金刚石与磨料磨具工程

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钛合金切削磨削加工技术研究进展

徐九华

2020, 40(5): 1-4.

摘要(516)

PDF 784KB(57)

摘要:

不同CBN砂轮高速加工PTMCs的磨削性能对比

李征, 刘莹, 丁文锋

2020, 40(5): 5-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0001

摘要(480)

PDF 2035KB(17)

摘要:
为分析CBN砂轮高速磨削颗粒增强钛基复合材料(particulate reinforced titanium matrix composites，PTMCs)的磨削性能，采用3种CBN砂轮开展PTMCs的高速磨削试验，对比研究其磨削力、温度、表面粗糙度及表面形貌。结果表明：相对陶瓷砂轮，钎焊砂轮的法向磨削力减小16.2%～40.4%、切向力减小25.2%～44.4%，磨削温度降低了26.0%～74.3%；相对电镀砂轮，钎焊砂轮的法向磨削力减小7.1%～31.1%、切向力减小23.3%～31.1%，磨削温度降低了14.5%～58.9%；钎焊砂轮在加工中表现出了最低的磨削力和温度，获得了最低的表面粗糙度和最好的表面质量，表面粗糙度可以达到0.60～0.77 μm。因此，在高速磨削PTMCs时，钎焊砂轮更具优势。

PCD刀具车削钛基复合材料的刀具磨损研究

濮建飞, 宦海祥, 徐九华, 苏宏华, 霍福松

2020, 40(5): 11-16. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0002

摘要(362)

PDF 2743KB(24)

摘要:
采用PCD刀具在不同切削速度下对增强相钛基复合材料进行切削，研究高速切削时的刀具磨损情况。结果表明：增强相体积分数对PCD刀具耐用度有显著影响，体积分数越高，刀具磨损越严重，刀具耐用度越低；增强相种类对刀具的耐用度也有明显影响，增强相TiB_w对刀具耐用度的影响要大于增强相TiC_p的。PCD刀具在切削不同钛基复合材料时的刀具磨损形态相似，主要为前刀面和后刀面的磨损，且伴有崩刃及微裂纹现象发生；其主要磨损机理是磨粒磨损以及黏结磨损，且增强相的体积分数越高，刀具黏结磨损越显著。

TiAl合金低压涡轮叶片榫头磨削温度场研究

奚欣欣, 陈涛, 丁文锋

2020, 40(5): 17-22. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0003

摘要(395)

PDF 1620KB(12)

摘要:
TiAl合金低压涡轮叶片榫头磨削过程中温度分布较为复杂，因此采用有限元法模拟温度分布特征。介绍几何模型建立、传入工件的热量比例的确定以及热源的选择和加载等重要细节。最高磨削温度的仿真和试验结果差异约为15%，验证了模型的合理性。仿真结果表明：开始磨削后，工件表面的温度逐渐升高直至稳定。磨削过程的最高温度出现在齿顶圆弧处，比齿根处的最高温度高约30%～40%，原因是型面各处热传导条件存在差异。磨削温度随磨削速度、工件进给速度升高和切深增大而逐渐升高。

冷风微量润滑纳米粒子体积分数对钛合金磨削性能的影响

王晓铭, 张建超, 王绪平, 张彦彬, 刘波, 罗亮, 赵伟, 张乃庆, 聂晓霖, 李长河

2020, 40(5): 23-29. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.05.0004

摘要(414)

PDF 1402KB(25)

摘要:
采用两步法制备6种不同体积分数的氧化铝纳米流体，对Ti-6Al-4V钛合金进行磨削加工试验。结果表明：磨削区最高温度由氧化铝体积分数为0.5%时的193.6 ℃逐渐降低至1.5%时的最小值183.5 ℃，而当氧化铝体积分数进一步增大时，温度逐渐提升至3.0%时的196.3 ℃；体积分数由0.5%增加至2.5%，比磨削能由74.8 J/mm³下降至最小值64.73 J/mm³；而当体积分数继续增加至3.0%时，比磨削能上升至69.33 J/mm³。黏度随氧化铝纳米粒子的增加而增加，并在体积分数为3.0%时达到235.8 mPa·s。接触角随体积分数的增加先下降，并在体积分数为2.5%时达到最低值45.85°。纳米粒子在基础油中的分散性改变了纳米流体的抗磨减摩与换热性能，进一步影响了磨削性能。

颗粒增强钛基复合材料车削试验研究

霍福松, 宦海祥, 徐九华, 苏宏华, 濮建飞

2020, 40(5): 30-34. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0005

摘要(338)

