金刚石与磨料磨具工程

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曹克, 董志刚, 康仁科, 朱祥龙, 刘津廷

2016, 36(5): 1-7,14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0001

摘要(356)

PDF 2032KB(9)

摘要:
针对航空发动机常用材料钛合金TC17，采用白刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮开展磨削试验，研究微晶刚玉砂轮对工件表面质量和磨削力大小的影响规律。试验结果表明：微晶刚玉砂轮磨削后工件表面质量更好，表面粗糙度值降低0.14 μm，磨削力降低10%左右。针对微晶刚玉砂轮进行磨削参数对磨削力影响规律的单因素试验，从磨削力角度分析微晶刚玉砂轮磨削钛合金的合理工艺参数。综合磨削力与加工效率因素，确定磨削钛合金TC17的合理参数为：砂轮线速度v_s=27 m/s、磨削深度a_p=0.01 mm、工件进给速度v_w=12 m/min；对磨削力试验数据进行多元线性回归分析，建立了法向磨削力和切向磨削力的回归模型。

微波法涂覆纳米金刚石在催化领域应用进展

张艳, 臧建兵, 田鹏飞, 徐汉清, 韩婵, 王艳辉

2016, 36(5): 8-14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0002

摘要(333)

PDF 2391KB(5)

摘要:
纳米金刚石（nano-diamond，ND）具备高的热稳定性、优异的化学稳定性和足够的比表面积等性质，可作为催化剂载体应用于催化领域。本文综述了利用微波法进行表面涂覆处理的ND在燃料电池方面的应用，重点阐述了以TiO₂/ND（GND，graphic nano-diamond）和TiN/ND为载体制备的铂催化剂和以ND作为基础材料的钴氮共掺碳材料非铂催化剂Co-N-C/ND的制备方法。详述了通过XRD和TEM分析得出的上述生成产物的物相、形貌和组成，以及实验测定的Pt/TiO₂/ND（GND）、Pt/TiN/ND和Co-N-C/ND催化剂的电化学性能。结果显示：用微波法对纳米金刚石表面进行涂覆，可提高其性能，拓展其在催化领域的应用。

光催化辅助化学机械抛光CVD金刚石抛光液的研制

苑泽伟, 杜海洋, 何艳, 张悦

2016, 36(5): 15-20,31. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0003

摘要(493)

PDF 2144KB(31)

摘要:
CVD金刚石因其优越的物理化学特性被应用到许多高科技领域中，但目前的抛光方法存在着效率低、精度差等诸多问题，无法满足高科技领域对金刚石高效超光滑的表面精度要求。我们提出利用二氧化钛光催化辅助化学机械抛光方法实现CVD金刚石的高质量加工，并研制出用于金刚石抛光的二氧化钛光催化氧化原理结合辅助化学机械抛光液。首先，我们根据光催化原理搭建相应的化学机械抛光装置；然后，采用甲基橙溶液氧化变色及溶液氧化还原电位（ORP）表征抛光液的氧化性；最后，对CVD金刚石进行了光催化辅助化学机械抛光。结果表明：P25型二氧化钛光催化活性最高，每100 mL纯水中加入1 mL的H₂O₂与0.2 mL的H₃PO₄对催化剂活性影响最大，氧化还原能力较高，采用其加工CVD金刚石可使抛光表面变得极为光滑。

304不锈钢化学机械抛光工艺参数研究

李庆, 陈绍坤, 彭亚男, 秦洪权, 付素芳, 苏建修

2016, 36(5): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0004

摘要(560)

PDF 833KB(32)

摘要:
为优化抛光效果、节省成本及提高效率，研究抛光压力、抛光液流量、抛光转速和抛光时间对304不锈钢材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明：在抛光压力为13.79 kPa、抛光液流量为15 mL/min、抛光时间为35 min、抛光转速为60 r/min的工艺条件下，304不锈钢去除速率达到226.56 nm/min，表面粗糙度降至6 nm，既节约了成本又保证了最好的表面粗糙度和较高的材料去除速率。

微晶刚玉砂轮缓进给磨削镍基高温合金GH4169及花键研究

何坚, 余杰, 戴晨伟, 丁文锋

2016, 36(5): 26-31. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0005

摘要(332)

PDF 1361KB(11)

摘要:
镍基高温合金GH4169作为一种典型的难加工材料，已被广泛应用于航空发动机各类零部件。微晶刚玉砂轮以其优异的自锐性正被逐渐用于磨削加工航空材料。为优选加工高温合金涡轮轴花键的砂轮，使用SG、5SG和TG三种磨料的微晶刚玉砂轮开展高温合金缓进给磨削试验，研究磨料种类对磨削力、磨削温度和表面粗糙度的影响规律。研究结果表明：缓进给磨削高温合金GH4169时，5SG磨料微晶刚玉砂轮的磨削力和温度最小，TG磨料砂轮次之，SG磨料砂轮最大。三种磨料砂轮磨削后的工件表面粗糙度值R_a均在0.3 μm以下。最后，选用5SG磨料微晶刚玉砂轮加工高温合金花键样件，各项检测结果均能满足指标要求。

