金刚石与磨料磨具工程

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高压合成金刚石研究进展

王明智

2020, 40(6): 1-3.

摘要(169)

PDF 816KB(26)

摘要:

八面体金刚石单晶的制备与性能

张存升, 邵增明, 苏彦宾

2020, 40(6): 4-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0001

摘要(446)

PDF 1250KB(32)

摘要:
通过优化触媒配方, 添加新型催化剂, 设计合成工艺, 改进保温腔体, 开发出具有特定{111}面的八面体金刚石单晶, 并实现对其粒度及晶型的调控。扫描电子显微镜表征结果显示金刚石晶型为八面体，晶体具有规则的{111}晶面。拉曼光谱结果证明金刚石晶体中碳原子的杂化类型为sp³杂化，且八面体金刚石具有更高的纯净度。磁化率测试结果显示该八面体金刚石磁化率低于1.00×10^-5 SI。使用该类金刚石制成的修整工具比使用普通金刚石的具有更好的锋利度和耐磨性。

使用高温烧结氧化铝陶瓷温度梯度法合成宝石级金刚石

张坤, 田杨杨, 刘坤, 张建华, 王涛

2020, 40(6): 9-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0002

摘要(409)

PDF 1353KB(22)

摘要:
在高温高压下采用温度梯度法合成宝石级金刚石，采用高纯氧化铝粉烧结制备氧化铝陶瓷腔体保温材料，研究不同烧结温度下的氧化铝陶瓷性能以及用作腔体保温材料时对应的晶体生长情况。研究表明：随着氧化铝烧结温度的提升，氧化铝陶瓷的密度增大，显气孔率降低，所对应的晶体生长速度增大，晶体内夹杂物减少。1 650 ℃烧结4 h时，氧化铝陶瓷相对密度为97%，显气孔率为0.05%；用于保温腔体材料时，可制得质量为0.4 g(2 ct)、生长速度达4.0 mg/h的基本不含任何夹杂物的高品级金刚石。

基于深度学习的黄色工业金刚石检测方法

杨建新, 兰小平, 王波, 闫蕾, 赵振, 冯亚东

2020, 40(6): 13-19. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0003

摘要(406)

PDF 1568KB(19)

摘要:
为解决工业生产中黄色工业金刚石人工检测速度慢、劳动强度大、质量一致性不高等问题，提出一种基于深度学习的黄色工业金刚石检测方法。针对黄色工业金刚石晶体结构特点，设计了一套硬件系统采集黄色工业金刚石样本数据；通过图像处理方法对黄色工业金刚石样本数据进行预处理，再利用VGG-16、Inception-V3和ResNet-50等3种网络结构构建3个基分类器后，采用集成融合的方法实现多个基分类器的信息融合和黄色工业金刚石的分类决策。试验验证结果表明：识别的2240、2280、2290等3种品级的黄色工业金刚石综合评价指标均达到85%以上，该方法具有较高的实时性和应用价值。

CVD单晶金刚石的制备及红外性能研究

卢灿华, 刘乾坤, 王志涛, 张国凯, 陈明, 曹通, 朱培

2020, 40(6): 20-24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0004

摘要(649)

PDF 1420KB(66)

摘要:
利用微波等离子化学气相沉积法，以H₂/CH₄/N₂为混合气源，在CVD金刚石单晶基底上同质外延生长金刚石。在一定的甲烷浓度下，分析衬底温度对金刚石结晶质量及光学性能的影响。利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)表征金刚石单晶，得到金刚石单晶的样品颜色、内部缺陷、表面形貌等信息。对金刚石样品进行抛光处理后，使用红外傅里叶变换光谱仪对金刚石进行检测，得到红外波段的光学透过率。结果表明：在生长温度为930 ℃左右时金刚石的结晶质量最好，红外透过率最高，可达70%以上；略高或略低的温度均会降低其红外透过率，相对来说略高的温度下生长的金刚石结晶质量和红外性能优于低温下生长的金刚石的。N₂的掺杂会导致单晶带有棕褐色，生长速率显著变快，严重降低红外波段的光学性能。

