金刚石与磨料磨具工程

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2017年超硬材料行业经济运行情况解析

李志宏, 孙兆达, 李利娟

2019, 39(1): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0001

摘要(307)

PDF 1004KB(16)

摘要:
以4个数据统计表和28个分析图为基础，解析了2017年中国及超硬行业主要经济指标的增长情况。详细分析了中国海关统计的行业商品进出口数据，以及了美国、欧盟及日本主要发达经济体进口行业商品的数据。通过数据可见行业2017年已走出低谷，但锯切钻进工具受房地产不景气影响而发展乏力；中国超硬材料类商品在世界上的优势地位，但砂轮和刀具类精加工工具与发达国家产品差距较大，发展空间广阔。

新型多组元超细铁基触媒在自锐金刚石合成中的应用

谭素玲, 孙双双, 乔翠娅, 孙继平, 李鹏旭

2019, 39(1): 9-17. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0002

摘要(377)

PDF 1030KB(15)

摘要:
采用水-气联合雾化工艺生产多组元铁基细粒度金刚石触媒，通过控制触媒氧化物杂质种类及含量来改善金刚石合成时其生长界面的金属包膜质量，进而提高金刚石的合成质量。通过调控合成工艺，为金刚石生长创造稳定的热力学及动力学条件，促进金刚石二维层状生长，提高金刚石的阶梯状微破碎自锐能力。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及扫描能谱分析(EDS)等手段分析用常规FeNi30触媒与新型触媒合成的金刚石的质量及结晶生长特点。结果表明：采用新型触媒合成的金刚石自锐性提高，用其制备的水泥锯片、绳锯的锋利度较以往同类型金刚石工具的锋利度提高15%以上，工具的连续工作平稳性也显著提高。

爆轰法合成纳米金刚石的分散技术研究进展

苗卫朋, 丁玉龙, 翟黎鹏, 包华

2019, 39(1): 18-22. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0003

摘要(511)

PDF 881KB(48)

摘要:
纳米金刚石兼具金刚石的优异特性和纳米材料的小尺寸效应，是一种重要的新型纳米粉体材料，但是纳米粉体本身的团聚问题限制其更广泛的应用。为改善此问题，科研人员利用物理分散、化学处理等技术进行了大量的探索与研究。本文概述了近年来国内外对改善爆轰法合成纳米金刚石的团聚问题所提出的技术和方法，归纳主要研究思路，为进一步研究纳米金刚石分散技术及应用提供参考。

人造金刚石表面化学镀球状镍钴磷合金的研究

陈一岩, 智红梅, 李明

2019, 39(1): 23-26. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0004

摘要(407)

PDF 875KB(16)

摘要:
采用化学镀的方法在金刚石的表面镀覆镍钴磷合金，从而增强其与基体结合的能力，并使用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究不同沉积工艺对镀层性能的影响。结果表明：最佳配方为加入11.8 g/L的氯化钴，8.7 g/L的硫酸镍，18 g/L的次亚磷酸钠，50 g/L的柠檬酸钠，60 g/L的硫酸铵和0.1 g/L添加剂，在76 ℃条件下，用浓氨水调节镀液pH值至9.0，连续施镀2 h，在此配方和工艺下，可得到结合紧密的球状突起镀层；不低于400 ℃的热处理可使镀层中析出更多的稳定相Ni、Ni₃P、CoP和Co₂P。

不同润湿剂对陶瓷结合剂CBN砂轮成型料性能的影响

李鹤南, 王志起, 刘宾, 孙鹏辉, 王朝富, 席耀辉

2019, 39(1): 27-30. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0005

摘要(475)

PDF 865KB(34)

摘要:
润湿剂直接影响陶瓷结合剂CBN砂轮成型料的可成型性，进而影响砂轮组织的均匀性。实验以糊精液作对比，探讨聚乙烯醇缩丁醛(PVB)乙醇溶液、聚丙烯酰胺(PAM)水溶液、聚乙二醇(PEG-6000)水溶液、异丁烯-马来酸酐共聚物(ISOBAM-110)水溶液4种新型润湿剂对陶瓷结合剂CBN砂轮成型料混合均匀性、松装密度、湿坯强度和组织均匀性的影响。结果表明：ISOBAM-110水溶液和PAM水溶液所混成型料均匀一致，各项性能较糊精液均有明显改善，二者松装密度较糊精液的分别提升46.59%和51.14%，湿坯强度分别提升17.71%和35.08%，砂轮不均匀率分别降低23.75%和8.75%。

