金刚石与磨料磨具工程

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苑泽伟, 韩晖, 唐美玲, 周新博

2019, 39(3): 1-6. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0001

摘要(395)

PDF 2606KB(10)

摘要:
石墨烯被认为是当前最有发展前景的二维纳米材料，拥有优越的物化特性和广泛的应用前景，但石墨烯没有带隙，极大限制了其在电子领域的应用，精密切割能为石墨烯打开一定的带隙。本文采用分子动力学模拟方法对石墨烯进行划切，分析金刚石探针沿不同方向划切石墨烯的微观形貌，研究有无基底、不同切割方向等参数对石墨烯划切边缘能量及划切力等的影响规律。模拟结果表明：金刚石划切石墨烯具有各向异性特征，切割边缘粗糙，没有明显armchair型边缘或zigzag型边缘特征。

添加钛酸盐纳米线对陶瓷结合剂性能的影响

贾昆仑, 刘世凯, 王韶川, 陈双辉, 董航, 王世杰, 殷亿行, 孙亚光, 栗正新

2019, 39(3): 7-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0002

摘要(302)

PDF 1353KB(7)

摘要:
以CaO-Na₂O-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂体系为基础陶瓷结合剂，将水热温度150 ℃、保温24 h制备的一定量的钛酸盐纳米线加入其中，制得纳米陶瓷结合剂。通过电子多功能试验机、洛氏硬度计等对纳米陶瓷结合剂的抗折强度、硬度和流动性进行测试。结果发现：当纳米陶瓷结合剂中钛酸盐纳米线添加质量分数为1.0%、其烧结温度为610 ℃时，纳米陶瓷结合剂的抗折强度和硬度最大，分别为92.54 MPa和86 HRB，相比于基础陶瓷结合剂的61.09 MPa和53 HRB分别提高了51.5%和62.3%；且纳米陶瓷结合剂的流动性显著改善，气孔相对较少，生成的物质分布较为均匀，综合性能提高。

轧辊磨削过程中砂轮磨损对比与功率监测

王春风, 李媛媛, 陈明颖, 桑振远

2019, 39(3): 13-16. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0003

摘要(384)

PDF 1004KB(8)

摘要:
为解决磨削大型零件时进刀不均匀、效率低的问题，以轧辊磨削为例，对比CBN砂轮和氧化铝砂轮的主轴功率和加工性能。发现：由于砂轮磨损，轧辊磨削的效率及尺寸精度低；相同条件下，树脂结合剂CBN砂轮的效率比氧化铝砂轮高150%；去除同样轧辊材料时，CBN砂轮的磨损量最多是氧化铝砂轮的1/9。CBN砂轮由于磨粒硬度高、把持力强，可以改善大型零件加工时进刀不均匀、效率低的情况。

基于二维位移传感器的砂轮表面形貌测量

张霞, 蔡顺燕, 李红梅, 林梅

2019, 39(3): 17-22. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0004

摘要(357)

PDF 1350KB(8)

摘要:
砂轮表面的三维形貌对保证其磨削质量有重要意义。采用高精度二维位移传感器在线测量砂轮的表面形貌，再通过建立的砂轮三维形貌基准平面和数字滤波方法，用测量数据计算得到砂轮表面的三维形貌评价参数。结果表明：该评价参数与Zeta自动三维测量系统的测量结果基本相同，验证了该评价方法的有效性和实用性，可为砂轮修整及其磨削加工提供参考指标。

球形固结磨料磨头研磨TC4钛合金的工艺探索

王健杰, 李军, 黄俊阳, 明舜, 朱永伟, 左敦稳

2019, 39(3): 23-28. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0005

摘要(440)

PDF 1466KB(16)

摘要:
TC4钛合金是典型的难加工材料，在传统加工中存在难切削、工件表面易烧伤等问题。采用自行设计的球形固结磨料磨头开展TC4钛合金研磨实验，探索不同粒径、磨料种类及研磨工艺参数对TC4钛合金研磨材料去除率及表面质量的影响，分析研磨的材料去除机理，优化研磨工艺。发现20～30 μm碳化硅磨粒的研磨效果最佳，优化后的工艺方案为磨头转速2000 r/min，研磨夹角30°，研磨时间10 s。在此工艺参数下研磨材料去除率为22.2 mg/min，工件表面粗糙度R_a值为0.7 μm，兼顾了对材料去除效率和表面质量的要求。

6H-SiC单晶紫外光催化抛光中光照方式和磨料的影响

路家斌, 熊强, 阎秋生, 王鑫, 宾水明

2019, 39(3): 29-37. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0006

摘要(424)

PDF 2634KB(30)

