金刚石与磨料磨具工程

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罗晓航, 许光宇, 安康

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0104

摘要(810)

摘要:
金刚石拉丝模以其超高的硬度被广泛应用于金属拉拔和绞线压紧等领域。金刚石涂层金属拉拔性能与微观组织密切相关。【目的】本研究通过前期大量尝试，筛选出900℃和950℃两个关键温度工艺，并开展了两种工艺对微观组织影响和失效机理差异的研究。【方法】基于模拟仿真方法分析拉丝模内温度分布，通过SEM、XRD、Raman光谱等对其进行组织结构分析。【结果】结果表明：沉积过程拉丝模内部温度梯度较小，对金刚石涂层沉积直接影响较小。高温可以促进碳活性基团进入压缩区和定径区形成纳米金刚石，较低的温度会减弱碳活性基团的扩散能力，在压缩区和定径区形成微米金刚石。纳米金刚石涂层性能好，但结合力较弱导致大块金刚石涂层脱落失效。微米金刚石膜硬度高，表面粗糙度控制较难，会导致花丝失效。【结论】基于此分析，本研究提出了一种在微米金刚石涂层原位沉积纳米金刚石涂层的方式，可以有效提高拉丝模使用寿命。

基于优化Halbach阵列的磁粒研磨管内表面试验研究

刘帅航, 郭龙文, 应骏, 肖春芳, 韩冰

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0092

摘要(785)

摘要:
针对磁粒研磨管件的磁感应强度低、磁性磨粒更新不足，导致内表面加工效率低的问题。应用NSGA-Ⅱ算法提出了一种在有限空间内提高磁感应强度与梯度双面Halbach阵列磁极结构，通过理论模型与仿真模型确定磁极高度与厚度为磁感应强度与梯度的敏感参数并以其为优化参数利用神经网络进行预测模型的拟合，应用非支配排序算法NSGA-Ⅱ对预测模型寻求Pareto最优解集，从而获得最优的排列组合，结合磁极的径向往复进给，以实现在提升研磨压力的同时，提高磨粒的翻滚更新，并进行磁性磨粒动力学仿真与试验的验证。通过试验验证，优化后的双面Halbach阵列磁极最大磁感应强度提高60％，磁场梯度提高-30mT/mm，磁粒研磨加工效率提高90％。双面Halbach阵列磁极加工时管件内磁粒刷团聚强度高、研磨压力大，磁性磨粒翻转更新频繁、使用寿命长，可以实现管件内表面高效率、高质量的抛光。

铜铝预合金粉末烧结行为研究

于奇

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0046

摘要(920)

摘要:
铜铝合金由于低密度、低成本、高导热和热膨胀系数可调等优势，而成为新型金刚石工具材料的潜力材料之一。本文利用铝易与铜生产大量金属间硬脆化合物，开发价格低、自锐性好的铜铝基预合金粉末，并分别对铜铝基预合金粉末，添加单质铜粉、铁粉后的烧结行为进行研究，结果表明研发的铜铝基预合金粉末烧结体硬度达到96HRB，三点抗弯强度达到320MPa，在铁粉和铜粉中添加铜铝预合金粉可显著提高烧结体的致密度和硬度，与单质铜粉发生固溶反应并在铁粉界面扩散形成反应层。采用铜铝预合金粉末替代相同比例的铜锡15合金粉，烧结体致密度下降，硬度降低，烧结过程中在胎体中形成内部裂纹和孔隙，导致胎体致密度下降，且内部大量的微裂纹降低了胎体的抗弯强度，胎体弱化作用明显。

考虑砂轮表面形貌变化的轴承表面Al₂O₃基绝缘涂层磨削表面粗糙度预测研究

徐钰淳

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0118

摘要(1008)

摘要:
为了提升轴承表面Al₂O₃基陶瓷绝缘涂层磨削表面粗糙度预测精度，建立符合实际加工过程的BP神经网络预测模型。提出了基于光谱共焦原理的砂轮表面测量及磨粒特征参数量化方法，同时建立了能够直接反映砂轮表面时变状态的以砂轮表面磨粒特征参数K，砂轮转速ω，工件进给速度υ，切削深度ρ以及法向磨削力F为输入参数的工件表面粗糙度神经网络预测模型，并通过已知磨削样本以及砂轮磨损后的4组未知测试样本对网络预测性能进行验证。对于已知样本，网络预测结果，BP网络预测粗糙度与实际粗糙度二者规律性及粗糙度结果较为一致，网络输出误差均小于±0.04μm，进一步利用网络针对磨削磨损后的砂轮对未知磨削测试样本进行预测，网络预测精度有所下降，误差百分比最大值不超过20%。可知建立的包含砂轮表面磨粒特征参数的神经网络，可以适应砂轮磨粒磨损这一时变状态下的轴承表面Al₂O₃基陶瓷绝缘涂层工件粗糙度预测工作，且网络对于未知样本具有一定的泛化能力。

