金刚石与磨料磨具工程

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白林山, 王金普, 储向峰

2017, 37(2): 1-5,10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0001

摘要(517)

PDF 1424KB(26)

摘要:
以纳米CeO₂为磨料自制抛光液，研究磨料质量分数、pH值、抛光液流量、抛光盘转速、表面活性剂种类和氟化铵质量分数等因素对微晶玻璃化学机械抛光的影响，分析总结CeO₂在微晶玻璃化学机械抛光中的作用机理，利用原子力显微镜（AFM）检测微晶玻璃抛光后的表面粗糙度。结果表明：当CeO₂质量分数为3%、抛光液流量为25mL/min、抛光盘转速为100r/min、pH=8.0、十二烷基硫酸钠质量分数为0.01%，氟化铵质量分数为0.7%时，抛光后微晶玻璃表面粗糙度（R_a）最低为0.72nm，材料去除速率达到180.91nm/min。

金刚石砂轮磨削单晶硅片面形变化规律

陈修艺, 刘海军, 朱祥龙, 康仁科, 董志刚

2017, 37(2): 6-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0002

摘要(386)

PDF 1793KB(27)

摘要:
磨削减薄过程中，硅片表面产生亚表面损伤，其中的残余应力使硅片产生翘曲变形。因此，研究无光磨磨削时的硅片面形变化规律以评价其加工质量。使用金刚石砂轮无光磨磨削厚度400μm和450μm的硅片并测量其面形。将硅片面形数据从中心向边缘沿径向分割成5个环带，分别研究其面形拟合弯曲曲率半径变化。结果显示：从中心区域到边缘区域，硅片的变形量增大，说明无光磨硅片上的残余应力变大，即磨削加工损伤增大。同时，研究还发现晶向对硅片变形有显著影响，〈110〉晶向区变形与〈100〉晶向区变形差异明显。

修整技术及提高固结磨料研磨垫自修整性的研究

居志兰, 朱永伟, 张福豹

2017, 37(2): 11-15. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0003

摘要(356)

PDF 1401KB(12)

摘要:
随着化学机械研磨的持续进行，垫表面特征会发生变化，从而使其研磨能力大大降低。修整垫可改善表面轮廓，进而提高被加工晶片表面质量，而且可以减少表面缺陷，延长使用寿命。本文着重介绍固结磨料研磨垫常见修整技术，分为非自修整和自修整两种类型，非自修整法有高压水射流修整、超声波振动法修整、金刚石修整器修整。并重点阐述通过合理选用研磨液、添加成孔剂以及优化研抛工艺参数等措施来促进亲水性固结磨料研磨垫自修整。

Fe质量分数对金刚石钻头胎体及钻进性能的影响研究

潘晓毅, 苏钰, 谢德龙, 林峰, 肖乐银, 陈超, 秦建新, 彭少波, 陈家荣

2017, 37(2): 16-19,25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0004

摘要(361)

PDF 2387KB(12)

摘要:
设计Fe-Cu基胎体配方，研究Fe质量分数对金刚石钻头胎体及钻进性能影响。测试不同配方下烧结试样的硬度、相对密度与三点抗弯强度，使用扫描电镜对断口进行微观分析，通过模拟钻进实验测试钻头的钻进效率与寿命。结果表明：Fe-Cu基配方胎体具有较好的烧结成型性，胎体相对密度可达到理论密度的98%；胎体硬度随Fe质量分数的增加先增加后下降，在Fe质量分数大于45%时趋于平稳、质量分数为60%时达到最大值，为35HRC；胎体三点抗弯强度的变化规律不明显，数值变化不大。断口SEM结果表明：随Fe质量分数增加，韧性下降，金刚石刻蚀加重。模拟钻进实验表明：在Fe质量分数为30%时，钻头对6~8级可钻性地层具有较好的钻进效率与寿命。

微米金刚石负载纳米银的电化学性能

孟为民, 黄浩, 郭松, 马喜龙

2017, 37(2): 20-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0005

摘要(329)

PDF 1754KB(8)

摘要:
微米金刚石拥有优异的物理化学性能。为拓展其应用领域，通过葡萄糖还原银氨溶液中的络合Ag⁺，在微米金刚石表面负载纳米银颗粒。通过SEM、TEM、EDS和XRD等分析手段表征复合材料的形貌、组成和结构。使用旋转圆盘电极进行实验，研究不同银负载量的微米金刚石的氧还原和析氧特性。结果显示：微米金刚石表面负载质量分数为10%的银时，氧还原反应极限电流密度是4.1mA/cm²，析氧反应的极限电流密度是27.5mA/cm²。

聚氨酯抛光垫机械抛光钆镓石榴石晶片

张浩然, 金洙吉, 王紫光, 韩晓龙

2017, 37(2): 26-30. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0006

摘要(369)

PDF 1529KB(8)

