金刚石与磨料磨具工程

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刘明耀, 李克华, 赵兴昊

2017, 37(1): 1-6. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0001

摘要(382)

PDF 838KB(21)

摘要:
本文回顾我国CBN磨具制造技术与产品的主要研发历程，以总结CBN磨具在结合剂体系、加工技术、品种规格等方面的主要发展特征。从市场结构和制造技术等方面对其未来发展趋势进行分析预测，并展望未来轴承行业等重点领域用CBN磨具及难加工材料磨削用CBN磨具的发展。

以新型硼源制备硼掺杂金刚石膜的性能研究

王梁, 江彩义, 郭胜惠, 高冀芸, 胡途, 杨黎, 彭金辉, 张利波

2017, 37(1): 7-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0002

摘要(475)

PDF 1890KB(10)

摘要:
采用微波等离子体化学气相沉积技术，以氧化硼-乙醇溶液作为硼源，制备不同掺硼浓度的金刚石膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、电化学工作站等研究其表面形貌、晶体结构、薄膜质量和电化学性能。结果表明：随硼元素含量升高，金刚石膜的晶体颗粒尺寸先减小后增大，电势窗口由3.1V降至2.6V，阳极电流密度由0.022 7mA·cm^-2降至0.011 9mA·cm^-2，但对背景电流及电化学可逆性几乎不影响。

复合电刷镀金刚石线锯的制备工艺研究

颜小童, 左敦稳, 孙玉利, 李瑞, 徐洋

2017, 37(1): 13-18,24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0003

摘要(278)

PDF 2310KB(16)

摘要:
使用自制电刷镀金刚石线锯制备装置研究金刚石线锯的制备工艺，分析各工艺参数对线锯性能的影响规律，并优化工艺参数。在确定电刷镀装置许用电流密度的基础上，通过单因素试验及正交试验研究工艺参数对磨粒分布密度的影响规律。结果表明：镀液中无磨粒时，随着毛毡轮转速的增大，许用电流密度先增大后减小，转速在300~500r/min时，许用电流密度达到极值；影响磨粒分布密度的因素主次顺序依次是走丝速度、电流密度、毛毡轮转速；磨粒分布密度最大值对应参数组合为走丝速度15mm/min、电流密度19kA/m²、毛毡轮转速450r/min。

基于有限差分模型的磨削弧区流场动压力数值分析

茅暑杰, 徐九华, 赵正彩, 傅玉灿

2017, 37(1): 19-24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0004

摘要(439)

PDF 1115KB(5)

摘要:
磨削弧区动压力对通过磨削区磨削液的有效流量、润滑和冷却作用有重要影响。本研究基于流体动压理论，建立了磨削弧区的动压力分布数学模型，将微分方程简化至近似泊松方程形式后，采用有限差分法将连续方程离散化，得出了磨削区动压力的数值解，并提出了迭代优化算法，提高了计算效率。将砂轮特性参数纳入数学模型之中，可根据砂轮材质、砂轮与工件间隙、砂轮转速等参数预报磨削弧区的磨削液动压力分布。在此理论模型基础上，进行了验证实验，证明模型的科学性。结果表明：通过输入砂轮各项参数，该模型可以快速、准确地预报动压力的分布，为磨削加工提供参考。

不同碳源浓度下热丝CVD金刚石薄膜的惰性示踪气体发射光谱法研究

范咏志, 王传新, 易成, 代凯, 许青波, 马志斌, 吴超

2017, 37(1): 25-28,33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0005

摘要(309)

PDF 1574KB(10)

