金刚石与磨料磨具工程

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王志伟, 邹芹, 李艳国, 王明智

2019, 39(4): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0001

摘要(523)

PDF 1223KB(22)

摘要:
在金刚石中掺入杂质元素会在保留其原有优良性能的基础上获得其他性能，如掺入硼元素可以使金刚石成为P型半导体；协同掺杂其他元素可以改善金刚石的电学性能、催化活性等，甚至可以改变硼掺杂金刚石薄膜的导电机制。本文详细介绍了硼及其协同掺杂金刚石薄膜的制备方法、结构特点以及微观形貌，综述了影响其性能的因素及改性方法。

超高烧结压力对低含量、细粒度PCBN使用性能的影响

穆龙阁, 高会强, 王永峰, 王志起, 李鹤南, 雷来贵, 吴武山, 许本超

2019, 39(4): 9-13. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0002

摘要(287)

PDF 2036KB(10)

摘要:
烧结压力是影响PCBN质量的关键因素，工业生产的压力通常小于6 GPa。通过设计特殊压机配件，优化组装结构，并采用高精度控温控压系统，在大于6 GPa条件下烧结低含量、细粒度PCBN。通过分析测试PCBN体积磨耗比、CBN层平整度和内部缺陷微观结构，并将成品刀具和元素六DCC500、住友电工BNX20进行对比车削试验，研究超高烧结压力对低含量、细粒度PCBN性能的影响。结果表明：超高烧结压力能够提高PCBN的耐磨性、平整度，促进CBN层和硬质合金层的扩散烧结。

电化学方法制备金刚石工具的胎体材料性能研究

王星星, 李帅, 龙伟民, 纠永涛, 钟素娟, 贾连辉, 杜全斌, 上官林建, 黄莹华

2019, 39(4): 14-21. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0003

摘要(345)

PDF 919KB(16)

摘要:
金刚石工具因其超强的加工能力，在石材、地质、陶瓷、机械、电子领域被广泛应用，研究电镀用胎体材料性能对提高金刚石工具的使用寿命和加工效率具有重要意义。本文从胎体材料合金化、复合化和细晶化3个方面对近20年来有关电镀金刚石工具胎体性能改进方面的报道进行了综述，提出了目前胎体材料性能改进方面存在的问题，并对其今后研究的重点提出了展望和建议。

Effects of CBN content on characteristics of PCBN composites in turning GCr15 hardened steels

GUO Jiahui, YAO Feng, ZHAO Long, LI Binhua, FENG Fei, XIE Hui, FANG Haijiang, ZHANG Yingjiu

2019, 39(4): 22-29. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0004

摘要(275)

PDF 1584KB(9)

摘要:
Well-sintered polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) composites with different contents of cubic boron nitride (CBN) were obtained using Al and TiN as additives under pressure of 5.5 GPa and temperature of 1450 ℃. The network structure of CBN grains and bonding materials was observed using scanning electron microscope (SEM). With the help of X-ray diffraction (XRD) analysis, TiB₂ and AlN could be determined as main products and Al₃Ti also was detected in the Al-rich samples after sintering process. Furthermore, it was shown that Vickers hardness of composites was improved with the increase of CBN contents. However, the lifetime of PCBN composites was in negative correlation with the amount of CBN in turning GCr15 hardened steels, and the surface roughness of workpieces machined by these PCBN composites also showed the same trend. A series of cutting data confirmed that the low CBN content in PCBN composites could enhance the working durability and improve the surface quality in turning hardened steels. The present experiments also indicated that the lowest value of flank wear was not constant for different PCBN composites when they were used to machine several workpieces with different hardness.

基于Deform的大长径比PCD微铣刀结构设计及参数优化

王琛, 郝秀清, 刘凌辉, 陈梦月, 何宁

2019, 39(4): 30-36. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0005

摘要(348)

PDF 2254KB(16)

摘要:
微细铣削技术是最适合加工高深宽比微结构的微细加工技术之一，而微铣刀制约着微细铣削技术的发展。针对高深宽比微结构的微细铣削加工，设计一种大长径比PCD直刃微铣刀，通过Deform有限元仿真研究不同微铣刀结构参数对铣削力和毛刺高度的影响规律。进一步地，采用多目标曲面响应分析方法对侧刃后角、底刃后角和底刃倾角3个因素进行试验设计，得到优化后的微铣刀结构参数为侧刃后角30°，底刃后角15°和底刃倾角7°。