铬-陶瓷复合结合剂的机械合金化制备工艺及性能研究

余诺婷, 郭林硕, 鲍飞翔, 刘春阳, 赵玉成, 姜维师, 韩金灿, 王明智, 邹芹

2019, 39(1): 31-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0006

摘要(403)

PDF 897KB(13)

摘要:
以金属铬粉和陶瓷结合剂粉体为初始原料，按照不同比例配混，采用机械合金化(MA)工艺对其进行处理。工艺参数为：球料比R=20∶1，转速n=350 r/min，球磨时间t=12 h；添加适量的无水乙醇为过程控制剂。将获得的复合粉体在660～740 ℃进行无压烧结，用SiC埋烧。采用三点弯曲法测试烧结后试样的抗弯强度，利用X射线衍射仪(XRD)测试试样的物相构成，用扫描电子显微镜(SEM)观察试样断口的微观形貌，采用阿基米德原理测试试样的密度和显气孔率。实验结果表明：利用MA处理工艺，可以获得金属相与陶瓷相均匀分布的复合结合剂；当金属铬粉的质量分数为30%，烧结工艺为700 ℃/30 min时，所得试样的抗弯强度达到最大值，为187 MPa。金属铬粉通过其颗粒表层的CrO与陶瓷形成良好的界面结合，从而提高复合结合剂的抗弯强度。

氟化钙对单晶硅片磨削用树脂结合剂金刚石砂轮磨削性能的影响

丁玉龙, 惠珍, 熊华军, 赵延军, 包华

2019, 39(1): 36-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0007

摘要(571)

PDF 913KB(20)

摘要:
在单晶硅片磨削用树脂结合剂金刚石砂轮中分别添加不同体积分数的固体润滑剂氟化钙(CaF₂)，评估其对砂轮表面结构、砂轮磨损量、磨床主轴电流的影响，并测量和计算单晶硅片的表面粗糙度和表面损伤层厚度。结果显示：随CaF₂用量增加，磨床主轴电流、砂轮磨损量、单晶硅片的表面粗糙度值和表面损伤层厚度均下降；当CaF₂体积分数为25%时，主轴电流降至约6.4 A，砂轮磨损量降到每片0.448 6 μm，单晶硅片的表面粗糙度R_a、R_y和R_z分别为0.056 μm、0.382 μm和0.396 μm，表面损伤层厚0.559 6 μm。加入CaF₂固体润滑剂可有效改善树脂金刚石砂轮的性能，提高单晶硅片表面的加工质量，且CaF₂体积分数为25%时效果最佳。

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

黄俊阳, 李军, 王健杰, 张羽驰, 朱永伟, 左敦稳

2019, 39(1): 41-46. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0008

摘要(376)

PDF 896KB(13)

摘要:
为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率，提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合，采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明：振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min，振动频率40 kHz，抛光液pH值9，转速比0.95；在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min，表面粗糙度S_a值为1.92 nm；与无振动辅助的固结磨料抛光相比，材料去除率提高了57%，表面粗糙度降低了35%。研究表明：振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触，在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。

用磨粒叶序排布砂轮磨削外圆生成的凹坑表面仿真

车东泽, 吕玉山, 陈天宇, 熊伟, 李兴山

2019, 39(1): 47-53. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0009

摘要(416)

PDF 971KB(14)

摘要:
结构化凹坑表面能够有效降低零件表面的流体拖曳摩擦阻力，从而改善零件在流体中的运动性能。从生物学的叶序排布理论出发，设计了磨粒叶序排布的超硬材料砂轮，并应用该砂轮磨削外圆生成结构化的凹坑表面。利用Matlab软件对磨粒叶序排布砂轮的磨削过程进行运动学仿真，获得了磨粒叶序排布参数及磨削参数对磨削区域内结构化凹坑表面形貌的影响规律。仿真及实验结果表明:转速比影响凹坑的周向排布和凹坑尺寸，转速比越高，凹坑周向排布越密集，凹坑尺寸越小；叶序系数影响凹坑的轴向排布，叶序系数越小，凹坑轴向排布越密集；磨削深度影响凹坑尺寸，磨削深度越深，凹坑宽度和深度越大，毛刺隆起高度越高，约为磨削深度的一半。