摘要:
采用热丝化学气相沉积法制备金刚石薄膜，运用惰性示踪气体发射光谱法对等离子基团进行分析。实验所采用的惰性示踪气体为氩气。热丝CVD金刚石薄膜的表面形貌和断面形貌通过SEM进行表征，质量通过Raman光谱表征，从而对等离子体诊断结果进行验证。结果表明：保持其他工艺参数不变时，随碳源混合气体流量不断增加，电子温度总体呈下降趋势，但在50~70cm³/min出现反常的先增加后下降，在60cm³/min附近时出现最大值，此时的带电粒子到达基片时具有最大通量和能量，与此同时，CO、C₂、CH等几种含碳基团浓度在60cm³/min处出现最低，气相沉积过程向着金刚石薄膜沉积的方向发展，生长速率达到最大，金刚石薄膜的质量却随碳源混合气体流量的增加而降低。

低残余应力HFCVD硼掺杂金刚石薄膜的制备与图形化研究

赵天奇, 王新昶, 孙方宏

2017, 37(1): 29-33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0006

摘要(360)

PDF 2895KB(8)

摘要:
采用拉曼光谱技术分析了不同生长气压和碳源浓度下，硅基HFCVD硼掺杂金刚石薄膜中的残余应力，并使用光刻和反应离子刻蚀技术加工出多种金刚石薄膜微结构。研究结果表明：利用热丝CVD沉积的硅基金刚石薄膜内存在残余压应力，通过优化生长气压，可以有效降低金刚石薄膜的残余压应力，在生长气压从1.3kPa增加至6.5kPa的过程中，晶格缺陷增加，残余压应力减小。碳源浓度的变化对残余应力的影响较小，但对薄膜质量影响较大。采用低残余应力的金刚石薄膜通过光刻和反应离子刻蚀获得了悬臂梁、角加速度计、声学振膜等微结构。

口腔陶瓷修复材料加工研究

赵丹娜, 王成勇, 周绍波, 江文涛, 毛学理, 郑李娟

2017, 37(1): 34-42. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0007

摘要(489)

PDF 1636KB(9)

摘要:
口腔陶瓷修复材料以其优良的生物相容性、独特的美学性及稳定的化学性等优点在口腔修复中占主导地位。由于口腔陶瓷修复材料的脆硬特性及义齿的复杂表面特征，使其在CAD/CAM （计算机辅助设计与制造）成型加工和后续的修磨中，存在磨削工艺复杂、加工破损率高和表面易损伤等难题。充分了解口腔修复材料专用磨削加工工具及其性能，优化设计加工参数，对降低修复材料损伤具有重要意义。本文介绍了不同口腔陶瓷修复材料加工方式和加工工具，阐述了口腔陶瓷修复材料的磨削去除机理、磨削力及磨削表面质量等研究现状，并提出了后期研究发展主要方向。

SPS烧结诱发自蔓延反应制备Ti₃SiC₂-金刚石复合材料

张旺玺, 夏涛, 罗伟, 梁宝岩

2017, 37(1): 43-46. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0008

摘要(377)

PDF 1601KB(9)

摘要:
采用3Ti/Si/2C单质粉末为结合剂原料，添加适量的金刚石，通过放电等离子烧结诱发自蔓延反应快速制备Ti₃SiC₂-金刚石复合材料。研究保温时间对复合材料的基体构成和显微形貌的影响。结果表明：3Ti-Si-2C试样经SPS加热，在1170℃左右发生自蔓延反应，形成Ti₃SiC₂相；产物的主要生成相为Ti₃SiC₂、Ti₅Si₃和TiC；在1500℃得到的试样中，Ti₃SiC₂含量较高，原料反应较充分；在1500℃烧结含金刚石质量分数10%的粉末，得到的试样主相为Ti₃SiC₂与TiC，同时含有少量的Si、SiC与金刚石；保温1min后得到的试样中Ti₃SiC₂含量较高，Ti₃SiC₂相发育成板条状晶粒，与金刚石结合良好；保温5min后得到的试样中Ti₃SiC₂含量较低，基体主要由大量的TiC颗粒组成，同时金刚石发生严重石墨化，与基体间形成了较厚的过渡层。