PDF 1294KB(13)

摘要:
为研究切削参数对颗粒增强钛基复合材料已加工表面粗糙度的影响规律，通过对切削力和切削温度开展试验研究，探究钛基复合材料的切削加工性。结果表明：在车削钛基复合材料时，随切削速度提高，切削力先增大后减小；切削温度随切削速度的升高而升高，且在较高速度范围内温度升高放缓；切削力随着颗粒含量的升高明显增大，但切削温度有所降低；切削参数在v=80～100 m/min，a_p=0.30～0.60 mm，f=0.06～0.10 mm/r范围内，已加工表面粗糙度R_a可在0.5 μm以下。

聚晶金刚石微细球头铣刀刃磨工艺参数优化

杜宇超, 梁志强, 陈建军, 李玉, 马丹, 曹宇轩, 李世迪, 王西彬

2020, 40(5): 35-41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0006

摘要(332)

PDF 1561KB(14)

摘要:
针对直径为0.5 mm的聚晶金刚石(PCD)微细球头铣刀刃磨质量控制问题，基于六轴数控刀具磨床几何运动原理，建立PCD微细球头铣刀的砂轮刃磨运动数学模型，开展PCD刀具精密刃磨正交试验，研究刃磨工艺参数对主轴负载率、刀具前刀面表面粗糙度、刀具刃口钝圆半径的影响规律。结果表明：磨削速度对主轴负载率以及刀具前刀面表面粗糙度的影响最为显著，提高磨削速度有利于获得较好的刀面质量；磨削深度对刃口钝圆半径的影响最为显著，减小磨削深度有利于获得锋利的刃口形状。通过合理选择刃磨工艺，PCD微细铣刀直径误差小于4.0 μm，刀具钝圆半径为4.5 μm，刀具角度误差小于1°，无明显刃磨损伤缺陷。

CVD单晶金刚石[NV]和[SiV]缺陷的抑制与消除

吴晓磊, 徐帅, 赵延军, 吴啸, 常豪锋, 郭兴星

2020, 40(5): 42-44. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0007

摘要(401)

PDF 882KB(34)

摘要:
反应气体中添加体积分数0.001%的N₂，研究CVD金刚石PL(photoluminescence spectroscopy，PL)光谱发现，与N杂质相关的[NV]⁰与[NV]^-和与Si杂质相关的[SiV]是金刚石中的主要杂质缺陷。经过高温高压(high temperature and high pressure，HPHT)处理后，[NV]⁰峰的强度被削弱，[NV]^-峰的强度被增强，[SiV]峰的强度被显著增强，并新出现了[SiV]^-宽峰。反应气体中N₂体积分数降至0.000 1%并添加0.5%的O₂后，[NV]⁰与[NV]^-峰消失，O₂升高至1%后[SiV]峰强度出现了明显降低，继续升高O₂含量，[SiV]峰强度下降趋势变缓，这些现象证明了添加少量O₂有助于CVD金刚石中N和Si杂质缺陷的抑制与消除。

pH值对CeO₂/SiO₂纳米复合磨粒分散性的影响

陈国美, 周凌, 倪自丰, 徐来军, 杜春宽, 陈凤, 苏敏, 赵永武

2020, 40(5): 45-50. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0008

摘要(290)

PDF 1710KB(11)

摘要:
以胶体SiO₂溶液作硅源，采用均相沉淀工艺制备壳-核结构完整的CeO₂/SiO₂纳米复合磨粒。采用X射线衍射仪和透射电子显微镜对复合磨粒样品进行物相组成分析和微观形貌观察；通过粒径分布、Zeta电位分析，研究水相分散系中pH值对CeO₂/SiO₂复合磨粒分散性的影响。结果表明：所制备的CeO₂/SiO₂复合磨粒为壳-核包覆结构完整的纳米微球，粒径约110 nm，内核为无定形SiO₂，壳层为立方萤石型CeO₂；CeO₂/SiO₂复合磨粒的等电位点pH值约为5，其值由SiO₂等电位点向CeO₂等电位点明显偏移。CeO₂/SiO₂复合磨粒在酸性水相介质中分散性差，容易出现严重的团聚现象；而在碱性环境下，CeO₂/SiO₂复合磨粒分散性良好。

组装结构优化对PCBN聚晶层厚度差均匀性及稳定性的影响

王智慧, 谢志刚, 何绪林, 徐文娟, 周志成, 张喆, 王文龙

2020, 40(5): 51-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0009

摘要(319)

PDF 1178KB(12)

