金刚石与磨料磨具工程

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钢轨打磨技术及磨具研究进展

邹文俊

2020, 40(2): 1-4.

摘要(167)

PDF 1069KB(24)

摘要:

磨削压力及速度对钢轨被动打磨性能的影响

李端, 李焕锋, 刘鹏展

2020, 40(2): 5-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0001

摘要(298)

PDF 1939KB(12)

摘要:
以钢轨圆盘代替钢轨，设计一种模拟钢轨被动打磨方式的实验平台，研究被动磨削方式下磨削压力和磨削速度对磨削力、磨削温度、磨削效率及钢轨表面粗糙度的影响。实验结果表明: 在60～80 km/h范围内，随磨削速度增大，切向磨削力、表面粗糙度减小，磨削温度升高、磨削效率增大；在120～320 N范围内，随磨削压力增大，磨削温度升高、切向磨削力增大、磨削效率增大、表面质量下降。

钢轨打磨用复合砂轮磨削温度场的研究

闫薪霖, 肖博, 吴恒恒, 肖冰, 张益权

2020, 40(2): 11-16. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0002

摘要(446)

PDF 1786KB(13)

摘要:
为研究钢轨打磨用钎焊金刚石插片复合砂轮磨削时的温度场，用复合砂轮和树脂锆刚玉砂轮在不同压力下磨削65Mn钢工件，并对比其磨削温度。基于试验数据，用有限元法分析复合砂轮磨削钢轨时的温度场。结果表明：随着磨削压力的增大，砂轮产热增大，但复合砂轮磨削产热相对较小。相对于相同条件下用树脂砂轮打磨时，用复合砂轮打磨钢轨时的磨削表面最高温度降低近10%。

氢、氧原子刻蚀CVD金刚石涂层石墨相的机理研究

简小刚, 黄新, 何嘉诚, 王俊鹏

2020, 40(2): 17-21. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0003

摘要(538)

PDF 1005KB(43)

摘要:
采用第一性原理分子模拟计算方法对氢、氧原子刻蚀石墨相的过程进行分子动力学仿真，分析了2种原子在石墨相上的吸附过程及刻蚀反应的反应热和反应能垒。结果表明：氧原子在石墨相表面的吸附能强于氢原子吸附能，同时氧原子的化学反应活性大于氢原子的，更容易在石墨结构表面发生电子转移反应；氢原子促使石墨相表面的C—C键断裂需要两步反应，而氧原子则只需要一步反应，氢原子刻蚀石墨相的反应能垒比氧原子的高，所需能量更多。同时，通入含氧气源可以有效降低CVD金刚石涂层的沉积温度，提高金刚石涂层的质量。

微量元素对人工培育宝石级大单晶钻石颜色的影响

刘坤, 张坤, 田杨杨, 张建华, 王涛

2020, 40(2): 22-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0004

摘要(355)

PDF 945KB(24)

摘要:
利用六面顶压机采用高温高压法，以FeCo40合金为触媒，高纯石墨为碳源，在一定压力及温度梯度下研究不同微量元素的添加对培育宝石级大单晶钻石颜色的影响。结果发现：随着Ti添加量的增加，培育宝石级大单晶钻石的颜色由深黄色变为浅黄色，直至无色；同时，添加微量元素B，晶体颜色由无色变成淡蓝色，直至深蓝色。

多孔金属结合剂CBN砂轮孔隙结构对磨料层胎体力学性能的影响

周易, 丁文锋, 赵彪

2020, 40(2): 26-31. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0005

摘要(391)

PDF 2220KB(26)

摘要:
为解决多孔金属结合剂CBN砂轮在高孔隙率下的强度下降问题，采用球形尿素颗粒为造孔剂，制作孔径、孔形和孔隙可控的多孔金属结合剂砂轮磨料层胎体，研究不同载荷情况下的孔隙率和孔隙排布等孔隙结构因素，对多孔金属结合剂磨料层胎体力学性能的影响规律。结果表明：孔隙有序排布时的胎体弹性模量要小于孔隙无序排布的；胎体材料的屈服强度随孔隙率增大而下降；在相同孔隙率下，孔隙有序排布的胎体，在纵向受压、孔隙正向排布的情况下屈服强度更高。

超硬磨具用耐高温树脂结合剂的性能研究

袁天顺, 简亚溜, 邹文俊, 彭进, 宋旭东, 刘鹏展

2020, 40(2): 32-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0006

摘要(533)

PDF 935KB(33)