光学玻璃的高效精密划切工艺研究

尹韶辉, 曹俊明, 龚胜, 梁振廷, 胡天, 陈逢军, 黄帅

2019, 39(1): 54-59. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0010

摘要(453)

PDF 923KB(24)

摘要:
利用自主研发的FAD1210高精高效划片机，通过单因素试验法研究了装夹紧固方式、划片刀种类、切割水流量对K9光学玻璃划切性能的影响，且检测其崩边宽度及表面粗糙度来评价划切效果。结果表明：玻璃基板的紧固方式效果较好，UV膜次之，高温硅胶带较差；树脂结合剂划片刀划切玻璃的效果较理想，其崩边宽度较小、表面粗糙度较好，金属刀次之，电镀刀效果较差；切割水流量增大，玻璃崩边宽度和表面粗糙度逐渐减小，当切割水流量大于4.5 L/min时，划切效果趋于稳定。在玻璃基板紧固方式、树脂划片刀和切割水流量4.5 L/min的优化参数下划切K9光学玻璃，划切效果最佳，崩边宽度为5.8 μm，表面粗糙度R_a为10.5 nm。

熔融石英玻璃衬底的平面研磨加工实验研究

阎秋生, 李基松, 潘继生

2019, 39(1): 60-65. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0011

摘要(515)

PDF 921KB(16)

摘要:
熔融石英玻璃衬底的研磨加工是其超光滑抛光加工的基础工序。采用游离磨料对熔融石英玻璃进行单面粗研和精研加工，研究磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量和研磨时间对石英玻璃表面质量和材料去除率的影响。结果表明：粗研过程中，随着磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量的增大，工件材料去除率先增大后减小；随着加工时间的延长，表面粗糙度R_a逐渐达到稳定水平。在磨料质量分数4%、研磨液流量20 mL/min、研磨盘转速60 r/min、加工30 min时，熔融石英玻璃衬底的表面粗糙度R_a达 0.11 μm。在熔融石英玻璃衬底的精研过程中，选用平均粒径3 μm的CeO₂加工50 min后的表面粗糙度R_a最低，为4.11 nm。

碳纤维复合材料的磨削热分配比仿真研究

范宝朋, 陈燕, 陈斌斌, 梁宇红, 孙亮

2019, 39(1): 66-71. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0012

摘要(436)

PDF 925KB(12)

摘要:
碳纤维增强树脂基复合材料是一种比模量高、比强度高、比刚度高的复合材料，在航空航天领域具有较大的应用前景。磨削由碳纤维和树脂组成的碳纤维增强树脂复合材料时，当磨削温度超过树脂的玻璃化转变温度就会产生树脂烧毁等缺陷。为了研究此问题，利用碳纤维复合材料-康铜丝半人工热电偶在线测量磨削过程中的温度，通过试验与仿真相结合的方法计算出传入工件的热分配比为2.0%～3.5%。

树脂硬度对金刚石切割线切割性能的影响

高伟, 李军, 马伯江, 王东雪

2019, 39(1): 72-75. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0013

摘要(409)

PDF 889KB(29)

摘要:
研究不同树脂结合剂对金刚石切割线切割性能的影响。分别采用纯酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、芳烷基改性酚醛树脂制备树脂固化硬度试样，并检测试样的肖氏硬度。用扫描电镜观察树脂固化后的试样断裂表面，发现不同树脂固化后的致密程度不同。分别制作金刚石切割线进行单晶硅切割实验。实验结果表明：采用固化硬度高、固化后致密性好的纯酚醛树脂制作的切割线在切割时的线弓最小，加切时间较短，金刚石颗粒不易脱落，切割能力强。

