与磨削，研制了适合湿式CMG的磨具，对K9光学玻璃试样进行了化学机械磨削试验，得到了雾化环境下磨削结果最优的CeO₂型磨具。在此基础上，采用正交试验法，对比分析工件转速、磨具转速以及雾化液的pH值对K9光学玻璃表面粗糙度和材料去除率的影响。结果表明：工件表面粗糙度受雾化液的酸碱度的影响最强，磨具转速次之，工件转速最弱；对材料去除率的影响，雾化液的酸碱度最强，工件转速次之，磨具转速最弱。使用适量的雾化液可提高加工质量和速度，消除干式CMG产生的粉尘污染，这种方法适于对K9光学玻璃的精加工。

基于磨削速度的K9光学玻璃平面磨削亚表面裂纹深度研究

陈江, 张飞虎

2016, 36(4): 13-17. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0003

摘要(318)

PDF 1028KB(13)

摘要:
根据磨削参数协同分析的结果，在保证磨粒运动轨迹一致的情况下，进行基于磨削速度的单因素平面磨削实验。利用试件角度抛光、SEM检测亚表面裂纹层的深度。实验结果显示：随着砂轮转速的提高，亚表面裂纹层的深度呈下降趋势；当砂轮转速从500 r/min逐渐提高到2500 r/min时，亚表面裂纹层的最大深度的平均值下降达25 μm左右；光学玻璃平面磨削实验结果表明，光学玻璃磨削磨削速度是影响磨削过程中光学玻璃材料亚表面裂纹层深度的重要因素，磨削速度对光学玻璃亚表面裂纹生成有重要影响。

超高速磨削砂轮基体结构的多目标遗传优化

王学智, 孙雪, 石莹, 翟彦春, 于天彪, 王宛山

2016, 36(4): 18-23. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0004

摘要(292)

PDF 2061KB(4)

摘要:
针对砂轮基体在超高速磨削状态下膨胀变形的问题，以控制砂轮基体膨胀变形和降低旋转应力为目的，对超高速磨削砂轮基体进行结构优化。在分析砂轮基体截面形状对砂轮性能影响的基础上，以直线和样条曲线为基本的构造线建立砂轮基体的参数化模型，进而实现了对砂轮基体结构的多目标遗传优化，优化后的砂轮基体在250 m/s的磨削速度下，其膨胀变形和等效应力分别降到30.827 μm和94.97 MPa，与原有砂轮相比分别降低了25.67%和6.44%。

单层钎焊CBN砂轮表面形貌重构与磨粒切厚分布特征研究

丁晨, 丁文锋, 戴晨伟, 徐九华

2016, 36(4): 24-28. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0005

摘要(292)

PDF 1275KB(8)

摘要:
为了更加准确地研究磨削加工机理及预测磨削结果，测量并重构单层钎焊CBN砂轮的表面形貌，并以此为基础研究不同工艺参数下的单颗磨粒切厚分布特征。结果表明：试验砂轮表面磨粒高度的分布形态并不符合正态分布特征，需要采用Johnson变换重构整个砂轮表面的磨粒高度分布特征；单颗磨粒切厚分布特征受磨削参数和砂轮磨损的影响较大。

Cu-Ce合金对铁基金属结合剂性能的影响

陈金身, 智红梅, 樊雪琴, 赵志伟

2016, 36(4): 29-33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0006

摘要(303)

PDF 844KB(12)

摘要:
为进一步改善铁基金属结合剂的性能，以Cu-Ce合金、铁、锡、铜等为原料，采用热压烧结法制备金属结合剂，研究Cu-Ce合金对结合剂性能的影响。结果表明：随Cu-Ce合金粉质量分数的增加，铁基金属结合剂的密度、抗冲击强度均逐渐增加，而抗弯强度和洛氏硬度则表现出先增大后减小的趋势。当Cu-Ce合金的质量分数为8%时，洛氏硬度（HRB）达到最大；Cu-Ce合金的质量分数为6%时，抗弯强度最大，为518.12 MPa。在铁基金属结合剂中添加Cu-Sn合金粉会降低其各项力学性能。

金刚石钻头井底流场CFD模拟研究

潘晓毅, 秦建新, 谢德龙, 林峰, 罗文来, 肖乐银, 陈超, 彭少波, 陈家荣

2016, 36(4): 34-38. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0007

摘要(357)

PDF 1999KB(10)

