金刚石与磨料磨具工程

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张景强, 王祺, 郭建烨, 王运江

2017, 37(4): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0001

摘要(342)

PDF 3595KB(21)

摘要:
为研究单颗CBN磨粒高速/超高速磨削的微观机理，以随机形状CBN磨粒为模型，采用Lagrange/Euler流固耦合方法，仿真分析不同工艺参数下的CBN磨粒磨削SHK-9高速钢的过程。结果表明：CBN磨粒（124~150μm）在切削深度a_p 20 μm、30 μm，切削速度120m/s时，切向磨削力达到最大，但在a_p 40 μm切削深度下反而最小。随着CBN磨料粒度尺寸变小，磨削力下降明显，磨粒可以在工件表面形成更为窄密的耕犁沟痕，配合适当的磨削深度有助于提高表面磨削质量。

钎焊金刚石铣磨刀具磨粒粒度尺寸与排布间距对CFRP磨削质量的影响

晏超仁, 陈燕, 郑凯, 梁宇红

2017, 37(4): 6-10,21. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0002

摘要(506)

PDF 2244KB(12)

摘要:
碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced plastics，CFRP）由于其低层间结合力和各向异性导致其加工过程中易出现分层、毛刺、撕裂等加工缺陷和刀具耐用度低等问题。采用有序排布钎焊金刚石磨削刀具及"以磨代切"加工工艺能够有效减轻分层缺陷。为制备出适合CFRP磨边加工的钎焊金刚石刀具，本试验制备了不同磨粒排布间距与不同磨粒粒度尺寸的5种刀具，对比分析了刀具结构变化对CFRP磨边加工磨削力与加工表面质量的影响。试验结果表明：在一定范围内，在相同磨粒排布间距和加工参数下，随着磨粒粒度尺寸变大，磨削力变化很小，加工表面质量变差；在相同磨粒粒度尺寸与加工参数下，随着磨粒排布间距减小，磨削力先增大后减小，加工表面质量变好。

点胶法可实现金刚石有序排布进而提高钻头性能

张丁元

2017, 37(4): 11-14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0003

摘要(384)

PDF 1461KB(22)

摘要:
为实现孕镶金刚石钻头工作层中金刚石颗粒的有序排列，采用点胶法进行金刚石有序排布的初步实验。基于Matlab2016A图像分析技术，对金刚石定位精度进行定量评价；然后制备金刚石颗粒有序排布的单层电镀金刚石钻头，并与普通电镀钻头进行对比钻进实验。结果表明：点胶法可以得到与设计坐标偏离值不超过10%的金刚石有序排布阵列；有序排布的金刚石钻头，其钻进时效比普通钻头的高30%，钻头寿命长85%。采用点胶法制备有序排布金刚石钻头是可行的；相比于随机分布，有序排布具有明显的优势。

金刚石锯片胎体与大理石摩擦磨损的离散元模拟研究

张聪, 谭援强, 姜胜强, 郭桦

2017, 37(4): 15-21. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0004

摘要(275)

PDF 2851KB(15)

摘要:
建立圆锯片胎体与大理石摩擦磨损的离散元模型，并通过压痕试验验证胎体模型的模型参数，模拟并观察不同载荷下胎体与大理石磨损过程中的磨损量的动态变化规律。结果表明：随着载荷增加，胎体的磨损量不断增加，然后逐渐趋于平稳，磨损率呈先增加后下降的趋势。离散元模拟与试验结果具有较好的一致性，验证了离散元法模拟磨损是可行的。

用于钻进钢筋混凝土构件的金刚石钻头的研制

叶宏煜, 杨展, 谭松成, 谢涛, 邹盛树

2017, 37(4): 22-26. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0005

摘要(358)

PDF 1010KB(11)

摘要:
钢筋混凝土结构因内部有钢筋，且自身强度等级较高，在钻孔过程中施工难度大，钻进效率低，经常出现钻头断齿现象。针对这些现象，从调整钻头胎体性能、改进钻头结构和增加磨料种类3个方面进行试验。为提高金刚石钻头钻进效率，采用中软性能的钻头胎体，并添加立方氮化硼（CBN）磨料，提高钻头工作唇面上磨料的切削性能；为使钻头钻进平稳，采用斜水口和奇数齿结构钻头，防止钻齿在孔底与钢筋产生全断面接触，避免钻齿瞬时冲击载荷过大而发生断齿。试验结果表明：使用ϕ75mm钻头，钻进压力6.5 MPa、钻头线速度2.1 m/s、冷却液流量25 L/min时，钻头的平均钻进时效可达到1.12m/h，钻头寿命28m，无断齿现象；表明本试验的钻头设计工艺正确，结构合理，可满足施工现场的生产需求。

蓝宝石套料用金刚石钻头关键制备技术研究

徐良, 刘一波, 徐强

2017, 37(4): 27-30,37. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0006

摘要(383)

PDF 1786KB(18)