电火花修整金属基圆弧砂轮表面形貌的实验研究

刘忠德, 张飞虎, 王凯, 李琛, 马兆凯

2016, 36(5): 32-37,41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0006

摘要(350)

PDF 4138KB(9)

摘要:
金属基金刚石圆弧砂轮因其高效的加工性能而被普遍应用于大口径SiC陶瓷的加工中，但由于磨削过程中损耗量较大限制了其更广泛的应用。为了减少砂轮磨削时的损耗量，本实验提出采用电火花修整金属基圆弧砂轮的方法，针对50~63 μm粒度金属砂轮进行电压、电流、脉冲频率等单因素试验；通过超景深显微镜观察不同电参数对于砂轮表面形貌的影响并分析表面蚀除量与电参数幅值的相互关系。实验结果表明：为获得较好的砂轮表面修整质量，应选用电压为60 V、脉冲频率为25 kHz、多通道电流的电参数值。

立方氮化硼用量及粒度对其同钛铝碳结合剂的反应程度的影响

梁宝岩, 张旺玺, 冯燕翔, 穆云超

2016, 36(5): 38-41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0007

摘要(312)

PDF 1770KB(6)

摘要:
为研究CBN用量对Ti₃AlC₂结合剂CBN复合材料的影响，使用不同质量配比的Ti3AlC2粉体和CBN粉体通过放电等离子体烧结的方式制备试样，并对比其物相组成和显微形貌。结果表明：当CBN质量分数为10%时，试样的主相为Ti₃AlC₂、CBN和TiC；当CBN质量分数为20%~40%时，生成了TiC、TiN、AlN、TiB₂等物相。另一方面，当CBN质量分数为10%和20%时，CBN表面会形成厚约10 μm的过渡层；当CBN质量分数为30%和40%时，CBN与基体间没有过渡层。若选用粒度尺寸为10 μm的CBN（质量分数为10%）进行烧结，则复合材料中出现许多气孔，基体主相为TiC等轴晶粒且在CBN表面形成厚度1~2 μm的过渡层。CBN质量分数越大或粒度尺寸越小，其同Ti₃AlC₂的反应越充分、过渡层越薄。

精研加工参数对轴承滚道表面残余应力影响

葛培琪, 毕文波, 郑传栋

2016, 36(5): 42-45. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0008

摘要(445)

PDF 1405KB(15)

摘要:
对7008C轴承内圈滚道以不同精研加工参数进行精研加工，使用X射线应力分析仪对精研加工后的7008C轴承内圈滚道底部表面的周向和轴向残余应力值进行测量。实验结果表明：轴承滚道表面存在的残余应力为残余压应力，滚道底部平均应力值在-266~-438 MPa之间，且在轴承滚道底部表面的周向残余应力值大于轴向残余应力值；油石压力对轴承滚道表层的残余压应力影响显著，增大油石压力能显著提高轴承滚道表层的残余压应力。

非球面碳化硅反射镜往复式磨削面形精度建模及仿真

张飞虎, 马兆凯, 李琛, 饶小双

2016, 36(5): 46-49,54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0009

摘要(324)

PDF 1010KB(14)

摘要:
为优化圆弧面砂轮磨削非球面碳化硅反射镜的加工效果，基于往复式磨削对非球面反射镜的残余高度进行建模，通过残余高度与面形精度的几何关系，建立面形精度预测模型并进行仿真分析。面形精度模型仿真结果表明：随截圆弧长增加或倾角增大，面形精度降低；随砂轮基圆半径增加或砂轮圆弧半径增加，面形精度提高。其中，截圆弧长和砂轮基圆半径对面形精度影响较大。

PCBN刀具高速切削淬硬轴承钢的磨损机理研究

邓福铭, 邓雯丽, 杨雪峰, 张盼, 刘瑞平, 马向东

2016, 36(5): 50-54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0010

摘要(366)

PDF 1718KB(9)

摘要:
采用美国D.I.公司生产的BZN9000作为刀具材料制成PCBN刀具，在沈阳机床厂生产的CA6140A车床上对GCr15淬硬轴承钢进行高速切削试验。对切削试验后刀具的前、后刀面进行SEM形貌观察和EDS能谱分析，结果表明：PCBN刀具在高速切削过程中，机械磨损、黏着扩散磨损和化学磨损是刀具磨损的主要形式；前刀面磨损主要为月牙洼磨损，切削刃处、月牙洼后、前刀面处的黏着元素扩散比月牙洼底部还要严重；对后刀面的WDS线能谱分析证实，切削刃处的黏着元素扩散比后刀面要严重。

钎焊金刚石线锯拉伸力学性能及断口分析

张子煜, 肖冰, 王波, 王鹏飞

2016, 36(5): 55-59. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0011

摘要(379)

PDF 2666KB(24)