PCD木工刀具电火花加工工艺参数优化

邓福铭, 王涵, 刘嘉霖, 张子俊, 杨雪峰, 闫晓, 卢学军

2019, 39(4): 37-43. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0006

摘要(296)

PDF 1139KB(10)

摘要:
考察脉宽t_ON、峰值电流I_IP、脉冲间隙调整MA、脉冲间隙t_OFF对PDC加工精度和加工效率的影响。通过正交试验确定其最佳电加工工艺参数为：t_ON2 μs、I_IP10 A、MA1倍和t_OFF4 μs，其加工时间为458 s；加工后YG层的表面粗糙度R_a1为1.04 μm，PCD层的表面粗糙度R_a2为0.59 μm。在此基础上，通过单因素试验和分割试验进一步考察PIKADEN高压脉冲控制PP和高压辅助电源HP对电加工精度和效率的影响。结果发现：当PP设定为11、HP设定为013，即追加1.5 A高压辅助电流时，PDC的最佳电加工工艺参数为：t_ON4 μs、I_IP10 A、MA1倍和t_OFF4 μs，其加工时间最短，为130 s；加工精度较高，加工后YG层的R_a1为1.30 μm、PCD层的R_a2为0.56 μm。与正交试验确立的最佳工艺参数相比，其加工精度相差不大，但加工效率提高了3.5倍。

PCBN微型铣刀的制备及应用

臧文海

2019, 39(4): 44-47. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0007

摘要(334)

PDF 1221KB(10)

摘要:
聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具具有高硬度、高耐磨性、较好的导热性、较低的摩擦系数，同时又具有优良的化学稳定性、热稳定性及加工红硬性，可以以铣磨方式高效加工高硬度、高强度、耐腐蚀性钢材并获得高表面加工质量。在分析PCBN微型铣刀的设计特点与加工难点基础上，成功制备了颈部缩颈3 mm，直径0.2 、0.4 、0.6 以及1.0 mm的PCBN微型球头双螺旋刃铣刀，并使用直径0.4 mm的微型铣刀进行铣削实验。结果表明：制备的PCBN微型铣刀可以高质量、高效率地加工硬度50 HRC的模具钢模具，模具的表面粗糙度R_a值可达0.101 μm，且无阴阳面，满足其表面最终加工要求。

金刚石磨具磨粒出刃高度的测试与调控研究进展

栗正新, 余威, 王丽晶

2019, 39(4): 48-55. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0008

摘要(412)

PDF 920KB(48)

摘要:
金刚石磨具具有磨削效率高、使用寿命长、加工工件精度高等优点，广泛应用于航空航天、模具制造、电子器件、光学材料、医疗器件、石材加工等领域。磨具中起磨削作用的是出露的磨粒，磨粒突出结合剂表面的高度称之为出刃高度，磨具只有具备适宜的出刃高度时才能发挥最佳的磨削性能。因此，出刃高度的检测与调控技术对高性能磨具的制备至关重要。本文综述了金刚石磨具出刃高度的评价参数、检测方法及调控技术，分析了该研究领域中存在的问题，最后指明了未来研究的方向。

基于Simulink仿真的凸轮轴高速磨削稳定性判定

罗德龙, 邓朝晖, 刘涛, 佘帅龙, 罗程耀, 彭克立

2019, 39(4): 56-61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0009

摘要(367)

PDF 1416KB(10)

摘要:
以凸轮轴高速磨削工艺系统稳定性为研究对象，建立磨削系统的凸轮轴-砂轮-支撑系统动力学模型。通过理论分析与数值计算来辨识磨削力的动态影响因素——凸轮轮廓曲率半径和瞬时磨削深度。基于所建立的磨削动力学模型搭建Matlab/Simulink颤振仿真模型，并从稳定性叶瓣图中选取相应的磨削工艺参数组合进行数值仿真分析，将仿真振动位移时域图所得的稳定性结论与稳定性叶瓣图的磨削稳定区域进行比较，验证了建立的磨削动力学模型和数值仿真方法的有效性。

造孔剂含量对树脂结合剂硅片减薄砂轮磨削性能的影响

惠珍, 赵延军, 张高亮, 赵炯, 丁玉龙, 叶腾飞, 孙冠男, 熊华军

2019, 39(4): 62-65. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0010

摘要(433)