树脂结合剂金刚石堆积磨料砂轮磨削YG8硬质合金

陈哲, 陈春晖, 刘一波, 徐燕军, 刘伟, 黄霞, 李亚朋, 孔帅斐

2020, 40(6): 25-30. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0005

摘要(571)

PDF 1680KB(49)

摘要:
为探究金刚石堆积磨料在树脂结合剂砂轮中的磨削性能，采用ZLB-60旋转式制粒机制备了金刚石浓度为150%、200%、250%的陶瓷结合剂金刚石堆积磨料，其单颗粒静压强度分别为61 N、65 N、36 N。选用金刚石浓度为200%的金刚石堆积磨料与相同原始粒度的单颗粒金刚石配比制备金刚石浓度为100%的树脂结合剂金刚石砂轮，在自制磨削平台上对YG8硬质合金进行磨削性能测试。磨削结果显示：当金刚石堆积磨料体积分数为30%时，树脂结合剂金刚石砂轮的磨削性能最佳，磨削比为145.11，磨削效率为13.64 g/h，较相同原始粒度单颗粒金刚石砂轮的分别提高了152%和40%。

Ni-Cr钎料钎焊镀钛CBN界面微观结构分析

王君临, 肖冰, 王树义, 苏仕超, 浦一子, 高睿

2020, 40(6): 31-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0006

摘要(348)

PDF 1674KB(16)

摘要:
采用Ni-Cr钎料真空钎焊镀钛CBN磨粒和45号钢。用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪综合分析镀钛CBN磨粒的焊后形貌，磨粒与Ni-Cr钎料连接界面的微观结构和钎焊后磨粒表面的生成物。发现：钎焊过程中Ni-Cr钎料沿钛镀层爬升，对磨粒浸润性良好。焊后CBN磨粒出露部分的钛镀层在Ni原子的扩散下转变为Ni-Ti金属层。而在钎料包埋处，磨粒的钛镀层在钎焊过程中与CBN、Ni-Cr钎料相互扩散反应，生成了一层以NiTi和Ni_0.3Ti_0.7N为主的中间层，实现镀钛CBN磨粒和Ni-Cr钎料的冶金结合。

基于钎焊涂覆的树脂结合剂金刚石砂轮及性能研究

李明聪, 向刚强, 李伟雄, 张凤林, 周玉梅, 龙伟民

2020, 40(6): 36-41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0007

摘要(403)

PDF 2345KB(27)

摘要:
利用钎焊方法对单晶RVD和多晶PDGF1 2种金刚石磨料表面进行涂覆，制备涂覆前后4种磨料的树脂结合剂金刚石砂轮。研究钎焊过程对金刚石磨粒表面形貌和力学性能的影响，并测试不同砂轮加工硬质合金时的磨削性能。结果表明：钎焊涂覆方法可以在金刚石磨料表面有效包覆一层钎料合金涂层，涂层与金刚石磨粒间形成TiC界面结合。与涂覆前磨粒相比，涂覆后RVD磨粒的冲击韧性(TI)值减小了6%，PDGF1磨粒的TI值增大了42%。用钎焊涂覆PDGF1磨料制作的树脂结合剂金刚石砂轮拥有更低的磨削力和更高的磨削比, 但用钎焊涂覆RVD磨料制作的树脂结合剂金刚石砂轮的结果则相反。在相同加工参数下，4种砂轮磨削硬质合金的表面形貌相似，其表面粗糙度在0.50～0.68 μm。

钎焊金刚石砂轮打磨钢轨的性能试验研究

闫薪霖, 肖博, 高先哲, 肖冰, 张益权

2020, 40(6): 42-46. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0008

摘要(367)

PDF 2032KB(23)