摘要:
采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为改性剂，通过酯交换方式制备出有机硅酚醛树脂(SPF)，并用傅里叶变换红外光谱分析、热重分析、力学性能测试等表征方法对SPF进行测定。结果表明: MTMS被成功引入SPF树脂结构中，且SPF耐热性能优良，受热质量损失10%时温度为462 ℃，较普通酚醛树脂(PF)的温度提高了90 ℃。与以PF为结合剂的超硬磨具相比，以SPF为结合剂制造的超硬磨具的力学性能明显提高，磨削比提高了51.1%；同时，后者的弯曲强度和冲击强度较前者的分别提高了14.2%和5.7%。

刃-孔协同分布钎焊金刚石微结构端面磨头加工氧化铝陶瓷性能的研究

林志兵, 杜志军, 李明聪, 王鹏, 谢小柱, 张凤林

2020, 40(2): 36-41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0007

摘要(758)

PDF 1666KB(20)

摘要:
由于高温钎焊金刚石的石墨化以及钎焊工艺等问题的限制，细粒度钎焊金刚石砂轮的制造还存在一定难度。提出一种刃-孔协同分布的钎焊金刚石微结构端面磨头，在粗粒度钎焊金刚石磨头上用脉冲激光刻蚀制备了不同的微结构，研究此钎焊金刚石端面磨头加工氧化铝陶瓷的磨削性能，对比不同微结构下的磨削力、被加工材料的表面质量以及金刚石磨粒的磨损特征。研究表明：与普通钎焊金刚石磨头相比，激光刻蚀的钎焊金刚石微刃磨头的磨削力和表面粗糙度分别降低了37%～51%和18%～25%，其中刃/孔数量比为1∶1的钎焊金刚石磨头的磨削力和表面粗糙度最低。

球磨工艺和分散剂对陶瓷结合剂粉体解团聚的影响

骆苗地, 丁玉龙, 包华, 苗卫朋

2020, 40(2): 42-45. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0008

摘要(499)

PDF 1467KB(35)

摘要:
通过球磨工艺和添加分散剂相结合的方法对陶瓷结合剂团聚体进行解团聚，研究球磨参数和分散剂添加量对解团聚效果及结合剂机械性能的影响，并用激光粒度分析仪、SEM、万能材料试验机测试结合剂粉体解团聚前后的粒度、显微形貌、抗折强度。结果表明：采用小粒径(5 mm)的磨球，添加质量分数为2.5%的分散剂球磨2 h后，结合剂粉体分散性良好，基本没有团聚现象，其D₅₀可降至0.186 μm，且球磨后的粉体在700 ℃烧结后，其抗折强度达到26.2 MPa，比原始团聚体烧结后样品的强度提升了近45%。

基于AHP-PCA的滚抛磨块评价指标集构建

杨雪, 高炜, 田建艳, 高云松, 杨胜强, 李文辉

2020, 40(2): 46-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0009

摘要(388)

PDF 1045KB(9)

摘要:
滚抛磨块是影响滚磨光整加工效果和加工效率的关键因素之一，科学的评价指标集是对其进行合理评价的重要前提。因此，提出基于层次分析法(AHP)与主成分分析法(PCA)构建滚抛磨块评价指标集。首先通过分析评价指标选取原则，结合滚磨光整加工实际案例与滚抛磨块制备工艺，得到初始的评价指标集；然后以实际加工经验和加工数据为基础，将层次分析法与主成分分析法相结合，对该集合中的评价指标进行筛选，构建最终的评价指标集；最后分别依据初始及最终的评价指标集对滚抛磨块进行评价，并对比评价结果。结果表明：评价指标筛选合理，可根据最终建立的评价指标集对滚抛磨块进行合理的评价，从而减少评价指标数据采集的工作量，提高滚抛磨块评价的效率。

大厚径碳纤维复合材料三维钻削有限元仿真及试验研究

张勋, 陈燕, 徐九华, 杨浩骏, 陈逸佳

2020, 40(2): 53-60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0010

摘要(498)

PDF 1520KB(26)

