金刚石与磨料磨具工程

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段端志, 罗卫东, 肖冰, 韩琳琳, 卜岳

2017, 37(3): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0001

摘要(292)

PDF 1862KB(12)

摘要:
为研究自蔓延烧结工艺对金刚石磨头性能的影响，以高频感应加热诱发Al、Ti、Cu、Ni和Sn粉末自蔓延烧结，制备金刚石磨头，分析节块胎体的微观结构和金刚石与胎体结合剂间的结合情况，并实验研究金刚石磨头的加工性能。结果表明：高频感应加热可缩短自蔓延烧结的预热时间和反应时间，提高制备效率；Ni起关键作用，Ni元素缺失则无法发生自蔓延反应；金刚石磨粒与金属结合剂之间界面结合良好，C、Ti元素之间跨过界面发生了明显的扩散偏聚现象；当胎体结合剂中Al+Ti的质量分数为32%时，金刚石磨头的综合加工性能最好。

真空钎焊热损伤控制工艺对磨料冲击韧性的影响

刘凡, 潘秉锁, 谢涛, 张建伟

2017, 37(3): 6-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0002

摘要(291)

PDF 1907KB(11)

摘要:
为减轻钎焊单层金刚石工具中的磨料热损伤，从钎焊金刚石的热损伤机理出发，提出4种热损伤控制方案，并进行试验验证。通过SEM观察和磨料冲击韧性测试对各方案的可行性进行分析。结果表明：降低炉内氧含量的工艺对常温冲击韧性TI值提升效果不明显；降低钎料触媒元素比例和使用Ti-Ni复合镀层金刚石，TI值相比原工艺最多可分别增加15%和20%以上；铜基钎料对金刚石热损伤最小，钎焊后磨料冲击韧性可达原料值的91.5%。

干式钻进金刚石钻头的制备及钻进性能研究

徐良, 刘一波, 徐强, 申宁宁

2017, 37(3): 11-14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.003

摘要(312)

PDF 1483KB(17)

摘要:
对干式钻进金刚石钻头的优点和国内干式钻进市场的现状，以及干式钻进钻头胎体设计的原则等问题进行了概述，实验中引入超细钨铜合金粉末来解决钻头烧结及钻进过程中存在的问题。实验结果显示：采用质量分数为45%的钨铜合金粉末，配合Cu、Co及Ni等金属粉组成胎体，通过制粒、预压成型、脱蜡、烧结、焊接等工艺制备了实验钻头，当烧结温度为850℃，压力25 MPa，保温时间180s时，钻头刀头的硬度超过HRB110，金刚石出刃效果好。与韩国某公司钻头进行花岗岩钻进对比显示：本实验钻头钻进效率提高7%，寿命和韩国某公司钻头相当，体现出了良好的干式钻进性能。

氧化铝空心球对树脂结合剂金刚石磨盘磨削蓝宝石的影响

史林峰, 韩雪, 郜永娟, 刘权威

2017, 37(3): 15-18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.004

摘要(307)

PDF 1939KB(23)

摘要:
为改善蓝宝石研磨效果，在树脂结合剂金刚石磨盘中添加氧化铝空心球。通过力学性能测试、SEM扫描观测和实际磨削实验，研究空心球粒径及体积分数对树脂结合剂强度和磨盘性能的影响。研究表明：试样抗折强度随空心球粒径和比例的增大而降低；当添加空心球的体积分数为30%时，空心球粒径对试样抗折强度的影响基本消失。磨削实验证明：添加氧化铝空心球可提高蓝宝石磨削时的效率，并改善蓝宝石的表面粗糙度。添加体积分数为20%的空心球的磨盘在磨削过程中具有最好的综合磨削性能，与不加空心球的磨盘相比，磨削效率提高82.6%，表面粗糙度降低至R_a 0.249μm。

CBN磨料特性对树脂砂轮磨削性能的影响

李克华, 熊华军, 郜永娟, 史林峰, 韩雪

2017, 37(3): 19-22,34. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0005

摘要(361)