摘要:
针对树脂砂轮打磨钢轨时存在的火花大、粉尘污染等缺点，设计并制作钢轨打磨用单层钎焊金刚石砂轮。通过钎焊金刚石砂轮和树脂砂轮的钢轨打磨试验对比，对钎焊金刚石砂轮的综合性能进行评价。试验结果表明：在稳定打磨阶段，相比树脂砂轮，钎焊金刚石砂轮的磨削效率高、磨削电流小、磨削火花小，打磨后的工件表面粗糙度好；钎焊金刚石砂轮的主要失效原因是磨屑黏附。

陶瓷-金属结合剂CBN结块的研制及其性能研究

柳炳恒, 肖冰, 孟祥龙, 赵鹏程, 王树义

2020, 40(6): 47-50. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0009

摘要(348)

PDF 1139KB(33)

摘要:
目前钢轨打磨使用的主要是树脂砂轮，具有材料去除率低、磨削温度高等问题。因此，利用钎焊超硬磨料技术研制新型陶瓷-金属结合剂CBN磨具，并对比陶瓷-金属CBN结块和树脂锆刚玉结块在相同条件下的磨削性能，如材料去除率、磨屑分布和磨削温度等。试验结果表明：相比于树脂锆刚玉结块，陶瓷-金属结合剂CBN结块的材料去除率可提高124%，磨削温度峰值可降低15～50 ℃。

胶体石墨对低温金属树脂复合结合剂性能的影响

刁银艳, 崔崇, 羊松灿, 冯圆茹

2020, 40(6): 51-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0010

摘要(351)

PDF 1278KB(26)

摘要:
在铝基金属树脂复合结合剂中添加质量分数为0～0.4%的微量胶体石墨，研究复合结合剂的强度、硬度、微观组织及其反应结合机理。结果表明：在烧结温度为360 ℃，保温时间为5 min，保温压力为2 100 N/cm²条件下，随着胶体石墨质量分数增加，复合结合剂的密度先下降再上升随后又下降; 硬度、强度和弹性模量都是先上升再下降。在胶体石墨添加质量分数为0.2%时，复合结合剂的硬度和强度达最大值，分别为61.5 HRB和250 MPa，且复合结合剂的密度和弹性模量适中。微量胶体石墨可以和复合结合剂中的Al生成少量Al₄C₃，促进三维交叉网状结构形成，提高低温金属树脂复合结合剂性能。

镍基高温合金高速超高速磨削成屑过程的三维仿真研究

夏江, 丁文锋, 仇博, 徐九华

2020, 40(6): 58-69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0011

摘要(462)

PDF 3209KB(30)

摘要:
建立单颗磨粒磨削GH4169镍基高温合金的三维有限元仿真模型，研究高速、超高速磨削条件下的磨屑形貌演化过程及磨削力变化规律，观察磨削区域内的应力应变、温度等物理参量的分布和变化，分析磨削速度和单颗磨粒切厚对磨屑形貌、成屑频率及沟槽隆起特征的影响。结果表明：高速、超高速磨削镍基高温合金时，易出现锯齿形磨屑；磨削力呈周期性变化，其周期与磨屑形成过程对应；磨削过程中的温度、应变以及应变率主要集中在剪切带区域，而应力则集中在剪切带的两侧。随磨削速度增大，磨屑锯齿间间距变小，锯齿化程度增强，成屑频率呈线性增大趋势，沟痕隆起比升高。此外，单颗磨粒磨削GH4169的临界成屑切厚约为0.3 μm，当切厚为0.8 μm时有锯齿形磨屑出现，且随单颗磨粒切厚增大，锯齿化程度增强，但成屑频率降低。

基于激光测距定位的切割片应力和温度场仿真分析

宋钰, 孟广耀, 高志阳, 沈毅松

2020, 40(6): 70-75. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0012

摘要(336)

PDF 1671KB(11)

摘要:
铸造浇冒口自动化切割过程中，因磨损作用造成切割片直径逐渐减小，影响切割过程的定位精度。基于激光测距仪提出一种通过测量切割片磨损后剩余直径实现自动定位的方法，并运用ABAQUS有限元分析软件设计单因素试验，分析切割片厚度尺寸增加前后的应力场和温度场情况。仿真和试验结果表明：适当增加切割片厚度有利于避免应力集中和降低切割温度，且实际切割试验中切割片厚度增加，工件表面形貌有所改善。