摘要:
研究紫外光辅助催化抛光6H-SiC单晶。用分光光度法定性检测不同光催化反应时间下甲基橙颜色变化和羟基自由基(·OH)浓度，研究无光照、光照抛光盘、光照抛光液3种光照方式及金刚石、碳化硅、二氧化硅、二氧化钛、硅溶胶5种磨料对6H-SiC单晶抛光的影响。结果表明：随着光照时间增加，·OH浓度增加；在3种光照方式下，不同磨料的材料去除率(MRR)均呈现光照抛光液>光照抛光盘>无光照的规律，且光照抛光液时的MRR比无光照时的MRR提升了18%～58%。随磨料硬度降低，光催化辅助作用对MRR的提高幅度升高，即紫外光催化辅助作用越明显；金刚石、碳化硅、二氧化硅、硅溶胶4种磨料抛光后的表面粗糙度都随MRR的增大而减小，但二氧化钛磨料的则相反，原因是二氧化钛磨料同时兼作光催化剂，增强了SiC表面的化学反应速率，使其化学反应速率大于机械去除速率。

氮化硅陶瓷球研磨去除方式

张珂, 王定文, 李颂华, 孙健, 吴玉厚

2019, 39(3): 38-44. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0007

摘要(372)

PDF 2166KB(14)

摘要:
为研究研磨工艺参数对氮化硅陶瓷球表面材料去除机理及表面质量的影响，采用立式研球机，通过改变研磨盘转速和压力对氮化硅陶瓷球进行研磨试验，利用扫描电镜、超景深三维显微镜检测研磨后陶瓷球的表面形貌，并运用ABAQUS进行有限元模拟，分析研磨过程中氮化硅陶瓷球表面材料的去除方式及表面质量。研究表明：研磨盘转速和压力对研磨过程中陶瓷球表面材料的去除方式、表面缺陷和表面质量影响较大，随着研磨盘转速和压力的减小，其表面划伤、凹坑和雪花等缺陷明显减少，表面质量随之提高；当压力较大、研磨盘转速较高时，材料以二体断裂去除为主；当压力较小、研磨盘转速较低时，材料以三体脆性断裂去除为主；与二体断裂去除相比，三体脆性断裂去除产生的亚表面裂纹更深。

全自动双轴精密划片机的研制

尹韶辉, 廖启圣, 胡天, 龚胜, 陈逢军

2019, 39(3): 45-50. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0008

摘要(374)

PDF 1401KB(9)

摘要:
为提高划片机的划片质量和划片效率，研制全自动双轴精密划片机。整机采用了龙门式结构，工具轴Y1与Y2采用并列平行的结构设计，使用全闭环控制；旋转工作台采用DD马达直接驱动；上下料系统可实现多盘的全自动上下料。检测结果表明：Y1/Y2轴的全程定位精度达到 1.5 μm，Z1/Z2轴的重复定位精度达到 1.0 μm，工作台平面度达到 4.3 μm。划切试验结果表明：划切沟槽的实际深度与设计深度的最大误差为5.2 μm，划切痕迹的实际位置与设计位置的最大误差为4.8 μm，划切表面平整光滑，崩边小，无毛刺。与国内传统的单轴划片机相比，所研制的双轴划片机划片效率提高了80%，划片质量得到了明显提高。

不同冷却喷雾场下硬质涂层刀具切削蠕墨铸铁性能研究

林海生, 王成勇, 罗杰, 赖志伟, 杨简彰, 郑李娟

2019, 39(3): 51-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0009

摘要(328)

PDF 1637KB(7)

摘要:
研究在复合喷雾油膜附水滴冷却时，3种不同结构喷嘴的喷雾场及在硬质涂层刀具切削蠕墨铸铁过程中的切屑流向，并分析刀具和喷射位置对切削力的影响。研究表明：与普通圆柱型和扁平型喷嘴相比，尖嘴型喷嘴的雾化效果更佳，无大液滴现象，喷雾集中，连续雾化稳定。在硬质涂层刀具切削加工蠕墨铸铁过程中，当喷雾场只作用于刀具前刀面时，普通圆柱型喷嘴和尖嘴型喷嘴有良好的断屑作用；而尖嘴型喷嘴和扁平型喷嘴对切屑流具有更好的导向性。相对干切削和冷风辅助切削，尖嘴型喷嘴与外冷复合喷雾条件下切削蠕墨铸铁时，切削力可减小30～60 N，其中喷雾场喷射在刀具前刀面时的切削力最低。不同硬质涂层刀具需要与外冷复合喷雾的喷射位置相互匹配以达到最小的切削力。

PCBN超硬刀具研究与进展

李艳国, 成照楠, 邹芹, 王明智, 尹育航

2019, 39(3): 58-68. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0010

摘要(667)

PDF 1822KB(43)