摘要:
使用Cu-Sn-Ti预合金粉末作为过渡层材料，实现了金刚石颗粒与0Cr18Ni9不锈钢丝的钎焊连接，制作了直径约为0.8 mm的金刚石线锯。通过拉伸试验，获得了钢丝及线锯的拉伸力学性能数据，分析了钎焊前后钢丝横截面金相组织，利用扫描电子显微镜观察钢丝及线锯断口微观形貌，并分析了其拉伸断裂机理。结果表明：金刚石颗粒通过钎焊牢固连接于0Cr18Ni9不锈钢丝表面，形成耐磨工作层。线锯的抗拉强度可以保持700 MPa以上，屈服强度保持600 MPa以上，塑性大幅提高。钢丝基体奥氏体长大，组织均匀性大幅提高。经钎焊热处理的钢丝及其制备的线锯的拉伸断裂方式为韧性断裂，钎焊金刚石线锯工作层拉伸失效形式为钎料合金层断裂并从金属丝基体表面剥离。

金刚石圆锯片不同转速下的横向振动分析

赵民, 李旭

2016, 36(5): 60-63. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0012

摘要(335)

PDF 930KB(13)

摘要:
由于大直径金刚石圆锯片的径厚比>200，属于薄板类工具，所以抗弯能力有限。金刚石圆锯片在高速切削过程中常常引起振动，一旦该振动频率与其他外部激振频率发生共振，振幅将会快速增大。利用激光位移传感器，对金刚石圆锯片横向振动测量，研究其在不同转速范围内的横向振动问题。通过转速-振幅曲线，得出圆锯片的横向振幅与转速的变化规律。结果表明：锯片横向振幅随转速增加而增加。在锯片工作转速范围内，其振幅值较小，超过工作转速振幅急剧增加。内径100 mm，外径2300 mm的圆锯片在转速达到300 r/min时，振幅是外径800 mm圆锯片的3.5倍，外径3600 mm的圆锯片同等情况下振幅是外径800 mm圆锯片的7倍。

钢轨材料高速进给干磨砂轮性能研究

谢桂芝, 董冏, 尚振涛, 苗天应, 金滩

2016, 36(5): 64-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0013

摘要(316)

PDF 2116KB(10)

摘要:
钢轨修磨是修复钢轨损伤的主要方式。相比于普通磨削，钢轨修磨对砂轮的磨削加工性能提出了特殊的要求。依据钢轨铣磨车作业工况，设定磨削参数，对不同砂轮进行试验研究，优选符合作业要求的砂轮。试验结果表明：树脂结合剂混合刚玉磨料砂轮耐磨性较好，砂轮的表面有轻微黏附型堵塞；陶瓷结合剂白刚玉大气孔砂轮的磨削效率和耐磨性综合性能较好，砂轮的表面有轻微黏附型堵塞；陶瓷结合剂微晶刚玉砂轮的自锐性好，干磨削效率高，但耐用度极低。

三维超声辅助平面磨削力研究

马新毅

2016, 36(5): 69-74,78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0014

摘要(328)

PDF 1601KB(8)

摘要:
三维超声辅助磨削力的研究一直是超声加工领域的空白，本研究首先以三维超声辅助平面磨削力为研究对象，从宏观力学角度进行分析，建立了三维超声辅助平面磨削力的数学模型，并分析在不同磨削参数下磨削力的变化情况，最后进行了试验验证。研究结果表明：在一定条件下，三维超声辅助平面磨削下的磨削力小于二维超声辅助平面磨削力，约下降20%；随砂轮转速的增大，磨削力下降，且当砂轮转速大于3000 r/min时，磨削力下降明显；随着进给速度与磨削深度的增加，磨削力增加明显；实验验证同模型分析一致。

多孔金属结合剂金刚石砂轮节块的抗弯强度研究

白永明, 商家铭

2016, 36(5): 75-78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0015

摘要(362)

PDF 1416KB(22)

摘要:
为平衡多孔金属结合剂的孔隙率和磨削强度，使用不同质量配比的造孔剂和钎料、不同粒度尺寸和浓度的金刚石磨料制备砂轮节块并测试其抗弯强度。实验结果表明：造孔剂会削弱节块的抗弯强度，而钎料能增加节块的抗弯强度；金刚石磨粒对节块的抗弯强度影响较小，金刚石颗粒越细，节块的抗弯强度越高。根据实际生产要求调节原料配比，可以在满足磨削强度要求的同时保证最佳孔隙率。

无黏结相PCD和PCBN材料研究进展

张太全

2016, 36(5): 79-83. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0016

摘要(357)

PDF 805KB(14)

摘要:
无黏结相PCD和PCBN具有良好的高温性能，特别是拥有纳米晶粒或纳米结构的PCD和PCBN的性能甚至高于单晶体的性能。对无黏结相聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）材料的合成方法、烧结机理及其性能进行了详细概述。在高于7 GPa和1800℃下，能烧结出致密的无黏结相PCD和PCBN材料，但不同原材料粉末和微量触媒或掺杂会对超高压高温（HPHT）烧结条件和机理产生较大的影响。基于HPHT方法的制备条件较苛刻，PVD和CVD是比较有前途的制备PCD的方法，但用于制备PCBN还需要解决许多技术问题。