PDF 1550KB(19)

摘要:
对6种不同CBN磨料的静压破碎负荷、冲击韧性（TI）和热冲击韧性（TTI）的数据进行分析研究，并分别制作成树脂结合剂砂轮。针对不同材料工件进行磨削，研究不同CBN磨料制作的砂轮磨削铸铁、高速钢、不锈钢和氮化不锈钢等材料的磨削比。实验结果表明：同样结合剂和工艺条件下，不同CBN磨料制作砂轮的磨削比相差较大；树脂CBN砂轮对铸铁和高速钢材料的磨削比相对较高，但对不锈钢和氮化不锈钢材料的磨削比低；CBN-B1500和CBN850磨料对几种工件材料的磨削性能相对较好。树脂CBN砂轮中磨料靠结合剂机械嵌合力把持，因此具有粗糙表面和适中静压破碎负荷的CBN磨料是较优选择。

硬质合金基底表面线缺陷对金刚石涂层膜基界面结合强度的影响

张奎林, 陈军, 黄卓, 简小刚

2017, 37(3): 23-28. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0006

摘要(337)

PDF 1492KB(10)

摘要:
基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，研究了不同硬质合金基底线缺陷率下的金刚石涂层膜基界面结合强度。通过建立[111]、[110]、[100]3种不同晶向的金刚石涂层膜基界面分子模型，研究了硬质合金基底线缺陷率对涂层膜基界面结合强度的影响以及[111]、[110]、[100]3种不同金刚石涂层晶向下的最优膜基界面结合强度。研究结果表明：硬质合金基底的表面能随着基底线缺陷率的增加而逐步增大；当线缺陷率ρ=12.5%时，基底表面能达到最大值；其后，随着基底线缺陷率继续增大，基底表面能逐渐呈减小趋势。进一步研究显示，不同晶向的金刚石涂层膜基界面的最优界面结合能的最优线缺陷率不同，[111]晶向和[110]晶向的金刚石涂层的最优基底线缺陷率均为6.25%，而[100]晶向金刚石涂层的最优基底线缺陷率则为0%。

单层钎焊金刚石砂轮修整技术研究进展

邓辉, 邓朝晖

2017, 37(3): 29-34. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0007

摘要(284)

PDF 1744KB(16)

摘要:
对目前适用于单层钎焊金刚石砂轮的修整方法及其最新研究进展进行综述，指出各种修整方法在实际应用中所面临的问题。针对这些问题，提出单层钎焊金刚石砂轮修整技术的改进方法，为解决单层钎焊金刚石砂轮精密、高效、无损伤修整难题提供参考。

硬质合金PA30高速深磨过程中声发射信号特征的变化研究

郭力, 杜厚斌, 邓喻

2017, 37(3): 35-39. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0008

摘要(318)

PDF 1285KB(4)

摘要:
在硬脆难加工材料硬质合金PA30高速深磨声发射实验中，随着工件速度和磨削切削深度增加，声发射信号特征参数均方根（AE_RMS）和磨削力变大；随着砂轮速度增大，AE_RMS和磨削力减小。磨削力和AE_RMS有相同的变化趋势。硬质合金PA30高速深磨AE频谱的能量在100~600kHz的频段比较集中，其AE信号频谱的能量与频率范围明显高于低速浅切磨削。

激光晶片抛光中磨粒运动轨迹分布均匀性分析

康仁科, 赵海洋, 朱祥龙, 焦振华

2017, 37(3): 40-45. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0009

摘要(317)

PDF 2017KB(23)

摘要:
为分析晶片抛光过程中，转动比α和摆动比β对磨粒轨迹分布均匀性的影响，建立晶片与抛光垫的相对速度模型及磨粒在晶片表面的运动轨迹模型，并分析晶片相对抛光垫的速度的分布规律、统计磨粒轨迹密度。结果表明：晶片转速与抛光垫转速一致时，其对抛光垫的相对速度大小一致；晶片随抛光头的往复运动主要影响相对速度变化的周期性及磨粒轨迹分布的随机性；当α=1.01，β=0.2时，磨粒在晶片上的轨迹分布均匀性最好。