悬浮上砂金刚石线锯的锯切性能试验分析

郑楚夕, 马晓宾, 谢乾, 毕文波, 葛培琪, 龚洋, 柳廷全

2019, 39(1): 76-79. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0014

摘要(529)

PDF 854KB(19)

摘要:
采用不同上砂位置的悬浮上砂电镀金刚石线锯对单晶硅进行锯切试验，记录锯切时间，计算锯切效率，对比不同上砂位置锯丝的锯切性能。用扫描电镜对锯丝上砂及磨损情况进行观测，用表面粗糙度仪对硅片表面粗糙度进行测量。试验结果表明：不同上砂位置的锯丝的磨粒密度相差较大，上砂位置靠近上砂槽体中心的锯丝磨粒密度最大；磨粒密度较大的锯丝的锯切效率较高。磨粒密度为585 颗/mm的锯丝锯切效率为4.949 mm²/min，比磨粒密度为446 颗/mm的锯丝锯切效率(2.158 mm²/min)提高了138%；用磨粒密度不同的锯丝加工出的硅片表面质量差别不大；锯丝的磨损及损伤形式主要是磨粒的磨损、磨粒的脱落及锯丝镀层的磨损与损伤。

硬质合金粉末表面电泳沉积制备金刚石涂层

万志坚, 黄传真

2019, 39(1): 80-83. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0015

摘要(315)

PDF 867KB(11)

摘要:
采用电泳沉积法在硬质合金粉末表面涂覆金刚石涂层，分析硬质合金含量和MgCl₂·6H₂O含量对涂层沉积效果的影响，并对制备的涂层粉末进行性能表征。结果表明：电泳沉积法可实现硬质合金粉末表面涂覆金刚石涂层；硬质合金粉末为28.0 g，金刚石粉末为4.0 g，MgCl₂·6H₂O为1.0 g时，制备的金刚石涂层均匀且致密度好。

孕镶金刚石钻头破碎花岗岩岩屑粒径分布研究

赵小军, 康鑫, 潘飞飞, 潘秉锁, 段隆臣

2019, 39(1): 84-88. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0016

摘要(869)

PDF 858KB(24)

摘要:
收集微钻实验过程中孕镶金刚石钻头破碎花岗岩所产生的岩屑，分析其粒径分布，定量研究金刚石参数、钻进参数对岩屑粒径分布的影响。结果表明：岩屑粒径在一定范围内呈单峰值分布，粒径尺寸集中分布在40～100 μm，粒径分布基本符合对数正态分布规律；金刚石粒度、浓度，钻压和转速对岩屑的粒径分布有较大的影响。

网格属性对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响

徐捷, 邓奕, 张靖

2019, 39(1): 89-94. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0017

摘要(312)

PDF 905KB(12)

摘要:
为了探索单元类型以及网格划分方式对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响，利用Abaqus软件和AdvantEdge软件对薄三维模型以及薄壁圆筒模型的车削过程进行了对比分析，同时以主切削力和切屑形态为指标对切削仿真质量进行了评价。结果表明：在保证薄三维切削仿真精度的前提下，六面体网格可以极大地节省计算时间，更好地反映切削过程中的切屑形态和已加工表面质量等物理量的变化；航空薄壁圆筒车削仿真中采用扫略网格画法可以在一定程度上提高计算效率和工件表面质量。

基于有限元/离散元耦合的大理石高速划擦过程仿真

刘舒颖, 王福增, 郭子宇, 尹方辰

2019, 39(1): 95-100. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.1.0018

摘要(425)

PDF 931KB(18)

摘要:
针对大理石的磨粒加工过程，借助有限元/离散元耦合方法建立了单颗磨粒的高速划擦仿真模型，并通过在实体单元中插入零厚度内聚力单元，控制内聚力单元的失效来实现大理石加工过程中裂纹的萌生及扩展过程。基于所建立的单颗磨粒划擦模型，对比了划擦深度和划擦速度对大理石去除过程的影响。结果表明：大理石划擦过程中划擦力和加工表面损伤层厚度随划擦速度和划擦深度的增加而显著增大，且划擦力与损伤层厚度存在正相关性。

高结晶度六方氮化硼的制备及表征