摘要:
现代刀具切削速度的不断提高和先进的集成制造系统的发展对现代刀具的性能提出了更高的要求，刀具材料质量、性能和可靠性直接影响生产效率和加工质量，也直接影响整个制造行业的生产技术水平和经济效益，所以开发高稳定性和良好耐磨性的超硬刀具是当今的发展趋势。本文介绍了超硬材料PCBN超硬刀具的国内外发展概况和刀具性能应用，PCBN超硬刀具材料的制备方法及刀具制造过程，PCBN超硬刀具的断屑槽、修光刃结构以及新型PCBN超硬刀具，刀具车削仿真的相关研究等；并对PCBN超硬刀具及整个刀具行业的前景进行展望。

PDC刀具高频感应钎焊温度计算与试验

朱袁琦, 董海, 徐鹏, 李琦楠

2019, 39(3): 69-74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0011

摘要(348)

PDF 1458KB(8)

摘要:
基于磁-热双向耦合理论，采用COMSOL Multi-physics建立三维非线性聚晶金刚石复合片(PDC)刀具高频感应钎焊温度场模型，计算高频感应钎焊时PDC钎焊处的温度场分布情况，设计所建模型的高频感应钎焊试验进行验证，分析钎焊处的温度变化规律。计算结果表明：在钎焊处温度达700 ℃之前，其升温变化规律近似线性，加热升温12 s左右即可达到钎焊有效温度；在钎焊有效温度区间内，试验中测得的钎焊处实际温度值与计算值的误差小于5%，可以此模型为基础确定钎焊参数。

金属切削加工本构模型研究进展

吕明航, 李安海, 吕豪剑, 葛德俊

2019, 39(3): 75-80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0012

摘要(453)

PDF 962KB(23)

摘要:
材料的本构关系作为金属成型理论的根本，在加工仿真领域具有重要作用。本文综述了金属切削加工本构关系的研究现状，主要介绍了几种常用本构模型的优缺点，在实际加工过程中的应用以及对其进行的修正工作，同时介绍了本构模型原始参数的获取和修正方法。最后分析了金属切削加工本构模型中存在的一些不足以及未来的研究方向。

硬脆材料的磨粒加工仿真技术

李龙, 葛培琪, 王沛志, 李宗强

2019, 39(3): 81-87. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0013

摘要(376)

PDF 1707KB(30)

摘要:
单晶硅等硬脆材料具有高硬度、低断裂韧性等特性，属于难加工材料，其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷。影响硬脆材料磨粒加工过程的因素复杂，一般用仿真技术来研究磨粒加工硬脆材料的去除机理等。本文概述了硬脆材料磨粒加工相关研究中广泛应用的网格法、无网格法以及网格与无网格结合方法，对比分析各仿真方法的特点及存在的局限性并提出未来的研究方向。

陶瓷超硬磨具工作层体积密度的测量

邢波, 李丙文, 陈学伟, 张林州, 陈学彬, 赵延军, 闫宁

2019, 39(3): 88-92. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0014

摘要(328)

PDF 1118KB(8)

摘要:
依据JB/T 7999—2013《固结磨具体积密度、总气孔率和吸水率试验方法》标准检测陶瓷超硬磨具工作层体积密度，并对其影响因素进行分析。结果表明：检测时取样量应大于0.50 g，样品质量减少，体积密度呈下降趋势；当样品体积密度值超过2.85 g/cm³时，可省去抽真空处理操作步骤；当体积密度值在2.50～2.85 g/cm³时，可将抽真空处理操作改为在去离子水中浸泡1 h；当体积密度值小于2.50 g/cm³时，需经抽真空处理。

钎焊金刚石耐磨涂层制备及其磨损性能

曹忠溪, 周玉梅, 张凤林, 张桂霞, 骆少明

2019, 39(3): 93-101. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.3.0015

摘要(412)

PDF 3661KB(19)

摘要:
为提高农机刃具类零件的抗磨粒磨损性能，提出一种钎焊金刚石耐磨涂层制备方法，在Q235钢基体上制备了不同粒径及镀覆状态的金刚石耐磨涂层，并与65Mn钢的摩擦磨损和抗磨粒磨损性能进行对比。采用扫描电镜(SEM)对涂层表面、涂层与钢基体界面、涂层磨损后的表面微观形貌进行表征，并分析涂层的磨损规律及机理。结果表明：钎焊金刚石涂层与钢基体结合良好，金刚石在涂层中均匀分布，涂层厚度约370 μm。钎焊金刚石涂层的耐磨性优于65Mn钢的，且随着金刚石粒径减小钎焊金刚石涂层的摩擦系数降低，涂层的耐磨性增大；钎焊镀钨金刚石涂层的抗摩擦磨损和磨粒磨损性能均高于钎焊未镀覆金刚石涂层的。