亚微观倒棱切削刃对硬质合金刀片切削性能的影响特性研究

何耿煌, 李凌祥, 邹伶俐, 程程, 刘献礼

2017, 37(3): 46-54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0010

摘要(285)

PDF 3849KB(8)

摘要:
为了研究硬质合金刀片亚微观切削刃口形式对其切削性能的作用机制，针对断续切削过程中硬质合金刀具存在容易崩刃破损和脆性断裂等问题，选用两种不同牌号的硬质合金可转位刀片分别在多种亚微观刃口结构条件下进行断续切削实验，应用三维受力分析仪结合高速摄影机对切削过程中的冲击和切削力进行数据监测与收集，结合图形统计分析方法研究亚微观倒棱刃口对硬质合金刀片的强化作用机理，从而揭示不同切削刃口几何参数对硬质合金刀具使用寿命的影响规律，提出倒棱刃口参数与进给量的曲线化关系。研究结果表明：大进给量f条件下应选取较大的临界夹角β_C，同时，倒棱夹角β要大，倒棱宽度L要小；反之，在小进给量f条件下，临界夹角β_C和倒棱夹角β要小，倒棱宽度L要大。研究可为硬质合金可转位刀片的强化设计提供数据和技术支撑。

环形金刚石线锯切割YAG晶体的亚表面损伤预测

刘文涛, 赵惠英, 李彬, 赵凌宇, 于贺春, 房红军

2017, 37(3): 55-61,68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0011

摘要(328)

PDF 1472KB(12)

摘要:
YAG （Y₃Al₅O₁₂）晶体亚表面损伤降低材料使用性能和寿命。本研究基于经典脆性固体断裂力学模型，并引用中位裂纹深度计算式，得到中位裂纹是脆性材料亚表面损伤的主要因素。通过金刚石磨粒数统计和金刚石线锯切削参数总结，获得单颗磨粒切削深度并计算切削投影面积，得到单颗磨粒所受法向和切向力，然后预测亚表面损伤裂纹深度与金刚石线速度v_s、进给速度v_w、切割材料性质、电镀锯丝上金刚石颗粒粒度分部等有很大关系，为硬脆材料切割后亚表面损伤预测提供依据。最后提出该模型需要进一步通过实验修正的必要。

圆片刀超声切削蜂窝芯材料试验研究

牛景露, 朱祥龙, 康仁科, 王毅丹, 董志刚

2017, 37(3): 62-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0012

摘要(385)

PDF 2463KB(12)

摘要:
为提高加工Nomex蜂窝芯材料的质量和效率，采用试验方法对超声切割时的切削力进行测量，研究其影响因素和变化规律，并对切削后蜂窝芯的表面进行观察。使用回归分析法分析不同振幅和切削深度下的切削力，推导切削力的经验公式。结果显示：切削力F_y，F_z与切削深度a_p，圆片刀底部边缘处振幅A呈指数关系。通过对比切削力拟合结果和试验数据，发现误差在10%内。切削后蜂窝芯表面平整、毛刺更少。

微圆弧金刚石刀具修磨技术研究

夏志辉, 贾鲁, 张晓峰, 楚翀

2017, 37(3): 69-73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0013

摘要(333)

PDF 2088KB(10)

摘要:
微圆弧金刚石刀具是超精密加工中的重要应用工具，基于机械研磨法开展微圆弧金刚石刀具修磨技术研究。通过分析微圆弧金刚石刀具制备技术现状和制备难点，设计一种微圆弧金刚石刀具的修磨技术路线。通过修磨实验解决难磨、易磨方向定位，刀尖容易崩刃及精修刀尖圆弧等技术难点，制备刀尖半径R 8.2μm的微圆弧金刚石刀具。利用原子力显微镜和高倍光学显微镜进行观测，结果表明：前刀面粗糙度R_a=1.50nm，刀尖轮廓波纹度优于0.1μm，与进口高精度刀具指标相当。将其应用在微结构的超精密切削中，取得良好效果。

