金刚石与磨料磨具工程

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袁峰, 张艳辉, 李帅远

2019, 39(6): 1-6. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0001

摘要(357)

PDF 1091KB(69)

摘要:
为设计研发金刚石合成块自动化分离设备，建立自动化分离方案的评估指标体系，提出3种金刚石合成块自动化分离方案并进行层次分析。取得各项指标的权重以及各方案在单一标准下的评分后，根据层次排序结论确定分离方案。对选中的分离方案进行模糊评价。运用单因素模糊综合判断法，根据评估指标体系进行评估并最终得到了总体的评价等级。结果表明：评估指标体系的精度与实验结果相符；利用层次分析法确定的方案满足生产企业的要求。

基于机器视觉的金刚石原石检测系统

石广丰, 王雪, 王淑坤, 郭丰杰, 于大伟

2019, 39(6): 7-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0002

摘要(369)

PDF 1195KB(11)

摘要:
为了降低检测成本及避免人为误差，开发了一种基于机器视觉的金刚石原石检测系统。通过图像处理检测金刚石的尺寸、形态与颜色信息，并生成可以自由视角显示的金刚石原石三维模型。结果表明：本系统对原石形态与颜色的检测操作简单，尺寸检测的比例尺精度为0.5 μm，图元的测量精度在微米级，并可减少检测成本和人为误差。

基于主成分分析和变权相似性的粉体混合均匀性判断

刘鹏, 田建艳, 高炜, 高云松, 王国华, 杨胜强

2019, 39(6): 13-19. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0003

摘要(296)

PDF 1149KB(11)

摘要:
为判断烧结型滚抛磨块制备过程中粉体原料的混合均匀性, 提出基于多图像相似性的粉体混合均匀度检测方法。首先设计粉体采样装置在线采集粉体样本, 并利用数字显微镜采集粉体样本图像。然后提取基于灰度直方图的图像灰度分布统计特征作为粉体图像特征参数, 采用主成分分析法(PCA)对特征参数降维, 并构建粉体图像特征矩阵。最后计算每组图像中各粉体图像与样本密度中心的变权重相似度, 取其最小值作为该组图像的相似度, 并设定合适阈值判断粉体是否混合均匀。试验结果表明: 该方法可以较为准确地判断混合终点, 并确定最佳混合时间, 适用于磨块粉体原料混合均匀性的判断, 从而提高生产效率和磨块质量, 提高经济效益。

基于空洞卷积神经网络的金刚石图像语义分割

潘秉锁, 潘文超, 刘子玉

2019, 39(6): 20-24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0004

摘要(371)

PDF 1243KB(12)

摘要:
为准确分割金刚石颗粒图像，基于空洞卷积网络构建图像语义分割模型。以自建的小型金刚石颗粒图像数据集为基础，对所建模型的批处理规模、卷积层过滤器数量和膨胀系数等超参数进行调优。对比调优后的空洞卷积网络与传统的全局阈值法、自适应阈值法对金刚石颗粒图像的分割能力。研究结果表明：批处理规模、卷积层过滤器数量和膨胀系数等参数对网络的分割能力有重要影响；空洞卷积网络在0.965的精确度下可达到0.966的召回率，性能明显高于传统方法的，尤其是较好地解决了金刚石颗粒上亮斑的归类问题。

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石涂层拉拔模具

崔玉明, 李国华, 姜龙

2019, 39(6): 25-29. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0005

摘要(581)

PDF 1179KB(9)

摘要:
线材拉拔加工正向精密、高速、低耗、高生产效率方向发展，金刚石涂层拉拔模具是最受用户青睐的产品之一。在综述直流电弧等离子体喷射技术制备金刚石涂层拉拔模具方法的基础上，利用洛氏硬度计、表面粗糙度轮廓测量仪、拉曼光谱仪和光学显微镜进行涂层质量检测。检测结果显示：金刚石涂层的纯度和厚度均匀性均较好；在1 470 N载荷下薄膜压痕的边缘区域无严重裂纹及薄膜脱落现象, 其表面粗糙度R_a平均值为18 nm。

Ti₃SiC₂复合材料耐磨性能研究

袁东方, 邹芹, 李艳国, 王明智

2019, 39(6): 30-38. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0006

摘要(337)

PDF 1529KB(10)

摘要:
Ti₃SiC₂是一种六方晶体结构的特殊陶瓷材料，兼具金属与陶瓷的优异性能，拥有优良的高温强度、抗氧化性及可加工性等优点，广泛应用于耐磨润滑材料。本文综述其同金属和SiC、金刚石、TiC、Al₂O₃等复合后的优异性能和广阔应用，并展望其在和金属、陶瓷、金刚石等材料复合领域的研究方向。

多切削刃金刚石颗粒烧结试验研究

陈强, 杨雪峰, 花波波, 张钲, 王恒

2019, 39(6): 39-42. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0007

摘要(416)