铁基金刚石砂轮生物在线修整加工性能的试验研究

林炜民, 黄辉, 马飞

2020, 40(6): 76-82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0013

摘要(572)

PDF 1520KB(17)

摘要:
生物在线修整(BID)是一种环境友好的金属基砂轮修整技术。以清水为对照，采用不同Fe³⁺质量浓度的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A．f)磨削液，通过生物在线修整试验，比较及分析不同Fe³⁺浓度对铁基金刚石砂轮磨削单晶碳化硅工件时的磨削力、工件表面粗糙度以及砂轮表面磨粒出露高度的影响。结果表明：与清水组相比，生物修整可明显降低磨削过程中的法向力和切向力；随着生物修整液中Fe³⁺浓度的提高，磨削力呈现下降趋势，磨削力比先下降后缓慢上升至3.42。生物修整还可以有效降低加工粗糙度，修整液中Fe³⁺浓度为3.0 g/L 时，其表面粗糙度最低为259.67 nm。产生上述结果的主要原因是通过生物修整有效地提高了磨削砂轮中磨粒的出露高度。

PCBN刀具切削性能和磨损机理研究综述

崔金蒙, 孟德忠, 吴哲, 岳文, 王成彪

2020, 40(6): 83-91. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0014

摘要(482)

PDF 1184KB(34)

摘要:
聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具是继聚晶金刚石刀具之后的又一种超硬刀具，以其独特的“以车代磨”、“硬态加工”、“干式切削”等方式被誉为21世纪的绿色环保刀具。PCBN刀具在金属切削方面具有广泛的应用，主要用来加工各种淬硬钢、耐磨铸铁等铁基材料。本文介绍了PCBN刀具成分、几何形状、切削参数等对其切削性能的影响，在此基础上分析了不同材料加工时刀具的主要磨损机理，还简单对比了硬质合金和PCBN刀具切削性能上的差异。

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

代兵

2020, 40(6): 92-96. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0015

摘要(385)

PDF 1317KB(12)

摘要:
针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题，将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析，找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素；设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验，研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明：与普通切削相比，二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力，减轻加工过程对刀具的冲击，提高刀具的耐用度；且在相同加工条件下，二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%，工件表面轮廓平均高度减小了40.9%，刀具的使用寿命提高了近1倍。

钻进硬而致密岩石的直角梯形齿金刚石钻头研究

叶宏煜, 杨展, 邹盛树, 谢涛, 潘家栋

2020, 40(6): 97-101. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0016

摘要(302)

PDF 994KB(22)

摘要:
针对深部钻探钻遇岩石种类多、岩性复杂、硬而致密岩石钻进时效低与钻头寿命短等问题开展研究，提出普适性能钻头的结构设计。在此基础上设计和研制直角梯形齿钻头，并对钻头进行受力分析。理论与实践均表明设计合理，在可钻性7～9级的岩石中钻进时，相比普通钻头而言，该钻头的使用寿命相当、钻进效率提高21%～24%、成本降低约15%。因此，直角梯形齿钻头比普通钻头具有相对明显的优势。

PCD刀具孔加工过程中的切屑控制方法

黄震, 党战国, 赵振国

2020, 40(6): 102-104. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.6.0017

摘要(362)

PDF 1208KB(17)

摘要:
为消除PCD刀具孔加工过程中出现的划痕，通过分析划痕的类型和出现的原因，设计试验验证优化刀具角度和增加喷淋手段等方式对内孔表面质量的影响。结果显示：入口划痕产生的原因是粗加工刀具产生的铝环切屑残留在工件内，被精加工刀具再次切削时划伤工件内表面。优化喷淋方式对改善入口划痕效果较差；通过调整加工工艺，并优化精加工刀具刃口主偏角(从85°减小到48°)，可以减小铝环厚度并遏制铝环的形成。实际生产显示该方法可消除阀体成品中残留铝环的现象，提高内孔表面质量。