金刚石有序排列锯片切割性能的优化设计

张文忠, 杨宏

2017, 37(3): 74-77,80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0014

摘要(344)

PDF 1237KB(19)

摘要:
通过自主研发的金刚石有序排列技术，制作出金刚石三维有序排列锯片，并通过锯切对比实验，检验产品的切割性能。结果表明：金刚石三维有序排列锯片既可以提高锯片锋利度又可以提高锯片寿命；通过金刚石表面处理还可以进一步提高金刚石三维有序排列锯片的切割性能，其锋利度较传统锯片锋利度提高了27.7%，寿命提高了66.6%。

新型压制成型用弹性转盘的设计与应用

邢波, 鲁涛, 闫宁, 邵俊永, 韩欣, 李洪涛

2017, 37(3): 78-80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0015

摘要(263)

PDF 1107KB(3)

摘要:
压制成型是超硬材料砂轮磨料层制备过程中的关键工序。设计出了一种弹性转盘，以取代手工操作。对弹性转盘的组成与工作原理及生产应用效果进行了阐述。结果表明：设计的弹性转盘结构简单，操作方便，可提高生产效率、稳定产品质量，具有较好的推广价值。

电镀金刚石线锯快速植砂工艺研究

代晓南, 何伟春, 栗正新, 何静远

2017, 37(3): 81-87. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0016

摘要(430)

PDF 3159KB(30)

摘要:
为了提高电镀金刚石线锯的制备效率，通过金刚石微粉表面化学镀镍、钢丝基体磁化处理等方式改进上砂工艺，结合SEM、EDS及高斯计等研究不同工艺因素对电镀线锯的制备效率及耐用度的影响。结果表明：基体磁感应强度、金刚石质量浓度及上砂时间对线锯制备效率及耐用度有重要影响；采用磁化基体制备线锯的最佳上砂工艺参数为：电流密度5 A/dm²、基体磁感应强度0.6mT、上砂槽金刚石质量浓度15g/L、上砂时间30s、温度45℃。采用最佳工艺参数制备线锯的上砂时间缩减为金刚石及钢丝基体没有处理时制备线锯的上砂时间的1/20，制备效率可提高81%，同时还能保持较高的耐用度。

蓝宝石晶片粗磨工艺的研究

董云娜

2017, 37(3): 88-90. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0017

摘要(324)

PDF 1339KB(19)

摘要:
采用碳化硼（粒度尺寸61μm）作为磨料配制的研磨液对蓝宝石表面进行粗磨，并研究其工艺。通过单因素实验，选用不同悬浮液、不同研磨压力、不同质量分数碳化硼进行实验。结果表明：当碳化硼磨料质量分数为20%，悬浮液为CM-F系列，研磨液流量250mL/min，研磨盘转速80r/min，研磨时间30min，研磨压力2.8×10⁴ Pa时，研磨效果好，材料去除率可达2.47μm/min，表面无肉眼可见划痕，在OLYMPUS-MX50下观察，晶片表面无明显划伤。

电镀金刚石砂轮磨削光学玻璃表面质量综述

孟鑫鑫, 林有希, 任志英

2017, 37(3): 91-95. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.3.0018

摘要(417)

PDF 816KB(26)

摘要:
目前光学玻璃被广泛应用到航空航天、光电、空间技术以及精密工程等领域，其表面质量的加工要求越来越高。通过研究电镀金刚石砂轮对光学玻璃的磨削加工，从磨削力和表面形貌两方面分析了磨削参数对光学玻璃表面质量的影响，综述了超声磨削和模压成型两种加工方式的研究进展，并预测了未来光学玻璃加工的发展趋势。