摘要:
通过优化PCBN复合片合成时组装结构中的盐管厚度及中间垫片材料，分别探究未优化(A)、中间垫片材料优化(B)、盐管厚度优化(C)及中间垫片和盐管厚度二者共同优化(D)4种情况下合成的PCBN聚晶层厚度差、聚晶层同一位置的硬度及其整体耐磨性的影响。结果表明：当盐管厚度由1.0 mm变为1.4 mm、中间垫片材料由石墨变为硬质合金时，4种情况下的PCBN复合片聚晶层同一位置硬度及其整体耐磨性基本不变。在显著性水平为0.05时, B、C、D优化相对A，D优化相对于单一因素的B和C优化，均能改善聚晶层厚度差的均匀性；B、C、D优化相对A，D优化相对于C优化，均能改善聚晶层厚度差的稳定性，但D优化相对于B优化，对聚晶层厚度差的稳定性无改善。

咪唑啉和卟啉对NaCl溶液中的热压孕镶金刚石钻头胎体材料的缓蚀作用

姚远基, 潘秉锁, 刘志江

2020, 40(5): 58-63. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.05.0010

摘要(374)

PDF 1126KB(8)

摘要:
采用电化学方法、失重测试和拉曼光谱研究咪唑啉和卟啉在pH为10、质量分数为20%的NaCl溶液中的热压孕镶金刚石钻头胎体材料的缓蚀行为。结果表明：咪唑啉和卟啉均能促进胎体材料表面钝化膜(主要是铜和铁的氧化物)的形成，能够起到缓蚀作用。由于咪唑啉在碱性条件下的水解作用，其在电化学测试中表现出的缓蚀率明显小于卟啉的。为期1周的失重测试表明，长时间的浸泡能够提高咪唑啉的缓蚀率至与卟啉相同的水平。

用于超硬磨具的新型催化剂固化的酚醛树脂的性能

简亚溜, 袁天顺, 彭进, 邹文俊, 宋旭东, 刘鹏展, 王俊珂

2020, 40(5): 64-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0011

摘要(735)

PDF 1164KB(44)

摘要:
六次甲基四胺(hexamethylenetetramine, HMTA)作为最常用的热塑性酚醛树脂的催化固化剂，大量应用于磨具制造领域。由于结构中芳核间仅以亚甲基相连，因此树脂表现为较大脆性。以自制苯酰胺类衍生物(sulfonamide derivatives, PTSA)替代六次甲基四胺用于酚醛树脂的固化，采用热重分析(thermogravimetric analysis, TGA)、力学性能以及冲击测试等方法进行表征及分析。结果表明：PTSA固化酚醛树脂失重10%时的热失重温度为396 ℃，较HMTA固化的酚醛树脂的提高了24 ℃，耐热性优良；以PTSA固化树脂作结合剂制备的超硬磨具，较HMTA固化树脂作结合剂的超硬磨具的磨削比提高36.18%。

SiC的添加量对树脂金刚石线切割能力的影响

高伟, 倪进华, 刘兴鹏, 张顼, 马伯江

2020, 40(5): 69-73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.05.0012

摘要(391)

PDF 1534KB(24)

摘要:
制备不同SiC含量的树脂金刚石线，并进行硅片切割试验。通过记录切割过程中的扭矩和加切情况，研究不同SiC添加量对树脂金刚石线切割能力的影响。结果表明：当树脂液中SiC添加量增加时，树脂金刚石线的切割能力逐渐增强; 当SiC超过一定添加量时，切割能力有所降低。试验中，树脂液中SiC的添加量为600 g/L时，树脂金刚石线切割硅片产生的切割扭矩为96 N·m，且无加切情况，其切割能力最高；此时树脂固化后的邵氏硬度为91 HD，树脂层中的SiC分散均匀，无气孔等缺陷。

基于开放孔隙的钎焊CBN多孔砂轮研制与磨削加工性能

丁文锋, 傅玉灿, 赵彪, 龙伟民, 钟素娟, 宋晓国, 贾连辉

2020, 40(5): 74-78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0013

摘要(411)

PDF 1495KB(20)