钎焊金刚石钻头胎体拉伸测试及断面分析

王聪, 卜长根

2017, 37(1): 47-50,55. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0009

摘要(310)

PDF 2192KB(9)

摘要:
力学性能是钻头胎体的重要性能，但是用传统方法检测困难。因此设计胎体试样烧结模具，通过钎焊烧结制备拉伸试样，测试其强度并分析断口形貌。结果显示：胎体同基体结合良好；胎体与金刚石表面发生碳化反应；胎体层中的金刚石降低胎体的抗拉强度。试验条件下，加入金刚石后胎体强度最大下降53.8%。

W-Mo-Cr合金对金刚石砂轮磨块的摩擦化学修整

王春辉, 安润莉, 史双佶, 郭东明

2017, 37(1): 51-55. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0010

摘要(333)

PDF 3224KB(11)

摘要:
为解决粗磨粒金刚石砂轮磨块的修整问题，使用W-Mo-Cr合金材料作为修整工具对磨粒粒度尺寸为297~420μm的金刚石砂轮磨块进行修整，修整前后分别测量砂轮表面磨粒的等高性和磨粒的微观形貌，并且分别用修整前后的砂轮磨块进行WC硬质合金的磨削试验。结果表明：W-Mo-Cr合金材料对金刚石砂轮修整效率高，修整后砂轮表面磨粒的等高性提升了60%左右。利用修整后的金刚石砂轮磨削WC硬质合金，工件表面质量得到很大的改善，表面粗糙度达到R_a0.149μm。

砂轮刚性对磨削性能及产品加工质量的影响

赵延军, 钱灌文, 刘权威, 张高亮, 王礼华, 邵俊永

2017, 37(1): 56-60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0011

摘要(341)

PDF 2127KB(14)

摘要:
通过测量不同砂轮磨削时机床功率、磨削区温度、刀具的表面粗糙度和刃口质量，分析砂轮刚性改变对砂轮磨削性能和刀具质量的影响。研究发现：在一定范围内降低砂轮的刚性可以提高砂轮的磨削性能，改善刀具的加工质量。其中，加入体积分数10%的尼龙制备的砂轮对其刚性改善比较明显，在相同的磨削条件下，其磨削区的平均温度较普通砂轮磨削区的平均温度低50℃左右；累计磨削相同工件后，机床负载约为使用普通砂轮时的30%~50%；磨削得到的刀具表面粗糙度降低，可以达到R_a0.02μm以下，且磨削纹路规则；在×500倍显微镜下，观察不到刀具崩刃等缺陷，刃口质量得到明显改善。

PCD刀具加工氮化硅陶瓷孔的试验研究

白鹤鹏, 董海, 杨海军, 方宇

2017, 37(1): 61-65,73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0012

摘要(312)

PDF 1636KB(7)

摘要:
使用PCD刀具对氮化硅陶瓷内孔进行切削试验，首先研究氮化硅陶瓷材料的去除机理，主要包括脆性去除和塑性去除，且以脆性去除为主。其次，研究刀具前角、切削速度、背吃刀量和进给量对切削力的影响。结果表明：刀具前角对切削力的影响不明显；随切削速度、背吃刀量和进给量的增加，切削力均增大，且背向力大于进给力和主切削力。最后，重点研究各参数对内孔侧壁表面粗糙度的影响。结果表明：进给量对表面粗糙度的影响最显著，其次是背吃刀量和切削速度，刀具前角几乎没有影响，且当刀具前角为-5°，切削速度为32.97m/min，背吃刀量为0.10mm，进给量为0.08mm/r时，可以得到较好的表面粗糙度和刀具寿命的综合效益。

二维超声ELID复合平面磨削系统磨削力研究

马新毅

2017, 37(1): 66-69,73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0013

摘要(355)

PDF 944KB(8)