摘要:
蓝宝石套料用金刚石钻头不同于常规的工程钻头，要求钻头锋利度好、寿命长、径跳小，还要求蓝宝石晶棒表面加工质量好，因此对金刚石钻头的制备、检验等方面提出了很高的要求。对金刚石钻头的刀头、钻管、配方设计，以及成品钻头需重点检验的指标等进行了分析，并就刀头制备、钻头焊接和后续处理等关键技术进行了阐述。研制了4英寸（内径ϕ103 mm）金刚石钻头用于钻进蓝宝石晶体，效率比相同规格台湾某公司钻头提高12%，寿命大约是台湾某公司钻头的95%，蓝宝石晶棒次品率低于0.5%，可满足客户的使用要求。

Ni-金刚石复合镀层制备工艺及其性能研究

徐洋, 孙玉利, 汤苏扬, 左敦稳, 颜小童

2017, 37(4): 31-37. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0007

摘要(371)

PDF 2867KB(18)

摘要:
为探究金刚石固结磨料研磨盘的复合电沉积制备工艺，对Ni-金刚石复合镀层制备工艺及其性能进行了研究。通过扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机分析研究镀液金刚石浓度、电流密度、温度、沉积时间对复合镀层质量的影响。经试验得到最佳工艺参数：金刚石浓度40 g/L，电流密度3 A/dm²，温度50℃，沉积时间90 min。经检测Ni-金刚石复合镀层表面平整，且金刚石粉末沉积均匀，复合镀层的耐磨性能相较于传统的镍层明显提高。

超声拉伸下金刚石线锯的力学性能研究

张辽远, 苏君金, 刘小栋, 关惠予, 刘炜

2017, 37(4): 38-43. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0008

摘要(438)

PDF 1725KB(10)

摘要:
对金刚石线锯在超声作用下的力学性能进行实验研究。自行设计振动系统及连接装置，利用超声振动对不同直径金刚石线锯进行单向拉伸试验，研究不同频率、不同振幅下材料力学性能的变化。用电子金相显微镜对有/无超声作用下的断口形貌进行分析，研究超声拉伸下金刚石线锯裂纹扩展机理和软化机理。实验结果表明：超声振动拉伸作用下，材料内部产生交变应力，出现微裂纹，裂纹扩展并快速撕裂，高频振动产生局部的高温，加速扩散过程发生，最终发展成宏观缺陷。当超声振动载荷频率为20 kHz时，裂纹扩展速率达到10^-9~10^-8 mm/cycle。

铜-金刚石复合镀层金刚石颗粒复合量的研究

高龙, 刘继拓, 闫泽鹏, 张迎九

2017, 37(4): 44-47. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0009

摘要(395)

PDF 2821KB(21)

摘要:
金刚石颗粒复合量是衡量复合镀层性能好坏的重要指标。选用烷基溴化物作为添加剂，研究不同体积分数添加剂对金刚石颗粒复合量的影响，优选出添加剂最佳体积分数；同时，深入研究电流密度、金刚石颗粒质量浓度对金刚石颗粒的影响。研究结果表明：随着添加剂体积分数的提高，金刚石颗粒复合量先增后减，体积分数为0.8 mL/L时，金刚石颗粒复合量最佳；控制镀液中金刚石颗粒质量浓度在2.5~40 g/L范围，金刚石颗粒复合量不断增加；电流密度对金刚石颗粒复合量的影响较为明显，随着电流密度增大，金刚石颗粒复合量呈现先快速增加后呈缓慢下降趋势。

喷焊技术在钢体PDC钻头表面硬化中的应用

徐建飞, 邹德永

2017, 37(4): 48-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0010

摘要(364)

PDF 1139KB(8)

摘要:
为了解决钢体PDC钻头体硬度低、耐磨性和抗钻井液冲蚀能力差的问题，通过理论分析和室内实验优选了适合钢体PDC钻头的表面硬化方法、表面熔覆涂层材料，形成了火焰喷焊对钻头表面进行熔覆硬化的工艺技术。现场试验结果表明：用Ni60加质量分数为25%~30%的WC组成的自溶性粉末为熔覆材料，制备的钢体表面硬化层质量优良，其耐磨性、耐冲蚀性能可满足钻井需求。

微细金属粉末对金属结合剂砂轮性能的影响

李国伟, 韩欣, 王冻冻, 牛俊凯

2017, 37(4): 53-55,61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0011

摘要(346)

PDF 1339KB(25)

摘要:
为研究微细粉末对金属结合剂砂轮性能的影响，将微细粉末和普通粉末按照设计的比例均匀混合，采用热压烧结的方法制成胎体试块，且在混合粉末中添加超硬磨料制成金属结合剂超硬材料砂轮，利用硬度计、抗折试验机、扫描电镜、切割试验机等设备，分别测试金属结合剂胎体硬度、抗折强度、断口形貌以及金属结合剂超硬材料砂轮切割性能。结果表明：微细粉末的添加有利于提高金属结合剂胎体的抗折强度，最高可以提升20%；另一方面，还可增加超硬材料砂轮的耐磨性，相同试验条件下测得半径磨损量降低了25.7%。