摘要:
钆镓石榴石（gadolinium gallium garnet，GGG）晶片是一种性能优良的激光材料，但其在抛光后易产生划痕、效率低。为保证GGG晶片的平面度、提高抛光效率，同时控制划痕现象，使用聚氨酯抛光垫进行机械抛光，研究抛光压力、抛光盘转速对平面度和表面粗糙度的影响。研究表明：使用聚氨酯抛光垫可以有效避免加工过程中产生划痕。在载荷127g/cm²，转速70r/min的条件下，抛光30min后的平面度可达到226nm，表面粗糙度RMS可达到36.3nm；表面缺陷较小，可被后续化学机械抛光很快去除。

基于尺度共轭梯度神经网络的TC4钛合金磨削烧伤预测

邓朝晖, 肖蓝湘, 邓辉, 刘伟

2017, 37(2): 31-35,40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0007

摘要(331)

PDF 1646KB(10)

摘要:
为预测TC4钛合金高速外圆磨削烧伤的程度，基于磨削烧伤后组织相变导致的工件表面硬度值变化，以表面硬度值来反映工件的磨削烧伤程度。采用尺度共轭梯度算法的神经网络对TC4钛合金高速外圆磨削的表面硬度值进行预测，根据表面硬度值与磨削表面烧伤程度的对应关系预测磨削烧伤。验证实验表明：预测结果与实验结果的误差在5%以内，模型预测效果良好。

轴对称非球面磨削加工中砂轮均匀磨损研究

周旭光, 阎秋生, 孔令叶

2017, 37(2): 36-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0008

摘要(328)

PDF 941KB(6)

摘要:
为实现轴对称非球面加工过程中盘形砂轮的均匀磨损，研究平行磨削加工过程中实现恒去除量磨削的办法。首先，分析平行磨削过程中磨削点绕盘形砂轮端部圆弧圆心转动的角速度、砂轮的进给速度和磨削点的线速度。然后，通过建立单位时间内盘形砂轮磨削的体积数学模型，推导平行磨削轴对称非球面过程中不同磨削位置的单位时间磨削量。最后，通过优化进给速度，保持平行磨削加工过程中的砂轮恒去除量进给，基本实现盘形砂轮的均匀磨损。结果表明：平行磨削过程中保持砂轮的恒去除量进给，盘形砂轮边缘部位的磨损明显得到改善，实现了盘形砂轮磨削过程中的较均匀磨损。

基于ANSYS Workbench金刚石圆锯片的力学分析

李阳, 王砚军, 秦可

2017, 37(2): 41-45. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0009

摘要(395)

PDF 2152KB(22)

摘要:
建立了干切金刚石圆锯片有限元分析模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对高速旋转切削金刚石圆锯片进行应力分析。得出圆锯片在受离心力、锯切力和热载荷作用下的应力大小及分布规律。结果表明：根据第三强度理论，锯片干切时产生的应力为535 MPa，已经超出其安全许用应力，所以影响锯片寿命的最大因素是锯切热引起的热应力。离心力与锯切力共同作用时，能使径向热应力减小约3%，同时也会使切向热应力的压应力增大约0.4%。

保温时间对低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具性能与结构的影响

李广锋, 侯永改, 高元, 李文凤, 黄庆飞, 丁志静

2017, 37(2): 46-49. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0010

摘要(315)

PDF 1045KB(16)

摘要:
采用粉末冶金法制备低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂金刚石磨具。结合材料电子万能试验机、SEM、XRD等检测手段，研究了保温时间对低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具性能与结构的影响。结果表明：当热压烧结保温时间为8min时，低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具有最佳的力学性能（抗弯强度285.6 MPa，冲击强度10.88kJ/m²）；保温时间延长促进了低温陶瓷在金刚石表面铺展润湿，保温8min时，低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂可达到最佳的机械嵌合，提高结合强度。

圆柱形单模MPCVD装置的数值模拟与实验研究

刘繁, 翁俊, 汪建华, 孙祁

2017, 37(2): 50-54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0011

摘要(464)

PDF 1865KB(23)

摘要:
微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法因其独特的优势被认为是制备高质量金刚石膜的首选方法。本实验对圆柱形MPCVD装置谐振腔中的电场分布及强度进行了数值模拟，在此基础上，在自行研制的圆柱形单模MPCVD装置上，进行了等离子体放电和金刚石膜的制备。结果表明：在输入功率仅为100 W的情况下，自行研制的圆柱形单模MPCVD装置的基片上方模拟计算得到的最高电场强度可达3.0×10⁵ V/m，即电场具有较好的聚焦能力，石英板式窗口的设计避免了等离子体的刻蚀。同时，在直径50mm硅片上进行了微米及纳米金刚石膜的生长研究，沉积出高质量金刚石膜。研究结果为MPCVD装置的研制提供了理论指导。

氮化硅陶瓷ELID磨削预修锐与氧化膜成膜的影响因素

万林林, 刘志坚, 邓朝晖, 刘伟

2017, 37(2): 55-61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0012

摘要(310)

PDF 1466KB(4)