PDF 1665KB(41)

摘要:
为改善硅片背面减薄效果，在树脂结合剂硅片减薄砂轮里添加造孔剂。通过体积密度测试、扫描电镜观察和磨削实验，研究造孔剂含量对树脂结合剂砂轮结构和磨削性能的影响。结果表明：随着造孔剂体积分数增加、投料比降低，砂轮内部孔隙率增大；且磨削实验证明造孔剂可以提高硅片的表面质量。当造孔剂添加体积分数在10%、体积密度投料比控制在75%时，树脂结合剂硅片减薄砂轮在磨削过程中具有较好的综合磨削性能，磨削出来的硅片表面粗糙度R_a、R_z、R_y值波动范围小，与其他条件下的砂轮磨削的硅片相比，表面一致性好。

金刚石砂轮磨削贴膜硅片崩边的研究

张倩, 董志刚, 刘海军, 王紫光, 康仁科, 闫宁, 朱祥龙

2019, 39(4): 66-69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0011

摘要(391)

PDF 2151KB(19)

摘要:
用树脂结合剂金刚石砂轮将贴膜厚度为80 μm和160 μm的单晶硅片减薄到400 μm，通过测量硅片边缘的崩边尺寸评价贴膜对硅片加工质量的影响。试验结果表明：硅片贴膜能有效降低硅片碎片率；当硅片未贴膜时，硅片的平均崩边尺寸为3.08 μm，当硅片贴膜厚度为80 μm和160 μm时，硅片的平均崩边尺寸为4.61 μm和3.60 μm；即硅片贴膜磨削对硅片崩边有恶化作用，但该影响较小，用厚膜时恶化程度可控制在20%以内。且用23 μm金刚石砂轮减薄磨削贴膜硅片时，硅片<110>晶向和<100>晶向的崩边尺寸无明显差异。

成型助剂添加方式对陶瓷CBN内圆磨砂轮性能的影响

王志起, 杨威, 李鹤南, 穆龙阁, 刘宾, 席耀辉

2019, 39(4): 70-74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0012

摘要(319)

PDF 1640KB(14)

摘要:
以自制的低温高分子成型助剂为基础，研究未添加、颗粒添加、熔融添加3种不同方式对陶瓷CBN试条抗折强度、砂轮成型料均匀性、砂轮组织均匀性及其显微结构和磨削性能的影响。结果表明：熔融添加高分子成型助剂时，冷却后其能够在CBN砂轮成型料表面形成均匀包裹，成型料的松散性和均匀性均有明显改善；当以颗粒和熔融方式添加成型助剂时，制备的陶瓷CBN试条抗折强度极差值比未添加助剂试条的分别降低了34.02%和73.77%，陶瓷CBN内圆磨砂轮密度极差率较未添加的砂轮降低了56.83%和79.14%，且砂轮组织结构更均匀；当熔融添加成型助剂时，制备的陶瓷CBN内圆磨砂轮磨削叶片泵定子时未出现喇叭口，寿命是未添加高分子成型助剂砂轮的2倍。

六方氮化硼含量对铁基金刚石磨具性能的影响

韩志静, 徐三魁, 韩平, 邹文俊

2019, 39(4): 75-79. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0013

摘要(364)

PDF 1100KB(11)

摘要:
通过真空烧结法制备含六方氮化硼(hBN)的铁基金刚石磨具试验条，研究hBN含量对样条的硬度、抗弯强度、抗冲击强度和磨耗比的影响规律，并用电镜分析其磨削面形貌，判断其磨削面烧伤情况。结果显示:添加hBN使磨具样品的密度、硬度、抗弯强度和抗冲击强度下降，分别由不添加hBN时的6.57 g/cm³、85.5 HRB、253 MPa、113.0 J/mm²依次下降到添加hBN体积分数为11%时的5.31 g/cm³、44.5 HRB、103 MPa、99.5 J/mm²，分别下降了19.2%、48.0%、59.3%、11.9%；且在相同的磨削条件下添加hBN能有效降低磨具的摩擦系数，提高磨具中金刚石的出刃率，进而大幅度降低磨削过程中磨具的烧伤，当hBN添加量体积分数为11%时其烧伤最小，且磨具的磨削效果最佳。