声发射技术在砂轮回转实验破碎识别中的应用

王永峰, 郑鹏, 刘红军, 陈晓强, 王江涛

2017, 37(4): 56-61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0012

摘要(343)

PDF 2017KB(8)

摘要:
采用一种新型砂轮破碎状态信号检测方法——声发射（AE）技术，通过采集环境背景、空转、空载和负载AE信号，并对信号进行时频域研究。对比砂轮破碎后和破碎前AE信号特征，时域信号特征电压值增大了2.5倍、能量谱峰值增大了4倍、均方根值（RMS）增加了1.17倍，频域信号经快速傅里叶转换（FFT）后得到了一个高频电压信号。研究结果表明：声发射技术优于目前常用的振动法、音量法和光电法，更适合用于砂轮回转实验破碎识别。

蓝宝石加工过程中金刚石线锯生命周期表面形貌及抗拉极限载荷实验研究

倪永明, 黎振, 李国和

2017, 37(4): 62-66. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0013

摘要(361)

PDF 2527KB(13)

摘要:
为优化金刚石线锯多线切割加工蓝宝石晶片的工艺参数，通过加工实验，获得金刚石线锯生命周期内各个阶段样本，采用扫描电镜分析样本表面形貌；用拉伸试验机对样本抗拉极限载荷进行测试，得到样本的抗拉极限载荷，并对断口形貌进行分析。实验结果表明：金刚石磨粒在生命周期内，经历包覆磨损、显露、碎裂、脱落的过程；磨粒碎裂是导致脱落的主要原因；生命周期内，金刚石线锯抗拉极限并没有随着线磨损、金刚石颗粒掉落而降低；断口分为裂纹扩展区、瞬断区、电镀层区，且电镀层区与瞬断区发生分离。在分析结果的基础上，给出工艺参数优化方法。

纳米金刚石及相关材料的真空镀覆及应用进展

张艳, 臧建兵, 徐汉清, 韩婵, 陈丽贝, 王艳辉

2017, 37(4): 67-72. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0014

摘要(390)

PDF 1726KB(12)

摘要:
综述了以钛或锰金属粉与纳米金刚石、纳米碳化硅、氮化硅晶须或碳纳米管为原料，通过真空镀法对上述纳米粉体进行表面改性处理后在新能源方面的应用。介绍了钛镀覆纳米金刚石、纳米碳化硅和氮化硅晶须作为铂催化剂载体材料在直接甲醇燃料电池方面的应用，以及锰镀覆碳纳米管在超级电容器方面的应用。

典型机床关键零部件切削/磨削比能数据库系统研发

尹晖, 邓朝晖, 张华, 符亚辉, 严灿

2017, 37(4): 73-78,85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0015

摘要(353)

PDF 1203KB(5)

摘要:
以现有机床加工能耗研究为基础，根据材料去除功率与机床空载功率、加工功率的经验关系式，建立切削/磨削比能的经验计算模型，并通过以切削力/磨削力为基础的切削/磨削比能理论模型及其实验，验证该经验计算模型的可行性和正确性。基于此经验计算模型的切削/磨削比能的测量值和计算值，设计研发典型机床关键零部件切削/磨削比能数据库系统，包括基本架构、基础数据库和切削/磨削比能分析模块，使其系统化和规范化。用户可在软件操作界面迅速地实现所需数据的增、删、改、查等功能。

不织布抛光材料的研究进展与应用

赵硕, 邹文俊, 彭进, 宋旭东

2017, 37(4): 79-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0016

摘要(385)

PDF 1245KB(8)

摘要:
针对目前国内外不织布抛光材料的研究现状、制备方法及优缺点进行分析；分别阐述纤维种类、黏结剂种类、磨料种类以及加工参数对材料性能和质量的影响；最后指出不织布抛光材料目前研究存在的问题及今后的发展方向。

烧结压机的伺服油泵电控、液压系统设计

韩瑞锋, 杨小鹏, 赵志普, 李海申, 胡冰涛

2017, 37(4): 86-89. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0017

摘要(262)

PDF 918KB(5)

摘要:
对现有烧结压机设备进行改进，采用伺服油泵系统替代电液比例阀控制系统，详细论证分析伺服油泵系统的工作原理、电气控制及PLC控制伺服电机流程，同时比较伺服油泵系统与普通比例阀系统在应用过程中的优缺点。改进后经客户使用，结果显示：烧结压机中伺服液压系统压力控制精度为±0.1 MPa，稳定了产品质量；噪音由65 dB降到45 dB，改善了工作环境；烧结压机油箱温度较没改进前降低12.5℃，节能效果明显；延长了液压元件的使用寿命，降低设备的维护成本；提高了烧结压机设备稳定性。