摘要:
对硬脆材料在二维超声电解在线砂轮修整技术（electrolytic in-process dressing，ELID）复合平面磨削条件下的磨削力进行理论研究，建立超声ELID复合磨削力模型。由磨削力公式可知：磨削力除了与超声波的振幅、角频率有关外，同时还受到电流的影响，且随电流的减小，磨削力逐渐增大。在不同磨削深度与砂轮转速条件下采集磨削力，并与理论值进行对比。结果显示：理论值与实测值趋于一致；法向磨削力与切向磨削力均随着磨削深度的增大而增大，随着砂轮转速的增大而减小。

高温高压处理Ib型金刚石的颜色变化研究

原亨馨, 臧传义, 刘博, 陈孝洲, 陈奎, 李明

2017, 37(1): 70-73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0014

摘要(367)

PDF 1110KB(20)

摘要:
以国产六面顶压机对人工合成的Ib型金刚石大单晶进行高温高压退火处理，使用傅里叶变换红外光度计、光谱辐射度计对实验前后的样品进行分析。实验发现：在高温高压退火条件下，伴随着金刚石中孤立氮原子的聚合，最初的Ib型金刚石单晶经历了颜色先加深再褪去的变化过程，直至变成接近无色的Ia型金刚石单晶。

水平井PDC钻头优化设计与应用

徐建飞, 梁学进, 赵晓波

2017, 37(1): 74-77. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0015

摘要(367)

PDF 1343KB(14)

摘要:
同常规直井、定向井聚晶金刚石（polycrystalline diamond compact，PDC）钻头相比，水平井钻头保径更易磨损、导向能力要求更高、切削齿所受冲击载荷更大。针对鄂尔多斯盆地红河油田水平段地层特点，通过室内试验优选切削齿尺寸和后倾角；针对水平井钻头的特点，设计了浅内锥、短外锥、大冠顶圆弧的钻头剖面形状，"主动保径齿+低摩擦保径块"的加强型保径及非对称、多喷嘴布置的加强水力结构。现场应用表明：新型钻头相比区块普通钻头，进尺提高了193%，机械钻速提高了132%。

不同材质磨盘对蓝宝石晶片研磨性能的影响

史林峰, 韩雪, 郜永娟, 李克华, 苏鸿良, 赵秀香, 刘权威

2017, 37(1): 78-80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0016

摘要(289)

PDF 827KB(14)

摘要:
从实际生产加工的角度，研究磨盘材质和研磨磨料对蓝宝石晶片加工效果的影响。以实际生产工艺进行实验，比较铸铁磨盘、陶瓷复合盘、树脂铜盘和聚氨酯研磨布在使用B₄C或金刚石研磨液时的加工效果、成品率和研磨效率。结果显示：经聚氨酯研磨布研磨的蓝宝石晶片，其表面质量最好，为R_a0.058μm；陶瓷复合盘的研磨效率最高，达到0.305μm/min，且成品率可保持在96.08%。如粗糙度要求较高（R_a ≤ 0.06μm），则建议使用聚氨酯研磨布搭配金刚石研磨液；如果更强调成本和效率（粗糙度要求R_a ≤ 0.08μm），建议使用陶瓷复合盘搭配B₄C研磨液。

路面铣刨机用聚晶金刚石截齿头的研制

卢灿华, 张涛, 刘俊涛, 窦明, 宁军垒

2017, 37(1): 81-84. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.1.0017

摘要(285)

PDF 1197KB(8)

摘要:
采用纳米结合剂梯度过渡层连接技术，在六面顶压机上合成路面铣刨机用聚晶金刚石截齿头。采用砂轮修整和落锤冲击的方法进行耐磨性、抗冲击性和耐热性等3方面的测试。结果表明：所合成的聚晶金刚石截齿头磨耗比大于25万，抗冲击韧性为1220 J；在750℃保温1.5h的条件下，具有很好的热稳定性；制成的路面铣刨机截齿，在铣刨沥青混凝土路面时，使用寿命是硬质合金截齿的6倍。