PDF 1392KB(14)

摘要:
为提高金刚石工具的锋利度和加工效率，延长其使用寿命，采用低温烧结的方法对金刚石颗粒表面进行多刃化处理。使用扫描电镜照片和质量损失率对不同烧结工艺的金刚石颗粒多刃化效果进行表征，并进行了碳化硅晶片研磨试验。结果表明：金刚石颗粒多刃化处理的最佳烧结工艺为：烧结温度750 ℃，烧结时间480 min，期间通10 kPa氧气2次，每次通气2 min，通气间隔2 h。在此条件下可获得大小适中，凹坑分布均匀的多刃化金刚石颗粒表面。碳化硅晶片研磨试验证明：多刃化金刚石颗粒与常规金刚石颗粒相比，材料去除率可提高1.1倍，研磨后晶片表面粗糙度R_a约为常规金刚石颗粒的24%，多刃化处理可显著提高金刚石颗粒研磨碳化硅晶片的抛光效率和精度。

钎焊时间对排锯性能的影响

于奇, 李振, 于新泉, 鲍丽, 马佳, 潘建军, 龙伟民

2019, 39(6): 43-47. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0008

摘要(327)

PDF 1427KB(12)

摘要:
采用CT643钎料、高频钎焊工艺对排锯进行焊接试验，研究钎焊时间对排锯性能的影响。用万能力学试验机、电子显微镜测试钎焊接头的剪切强度和组织形貌，体式显微镜测量钢基侧钎料的钎着面积，金相显微镜、洛氏硬度计对比分析热影响区的组织和硬度变化。结果表明：钎焊时间延长，热影响区接头的剪切强度逐渐降低、组织的晶粒长大并形成回火屈氏体，且钢基体钎料的钎着面积逐渐降低，热影响区尺寸增大、硬度降低；当钎焊时间为1.8 s时，CT643钎料渗入钢基体约90 μm，钢基体向钎料界面扩散反应形成高度约10 μm的竹笋状突起。

ZrSiO₄对低温陶瓷结合剂预熔玻璃料结构与性能的影响

田久根, 侯永改

2019, 39(6): 48-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0009

摘要(359)

PDF 1702KB(15)

摘要:
在Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系低温陶瓷结合剂中添加不同含量的ZrSiO₄添加剂，用差示扫描热分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜等研究ZrSiO₄含量对低温陶瓷结合剂结构与性能的影响。结果表明：ZrSiO₄含量增加，陶瓷结合剂耐火度无明显增加，其热膨胀系数在一定范围内降低；且当ZrSiO₄质量分数为4%时，陶瓷结合剂结构致密，微观状态均匀，陶瓷结合剂的综合性能最佳，其抗折强度为57.37 MPa，显微硬度为855.59 MPa。

A review on polishing technology of large area free-standing CVD diamond films

ZHANG Pingwei, TONG Tingting, LI Yifeng

2019, 39(6): 53-61. doi: Code10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0010

摘要(366)

PDF 1006KB(17)

摘要:
Recently, with the rapid development of chemical vapor deposition (CVD) technology, large area free-standing CVD diamond films have been produced successfully. However, the coarse grain size on the surface and the non-uniform thickness of unprocessed CVD diamond films make it difficult to meet the application requirement. The current study evaluates several existing polishing methods for CVD diamond films, including mechanical polishing, chemical mechanical polishing and tribochemical polishing technology.

TiB₂基切削刀具的制备和摩擦学性能研究

范晓文, 王国珍, 卢凤祥

2019, 39(6): 62-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0011

摘要(315)

PDF 1911KB(8)

摘要:
采用热压烧结法制备了3组不同成分配比的TiB₂基切削刀具，对比分析了B73H18N0、B49H18N24和B41H18C32刀具的显微组织、力学性能和摩擦学性能。结果表明：添加TiN和TiC的B49H18N24和B41H18C32刀具中未形成新的物相；3种TiB₂基切削刀具试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性从高至低顺序依次为B73H18N0> B41H18C32> B49H18N24，B73H18N0> B41H18C32> B49H18N24和B41H18C32> B49H18N24> B73H18N0。在相同滑动速度或者载荷下，3种TiB₂基切削刀具与TA2钛合金的磨损率都随着载荷或者滑动速度增加而增大，但B41H18C32刀具的磨损率最低，即其与TA2钛合金对磨时耐磨性更好。3种TiB₂基切削刀具在干摩擦磨损过程中的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损，且主要为黏着磨损。

激光结构磨削在氮化硅陶瓷中的磨削行为

李锶, 熊学峰, 温东东

2019, 39(6): 69-74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0012

摘要(350)

PDF 2151KB(15)