聚酰胺1212在印刷电路板刀具磨削用金刚石砂轮中的应用

张高亮, 史林峰, 赵延军, 钱灌文, 王礼华, 左冬华, 朱建辉

2019, 39(4): 80-84. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0014

摘要(326)

PDF 1543KB(12)

摘要:
选用微米级聚酰胺1212(PA1212)对聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮进行改性。通过磨削测试，对改性前后树脂砂轮的耐用度、寿命以及磨削PCB加工用刀具的表面质量等进行了研究。结果表明：PCB刀具磨削用金刚石砂轮经过PA1212改性，耐用度提升59.5%，寿命提升71.2%；使用该砂轮加工的刀具刃口崩口概率降低，表面纹路更加均匀。

超声辅助磨削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料

康仁科, 赵凡, 鲍岩, 朱祥龙, 董志刚

2019, 39(4): 85-91. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0015

摘要(926)

PDF 1993KB(76)

摘要:
针对碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、刀具磨损严重等问题，开展金刚石砂轮端面超声辅助磨削SiC_f/SiC复合材料试验，对比研究超声辅助磨削和普通磨削SiC_f/SiC过程中的磨削力、表面形貌及表面粗糙度，并分析其材料去除机理。结果表明：超声辅助磨削可有效降低磨削力；超声作用能促使SiC纤维断裂，形成较短纤维而被去除，减少了纤维的折断和剥落，提高了其表面加工质量；在纵向振动端面磨削条件下，超声振幅在一定范围内有助于改善其表面加工质量，振幅过大则会导致表面冲击作用过强而使其表面质量降低。

电沉积超薄金刚石切割刀片背面结瘤缺陷的形成机理

祝小威, 邵俊永, 王永宝, 王战, 刘建双, 李媛媛

2019, 39(4): 92-96. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0016

摘要(312)

PDF 1689KB(18)

摘要:
用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和能谱仪(EDS)对切割刀片背面结瘤的形貌、电沉积前铝合金基体处理过程中的表面形貌及成分演变等进行观察和分析，得出刀片背面结瘤缺陷的形成机理。结果表明：铝合金基体前处理过程中，其表面析出物周围的铝合金逐渐溶解，析出物脱落，2次浸锌后的铝基体表面留下0～6 μm的孔洞；镍-金刚石复合电沉积过程中的镍在孔洞处沉积，去除部分铝合金基体后，在刀片背面形成0～6 μm的凸起，即镍瘤。

脆性材料用固结金刚石线锯切割技术研究进展

高航, 孔维邈

2019, 39(4): 97-102. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0017

摘要(495)

PDF 1194KB(35)

摘要:
脆性材料在光学元器件行业、半导体行业、光伏产业，石材行业等领域有着重要的应用。通过分析脆性材料常用切割方式、固结金刚石线锯切割原理、固结金刚石线锯制造工艺及固结金刚石线锯机床加工方式等，研究不同加工方式对脆性材料切割质量的影响。结果发现：单向循环式金刚石线锯机床能超长时间高速切割，且线锯线速度稳定，可实现硬脆材料的精密超精密切割，是未来发展的主流；而环形金刚石线锯是单向循环式金刚石线锯机床的重要组成部分，其加工制造工艺是未来发展的难点。

用金刚石磨头数控加工轴对称非球面光学玻璃透镜

曾凯, 陈宏堃, 沈剑云, 吴贤, 鲁浪

2019, 39(4): 103-109. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0018

摘要(308)

PDF 1347KB(19)

摘要:
为了提高轴对称非球面透镜的形状精度，降低其精加工成本，用金刚石小磨头在不同的加工参数和数控走刀轨迹条件下对K9光学玻璃透镜进行铣磨实验加工。透镜的轮廓精度用三坐标测量机测量，通过测量的数据点计算非球面透镜的法向轮廓度误差，并用数控加工时磨头的有效切削半径进行补偿。实验结果表明：当数控走刀轨迹为平行精加工和等高精加工时，加工后非球面透镜的面型精度最大轮廓度偏差PV和误差平均值RMS分别为54.48 μm和22.88 μm、98.46 μm和28.88 μm；通过优化金刚石磨头的有效切削半径可以提高非球面透镜加工的面型精度，平行精加工后优化的非球面透镜面型精度PV和RMS值分别为44.52 μm和7.37 μm。