摘要:
针对CR929远程宽体客机承力构件制孔出口分层缺陷预测难、制孔载荷预测试验成本高等问题，开展大孔径碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)三维钻削仿真及试验研究。首先基于ABAQUS用户自定义子程序接口，利用Fortran语言编写CFRP宏观力学本构模型；随后建立大孔径CFRP三维钻削仿真过程有限元模型，并验证其正确性；最后利用有限元模型预测不同加工参数下的制孔轴向力、扭矩及出口分层损伤。研究结果表明：基于三维实体单元建模的复合材料，三维钻削有限元仿真模型可以可靠地预测制孔过程中的轴向力、扭矩。在CFRP出口处嵌入黏结单元可以预测制孔出口分层的形状。在相同工艺参数条件下, 制孔的轴向力、扭矩、出口分层的仿真预测与试验结果最大相对误差分别为15.0%、19.0%、12.4%。

基于超细硬质合金磨削过程的机床能耗研究

詹友基, 田笑, 许永超, 贾敏忠

2020, 40(2): 61-66. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0011

摘要(312)

PDF 1358KB(12)

摘要:
以机床磨削超细硬质合金为研究对象，对磨削加工时各种运行状态下的功率、不同磨削参数下的磨削比能及磨削有效加工能效进行研究。结果表明：空载运行的功率占据了磨床总磨削功率的92%；磨削比能e_s随砂轮线速度v_s的增大有小幅度增大，随磨削深度a_p和工件进给速度v_w的增大而减小，其中v_w对e_s影响最大，a_p次之，v_s最小。磨削有效加工能效η随v_s、a_p及v_w的增大而增大，其中a_p对η影响最大，v_s次之，v_w最小。因此，为了降低磨削能耗，在实际磨削加工超细硬质合金时，应尽量缩短载运行时间。在保证加工质量的前提下，应选择较大的a_p和v_w。

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

许陆昕, 李华, 蔡晓童, 周培祥, 陈艺文, 吴加富

2020, 40(2): 67-77. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0012

摘要(628)

PDF 2706KB(19)

摘要:
用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件，对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明：与普通磨削相比，超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加，工件表面形貌更均匀，表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削，因而降低了其磨削力，使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低，随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时，超声振动磨削的效果更明显。

磨料粒径及形状对磨料水射流切割钛合金表面微观形貌的影响

陈显均, 周文, 徐茂钦

2020, 40(2): 78-83. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0013

摘要(352)

PDF 1763KB(13)

摘要:
采用不同粒径与形状的磨料颗粒，在磨料水射流切割平台上切割钛合金，用超景深显微镜等设备分析，以研究不同的磨料粒径及形状对钛合金表面微观形貌的影响。研究表明：磨料粒径越大，钛合金表面所形成的划痕越长，80目磨料颗粒形成的微划痕长度约为160目磨料的5倍。且球形磨料颗粒所形成的划痕末端堆积较少，其表面线粗糙度低于9.5 μm；具有棱边的磨料颗粒所形成的划痕有唇状或鳞片状金属堆积，其表面线粗糙度在9.5～13.0 μm间；柱体形的磨料颗粒冲击形成的划痕带有尖锐的棱角，其表面粗糙度大于13.0 μm。

光学材料的磨削损伤控制试验研究

杨应坡, 冀永曼

2020, 40(2): 84-88. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0014

摘要(292)

PDF 1139KB(12)

摘要:
基于K9玻璃不同的磨削工艺参数确定其磨削损伤层深度随工艺参数变化的规律，并通过工件磨削损伤层深度的动态检测研究其裂纹扩展规律。结果表明：工件磨削过程中的裂纹损伤是动态扩展过程。固定工艺参数下，裂纹稳态扩展，损伤层深度不变；采用损伤更小的工艺参数磨削，裂纹的扩展速度小于材料的去除速度，其损伤层深度逐渐减小，损伤的去除速度逐渐减慢直至二者间达到稳态平衡。同时，为了去除前道工序的损伤层，后道工序的材料去除量需达到前道工序损伤层深度的2～3倍。

耐冲击型金刚石圆锯片锯切受力的数值模拟(二)——以新型半圆形水槽锯片为例

胡欢, 张云才, 李春林, 赵磊

2020, 40(2): 89-93. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.2.0015

摘要(461)

PDF 1459KB(18)

摘要:
建立耐冲击型金刚石锯片锯切受力的有限元分析模型，围绕新型半圆形水槽和传统U型水槽的2种齿形结构，以数值模拟对比研究金刚石圆锯片的锯切受力。仿真结果表明：在承受相同载荷的情况下，新型半圆形水槽锯片较传统U型水槽锯片在锯切受力时的变形、应力方面都得到了明显改善，其变形量减少11.56%，第一、第三主应力分别降低24.04%和34.19%，因而其承受大载荷和耐冲击性能良好。