摘要:
针对氮化硅陶瓷回转曲面零件高效低损伤的加工要求，设计适用于回转面加工的在线电解修整（ELID）磨削实验装置，在数控坐标磨床上进行预修锐实验。基于平行电极电解池模型，建立预修锐时间与氧化膜成膜厚度的关系模型，分析占空比和极间间隙对成膜效果的影响规律。结果表明：工艺参数对预修锐时间的影响程度依次为占空比>电解液流量>砂轮转速>脉冲频率。采用田口方法获得最优工艺参数组合为占空比0.75，脉冲频率50kHz，砂轮转速9 000r/min，电解液流量1.0 L/min。

磁化率对人造金刚石微粉电镀线锯性能的影响

何静远, 栗正新, 何伟春, 代晓南

2017, 37(2): 62-64. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0013

摘要(451)

PDF 1571KB(23)

摘要:
通过检测不同型号金刚石微粉的磁化率、灰分等指标，用于电镀金刚石线锯的制备，并进行玻璃切割实验，分析磁化率对金刚石微粉电镀线锯性能的影响规律。结果表明：金刚石微粉磁化率对金刚石线锯的切割性能有明显影响，金刚石微粉的磁化率越低，对应金刚石线锯切割性能越好，本实验最大切割深度可达到31.4mm。

陶瓷CBN砂轮修整参数的量化分析研究

黄震, 安政伟, 赵金伟

2017, 37(2): 65-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0014

摘要(423)

PDF 1166KB(8)

摘要:
采用正交试验方法量化分析了陶瓷CBN砂轮的修整参数对工件表面质量的影响。研究结果表明：进给速度对工件表面粗糙度和支承长度率均有明显的影响；修整量对表面粗糙度影响较小，但对支承长度率却有较为明显的影响，且修整时往复次数越少，砂轮越锋利；修整速差对表面质量影响较小。因此，可以通过加大进给速度、降低单次深度和增大往复次数的方法，来达到提高首件表面粗糙度、增加修整间隔、提高砂轮使用寿命的目的。

合金化元素Cr对青铜基金刚石砂轮导热性能及力学性能的影响

谭翠, 赵明勇, 叶仿健

2017, 37(2): 69-72,77. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0015

摘要(371)

PDF 1182KB(19)

摘要:
以金刚石微粉、铜锡合金、石墨和醋酸乙烯基聚合物为主要原料，采用热压烧结法制备青铜基金刚石砂轮，探讨合金化元素Cr对砂轮导热性能和力学性能的影响。结果表明：相比Cu_77.6Sn_14.4C_1.0J₇.0制备的砂轮，添加了合金化元素Cr的砂轮有更高的相对密度和热导率，可分别达到98.46%和110.43 W/（m·K）；其弯曲强度、压缩强度和冲击韧性也更优越，分别为77.54 MPa、108.10 MPa和4.06 J/cm²，但两者的弯曲载荷-位移曲线和压缩载荷-位移曲线都表现出明显的脆性断裂特征。

金刚石线锯质量检验

周波, 毛剑波

2017, 37(2): 73-77. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0016

摘要(390)

PDF 1367KB(28)

摘要:
为检验金刚石线锯的质量，以显微图像分析为基础，采用数学三维建模的方法，共选择5个线锯样品，对其表面的磨粒出刃高度、磨粒出刃率、磨粒面积比、线锯丝径、包络丝径、磨粒堆积直径等参数进行量化分析。结果表明：分析结果能很好地反映产品质量的变化，对于线锯产品质量检验与控制，具有非常有效的指导作用。

金刚石钻头金属胎体力学性能的智能检测仪器设计

胡郁乐, 刘乃鹏, 赵小军, 喻西

2017, 37(2): 78-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0017

摘要(377)

PDF 1298KB(7)

摘要:
把持力和抗弯强度是金属胎体的主要力学性能。虽然目前有较多的计算方法可以计算出胎体的理论包镶力和抗弯强度，但是与实际值相比，仍然存在误差。设计了一个金刚石胎体力学性能的智能检测装置。该装置采用压力传感器和位移传感器作为数据检测传感器，检测不同温度下试件的最高承受压力和加载速度。同时，通过数显表显示微处理后的数据并与计算机通信，用LabVIEW软件编程，实时显示数据曲线并对胎体的力学性能进行分析。现场测试表明：本仪器与万能试验机平均强度相差19.36MPa，2.16%，差值较小。最后，对装置的功能进行了总结并分析了不足之处。

宽幅砂带磨削工艺在金属加工中的应用

徐迎军

2017, 37(2): 82-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.2.0018

摘要(332)

PDF 787KB(5)

摘要:
对宽幅砂带磨削工艺在金属加工行业的应用进行综述，包括钣金去毛刺抛光、金属带材抛光、热轧板材氧化皮修磨等；为更好地推广宽幅砂带磨削工艺，从加工成本、加工精度、工件的形态等方面分析影响该工艺推广的要素；最后，对宽幅砂带磨削装备制造如何适应不同金属材料加工进行分析。