摘要:
为解决钛合金磨削过程中存在的加工效率低、工具寿命短、加工表面质量差等问题，采用冷压成型和高温钎焊技术研制集孔隙率高、耐磨性好和自锐性能优异等特点于一体，基于开放孔隙的钎焊CBN多孔超硬磨料砂轮。完成该砂轮的开放孔隙结构设计与制备，开展钛合金磨削加工性能和磨损试验研究，分析磨削用量参数对钛合金加工性能的影响规律，揭示其自锐性能以及其对工件表面质量的影响。结果表明：当CBN砂轮孔隙尺寸和孔隙率分别为0.6～0.8 mm和40%时，砂轮工作层节块能获得较优的力学性能和较大的容屑空间；与磨削速度30 m/s相比，当磨削速度为80 m/s时，多孔CBN砂轮拥有更为稳定的磨削力比，处于1.5～2.2；随着累计材料去除体积的增大，砂轮表面动态有效磨刃数趋于一致，加工表面粗糙度快速降低并逐渐稳定。

超硬磨料砂轮不同介质中电火花修整试验研究

单子昭, 周聪, 陈根余, 戴隆州

2020, 40(5): 79-84. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0014

摘要(334)

PDF 1502KB(17)

摘要:
超硬磨料砂轮的电火花修整受到极间放电间隙的限制，采用传统的放电介质条件难以达到粗粒度砂轮的修整要求。为此，结合混粉放电加工机理，提出混粉介质中的电火花修整方法，进行压缩空气、去离子水雾和混粉去离子水雾3种介质及不同放电参数下的放电间隙对比试验研究，并开展金刚石砂轮修整和工件磨削试验。试验结果表明：混粉介质电火花修整的放电间隙最大，能提高粗粒度青铜结合剂金刚石砂轮的修整效率，同时优化砂轮修整后的表面形貌、磨粒突出状况和磨削性能。在开路电压为90 V、峰值电流为13.33 A及占空比为50%的最佳放电参数下，混粉介质的电火花修整效率与前2种介质相比可提高28.2%～50.0%；且加入的SiO₂粉末使砂轮表面的Si元素分布更均匀、含量更高，进而提高其耐磨性。

冷等离子体射流处理后的K9玻璃力学性能试验研究

孟政, 刘新, 刘吉宇, 吴鸣宇, 陈阳

2020, 40(5): 85-89. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0015

摘要(326)

PDF 1496KB(15)

摘要:
为探究冷等离子体射流辅助处理K9玻璃的高效超精密切削的机理，用摩擦磨损试验机探究冷等离子体射流对K9玻璃/金刚石摩擦副摩擦磨损性能的影响；用万能试验机测试等离子体处理后的石英玻璃棒的弯曲强度；通过压痕和划痕试验得出材料的弹塑转变及塑脆转变的临界载荷。结果表明：射流对脆性材料力学性能的调控效果可保持20 h以上；经过冷等离子体处理后的K9玻璃，在加载过程中剪切力及正压力比较平稳，摩擦系数在0.09～0.12波动，变化不明显；冷等离子体射流对K9玻璃/金刚石摩擦副具有减摩作用，且可降低K9玻璃的弹塑转变临界载荷，延缓脆性材料受力产生塑脆转变断裂，增强材料塑性并降低其脆性。

固结磨料研磨石英玻璃的工艺参数优化

王占奎, 杨亚坤, 逄明华, 马利杰, 梁明超, 李勇峰, 苏建修

2020, 40(5): 90-95. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.5.0016

摘要(404)

PDF 1372KB(19)

摘要:
以石英玻璃的材料去除率和表面粗糙度为评价指标，以转速(A)、压力(B)和研磨液种类(C)为影响因素，进行石英玻璃固结磨料研磨正交试验，对其试验结果进行回归分析并建立3因素下石英玻璃材料去除率和表面粗糙度的影响规律模型。结果表明：影响石英玻璃材料去除率的显著性因素顺序为B>C>A，影响其表面粗糙度的显著性因素顺序为A>B>C。材料去除率最佳的研磨工艺参数组合为转速100 r/min，压力27.580 kPa，三乙醇胺研磨液；表面粗糙度最佳的工艺参数组合为转速100 r/min，压力27.580 kPa，乙二胺研磨液。同时，材料去除率与转速的关系为二次函数形式，材料去除率与压力的关系为指数函数形式；而表面粗糙度与转速及压力的关系均为幂函数形式。以材料去除率为优先考虑目标时可选择三乙醇胺研磨液，以表面质量为优先考虑目标时则可选择乙二胺研磨液。

基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

蒋培军

2020, 40(5): 96-101. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.05.0017

摘要(401)

PDF 1637KB(16)

摘要:
为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化，基于反热源原理，以实际测量的磨削温度为基础，采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法，仿真计算工件磨削温度场的变化，并与瑞利分布热源模型预测结果对比，对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明：基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性，相对误差在3.0%～7.5%，比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。