摘要:
运用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）理论，采用RNG k-ε模型及连续性方程对常规ϕ75/ϕ49 mm钻头的井底流场进行了数值模拟，分析了井底压力、流速、剪力分布特征及水口涡流对唇面流场的影响，针对钻齿的冷却不充分部位及冲蚀严重部位提出了金刚石匹配优化设计建议。模拟结果表明：常规ϕ75/ϕ49 mm钻头模型唇面压力分布梯度是由内沿指向外沿逐级递减的，由于水口涡流的存在，其介质流速云图、剪力等高云图呈扭曲"凸"形分布。

二氧化碳对金刚石膜生长的影响

陈义, 汪建华, 刘繁, 翁俊, 吴骁

2016, 36(4): 39-43. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0008

摘要(369)

PDF 1058KB(15)

摘要:
利用微波等离子体化学气相沉积法，以H₂/CH₄/CO₂为混合气源，在Si基底上沉积金刚石膜，分析了微波功率和CO₂对金刚石膜生长的影响。利用Raman光谱、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征金刚石膜，以得到样品质量、表面形貌、晶粒取向等信息。结果表明：适当提高微波功率，可以促进金刚石晶粒长大并提高（100）取向度；加入适量CO₂，能提高金刚石膜质量和生长速率，并保持表面形貌不会发生明显变化，但随着CO₂含量的增加，金刚石表面形貌发生较大变化，薄膜质量和沉积速率先提高后降低。

缓进深切磨削钛基复合材料磨削温度的研究

申龙, 丁文锋, 李征, 肖红, 王训扬

2016, 36(4): 44-48. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0009

摘要(234)

PDF 1838KB(8)

摘要:
颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）是具有高强度、高硬度和良好耐热性的新型金属基复合材料，在航空航天领域具有广阔应用前景。针对PTMCs材料极易发生的磨削烧伤问题，开展PTMCs材料的缓进深切磨削研究，对磨削过程中磨削温度和工件表面形貌的变化规律进行了分析。利用有限元温度仿真的方法，研究缓进深切磨削PTMCs传入工件的热量比例。结果显示：缓进深切磨削PTMCs过程中，磨削深度大于0.6 mm时容易发生烧伤；当工件材料表面发生严重烧伤时会产生裂纹；随着磨削深度增大，加工表面形貌逐渐变差。

利用配方均匀设计优化金刚石钻头的胎体配方

徐强, 刘一波, 徐良, 杨志威

2016, 36(4): 49-53. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0010

摘要(358)

PDF 902KB(21)

摘要:
对用于干钻花岗岩的金刚石钻头的胎体配方采用有约束的配方均匀设计，研究胎体配方不同成分对钻头锋利度和寿命的影响，并利用SPSS对试验结果进行回归分析，得出性能指标与各组分之间的关系，同时通过t检验得出影响因素的主次及影响的显著性，最后通过Excel规划求解得到最优化配方。实验结果表明，建立的Scheffe回归方程对试验结果有很好的拟合性，在三种组分中，Co元素的含量对金刚石钻头的锋利度与寿命有显著影响，运用配方均匀设计能够使我们用较少的试验次数获得理想的结果。

电源输出形式对电镀金刚石切割线上砂形貌的影响

高伟, 曾骏, 李洪宇, 王东雪

2016, 36(4): 54-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0011

摘要(367)

PDF 1524KB(14)

摘要:
为研究上砂电源的输出形式对金刚石切割线上砂形貌的影响，使用直径为0.18 mm镀铜高碳钢线为基线，和粒度尺寸为30~40 μm（表面化学镀镍磷合金、增重30%）的金刚石颗粒进行电镀试验。上砂电源的输出形式分别为直流输出、单脉冲输出和双脉冲输出。单脉冲输出时，随着占空比从0.8降到0.2，金刚石颗粒在切割线上的团聚现象逐渐减少，占空比为0.6时上砂效果最佳。双脉冲输出时，随着正向脉冲的开通比从8降到2，金刚石颗粒的团聚现象也逐渐降低，开通比为6时最佳，此时基本没有团聚现象，金刚石分布较均匀。理论分析表明：双脉冲输出的负脉冲对团聚的金刚石有脱附作用，因此能有效抑制团聚现象，同时过于强烈的脱附作用也会降低上砂量。

烧结温度对CuZnSn13粉末烧结体组织和性能的影响

苗晋琦, 孙为云, 霍方方, 翟德铭, 刘胜新

2016, 36(4): 58-62. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0012

摘要(247)

PDF 2517KB(14)