摘要:
为提高氮化硅陶瓷的加工精度，用激光辅助复合加工技术在氮化硅表面烧蚀出4种具有相同表面积的结构化图案，然后用金刚石砂轮对氮化硅表面进行磨削，研究图案结构对磨削效果的影响，并分析砂轮转速、进给速率等参数对磨削力的影响。结果表明：激光烧蚀能够在氮化硅表面产生凹槽并降低表面氮化硅的强度，从而有利于磨削液进入并降低磨削力，最高降幅达63%。同时，金刚石砂轮磨损也有效降低。磨削结构化的氮化硅表面时，砂轮转速和进给速率对磨削力的影响规律同磨削普通氮化硅时的规律一致。

金刚石砂轮磨削轴承用ZrO₂陶瓷表面质量研究

李颂华, 韩光田, 孙健, 陈文征, 王科冲

2019, 39(6): 75-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0013

摘要(477)

PDF 1588KB(18)

摘要:
在氧化锆陶瓷磨削中为获得较高质量表面，采用单因素试验研究磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度对氧化锆陶瓷精密磨削表面质量的影响规律及材料去除机理，通过超景深三维显微镜以及扫描电子显微镜，观察氧化锆陶瓷试件磨削后的表面形貌，最后用正交试验法进行优选并验证。结果表明：磨削表面的粗糙度随磨削深度、工件进给速度增大而增大，随砂轮线速度增大先减小、后增大。在磨削深度5 μm、砂轮线速度40 m/s、工件进给速度1 000 mm/min的优化组合条件下，磨削3组氧化锆陶瓷的平均表面粗糙度R_a为0.388 9 、0.417 0和0.403 7 μm。

刚玉磨料显微试样的磨削工艺研究

邢波, 赵金坠, 陈学伟, 李丙文, 冯克明, 王小光

2019, 39(6): 82-87. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0014

摘要(303)

PDF 1734KB(17)

摘要:
采用超细树脂金刚石砂轮直接磨削及手工研磨2种方式，对锆刚玉(ZA)、微晶刚玉(SG)、棕刚玉(A)和黑刚玉(BA)4种刚玉类磨料试样制样，通过对其表面粗糙度、显微硬度及表面形貌的对比分析，研究了2种制样方式的质量和效率，并优化了4种刚玉类磨料试样直接磨削制样的工艺参数。结果表明：直接磨削的刚玉类磨料试样表面粗糙度R_a、R_z及显微硬度与手工研磨制样的基本一致，但前者的制样效率比后者高至少2倍；ZA、SG和A磨料直接选用粗磨、精磨工序即可满足显微硬度测试要求，而BA磨料则在粗磨、精磨工序基础上，再增加光磨2次工序，也可达到显微硬度测试要求。

基于有限元仿真的曲轴内铣加工参数优化

郭智昊, 解丽静, 谢志勇, 梁国祥

2019, 39(6): 88-91. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0015

摘要(357)

PDF 1225KB(11)

摘要:
曲轴内铣技术因为其在加工质量和加工效率方面的优势被广泛应用于曲轴粗加工工艺上，但是内铣加工参数的选取缺少相应的标准及方法。通过有限元仿真建立曲轴内铣切削有限元模型，用仿真得到的铣削力进行曲轴变形仿真，从而预测曲轴轴颈圆柱度误差。研究发现：曲轴轴颈圆柱度误差随着刀盘转速增大而逐渐减小，且减小的速率逐渐降低。

基于统计能量法的组合式金刚石圆锯片声压级研究

赵佳琦, 黄波, 张进生, 鞠军伟, 韩亚群

2019, 39(6): 92-98. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.6.0016

摘要(306)

PDF 1666KB(9)

摘要:
组合式金刚石圆锯片在进行硬脆性材料加工时容易产生振动并辐射噪声，基于统计能量法(SEA)建立花岗石锯切模型，考虑系统实际工程中的模态密度、内损耗因子、约束、激励及辐射区等条件，对组合式金刚石圆锯片噪声辐射水平进行频域历程的定量估计，并与现场实测结果进行对比。结果表明：基体外径460 ～1584 mm、厚度4.0 mm的9片组合式金刚石圆锯片的高频区声压级范围为88.3～102.3 dB，其峰值在高频区4000 Hz处；且1～5片组合式金刚石圆锯片的高频区声压级范围为79.5～99.2 dB，声压级随组合片数增加而不断增大，但整体递增幅度随片数增加而减小；厚度3.5～5.5 mm的组合式金刚石圆锯片的高频区声压级范围为86.1～104.7 dB，声压级随组合片厚度增加而不断增大，且4000 Hz峰值处的声压级有5.7 dB的差值。试验和模型结果较为吻合，证明了所建立的统计能量分析模型对锯片高频噪声声压级计算的可信性。

硼及其协同掺杂金刚石块体的研究进展