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

吴成, 李军, 侯天逸, 于宁斌, 高秀娟

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0043

摘要(1546)

摘要:
氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点，是最具代表的第四代半导体材料，具有广阔的应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷，实现高质量表面加工难，无法满足相应器件的使用要求，且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体，探究抛光垫和抛光液对抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明：当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、磨粒浓度100%、抛光液添加剂为草酸时，固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min，表面粗糙度Sa值为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

超硬磨料砂轮自动化复合修整机床CAM系统开发

陈根余, 蓝圣增, 王彦懿, 欧阳征定, 周伟, 李明全, 李杰

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0061

摘要(1243)

摘要:
在超硬磨料砂轮修整领域，多工艺复合修整有明显优势，但是目前暂无砂轮复合修整自动化系统相关研究，为了使复合修整方法中多种工艺更系统的整合，提高成形砂轮的修整效率，本文结合自主研制的激光-机械复合修整装备，开发了一套CAM系统，该系统可根据不同砂轮截面形状，自动规划多工艺、多修整策略下的修整轨迹，计算平面三轴联动修整刀路，自动生成加工代码，同时设计了可视化界面仿真加工过程。对金刚石青铜结合剂砂轮进行修整试验，结果表明：该系统可以在保证机床不发生碰撞和过切的情况下，生成激光粗修、半精修，机械精修的加工程序，大幅提高复合修整方法的编程效率，修整后的砂轮轮廓误差在9.1 µm以内，圆跳动误差6.1 µm。

磁流变变间隙动压平坦化加工工艺及其机理研究

蔡志航, 阎秋生, 潘继生, 黄蓓, 曾自勤

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0004

摘要(1211)

摘要:
为了提高磁流变抛光的抛光效率实现光电晶片的高效高品质超光滑平坦化加工，提出一种磁流变变间隙动压平坦化加工工艺方法。本文研究了不同变间隙条件下蓝宝石晶片表面抛光材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化，深入分析了磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明，通过工件对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动，能产生抛光压力的动态变化以及磁流变液的挤压强化效应，抛光效率与抛光效果显著提升。磁流变变间隙动压平坦化加工120 min后蓝宝石晶片的表面粗糙度由Ra 7 nm下降为了Ra 0.306 nm、材料去除率5.519 nm/min，相较恒定间隙磁流变抛光，表面粗糙度降低49%、材料去除率提高55.1%；通过改变变间隙运动速度可以实现对流场特性的调控，选择合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高抛光效率和表面质量。

四氧化三铁特性对单晶SiC固相芬顿反应研磨丸片性能的影响

路家斌, 曹纪阳, 邓家云, 阎秋生, 胡达

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0008

摘要(1213)

摘要:
为提高单晶SiC研磨加工质量和加工效率，制备了固相芬顿反应研磨丸片，研究了固相催化剂Fe₃O₄粒径和浓度对研磨丸片物理性能(硬度、抗弯强度、气孔率)、催化性能及其对单晶SiC研磨加工性能的影响。结果表明，随着Fe₃O₄粒径的增大，丸片的硬度、抗弯强度、气孔率和催化性能都减小，材料去除率(MRR)从43.12 nm/min降低到36.82 nm/min，表面粗糙度(Ra)从1.06 nm增加到3.72 nm。随着Fe₃O₄浓度的增大，丸片的硬度和抗弯强度减小，气孔率和催化性能增强，虽然MRR有所降低，但表面粗糙度先降低后增加，MRR从40.14 nm/min下降到33.51 nm/min，表面粗糙度(Ra)分别为3.25 nm、1.75 nm和1.88 nm。在本实验中，当Fe₃O₄粒径为0.5 µm、浓度为29 wt.%时加工效果最好，MRR为43.13 nm/min，表面粗糙度达到Ra 1.06 nm。

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