摘要:
分别选用CuZnSn13雾化预合金粉末和Cu、Zn、Sn单质机械混合粉末为原料，通过热压烧结法制备CuZnSn13合金，采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等手段对烧结组织进行分析，运用排水法、洛氏硬度计和万能试验机测试致密度、硬度和抗弯强度。结果表明：相同烧结条件下，两种烧结体主要组成相基本相同；但是，和单质机械混合粉烧结体相比，预合金粉烧结体中固溶相更多，并存在少量硬脆相Cu₆Sn₅和Cu₆₁Zn₃₉相，组织更加均匀细小；两种烧结体随烧结温度的升高，致密度、硬度和抗弯强度整体呈上升趋势，但预合金粉烧结体的性能随温度变化幅度不明显。

基于FEM/BEM的开降噪孔金刚石圆锯片孔形研究

于家伟, 张进生, 王志, 叶鲁浩, 葛健煜, 高丽君

2016, 36(4): 63-67,74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0013

摘要(306)

PDF 1973KB(6)

摘要:
对降噪孔几何参数进行研究，以Φ960 mm的金刚石圆锯片为例，将有限元和边界元方法相结合，分析不同降噪孔形状的金刚石圆锯片的振动情况，以计算得到的振动响应作为边界元模型的边界条件，计算金刚石圆锯片的声场特性，并对比分析不同形状降噪孔金刚石圆锯片的计算结果进。结果表明：圆形、三角形、五边形降噪孔金刚石圆锯片分别在低频段、中频段、高频段范围内降噪表现最好；整体降噪效果最明显的是五边形降噪孔金刚石圆锯片。并且提出了该种圆锯片工作的合理转速为346~378 r/min和430~456 r/min。

纳米金刚石在功能材料领域中的应用

李敏, 栗正新, 惠明, 黄继红

2016, 36(4): 68-74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0014

摘要(425)

PDF 824KB(20)

摘要:
本文综述了纳米金刚石的特性、制备方法以及应用，重点论述了纳米金刚石在生物医药领域的应用前，提出了纳米金刚石的开发利用思路。

固定剂对钎焊金刚石工具质量的影响

杨合丹, 刘一波

2016, 36(4): 75-78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0015

摘要(253)

PDF 1954KB(15)

摘要:
为研究固定剂对钎焊金刚石工具质量的影响，我们使用SZ、NH和GY三种固定剂，分别制作试块和产品，观测其外观形貌并进行实际切割钻进验证。结果显示：GY固定剂加热后的碳化物残留最少、外观质量最好，其次为NH固定剂，SZ固定剂的表现最差；以三种固定剂制作的锯片和钻头中，使用GY固定剂的寿命最长、速度最快，其次为使用NH固定剂的制品，最次为使用SZ固定剂的制品。

树脂金刚石砂轮加工氧化铝陶瓷的磨削工艺试验研究

刘杰, 曹剑锋, 孙正斌, 刘猛

2016, 36(4): 79-83. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0016

摘要(364)

PDF 1142KB(30)

摘要:
为改善氧化铝陶瓷的磨削效果，分别使用粒度尺寸125~150 μm和38~45 μm的金刚石制备树脂结合剂砂轮，并进行磨削实验，研究表面粗糙度、材料去除方式和材料去除比例随磨削参数的变化规律，观察并分析氧化铝陶瓷磨削后的表面微观形貌。结果表明：氧化铝陶瓷的表面粗糙度可以达到R_a 0.418 μm，材料去除比例可达到95%；用粒度尺寸38~45 μm的金刚石制备的树脂结合剂砂轮在切深≤ 2 μm，工件移动速度为0.15 m/min加工时，材料由延性域的塑性去除转变为脆性去除。优化后的加工工艺为先以磨料粒度尺寸125~150 μm的树脂金刚石砂轮在切深为4 μm时进行初步加工，再用磨料粒度尺寸38~45 μm的树脂金刚石砂轮进行光磨，可以兼顾高效与精密两方面的要求。

布料工艺对砂轮回转强度影响机理探讨

王学涛, 张子平, 边华英

2016, 36(4): 84-87. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.4.0017

摘要(335)

PDF 905KB(6)

摘要:
依据最大应力学说理论，分析了提高砂轮孔径处密度以增加砂轮强度的机理。在此基础上，对磨具成型压强、磨具烧后收缩、成型料与模具间的摩擦力等影响成型密度的因素进行研究，并结合生产实际得出结论。研究结果表明：（1）在一定的条件下，提高成型密度可以有效地提高砂轮的抗拉强度；（2）在布料角满足0<θ≤θ₀条件下，提高布料倾斜角θ可以有效地提高砂轮的抗拉强度。