金刚石与磨料磨具工程

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刘文浩, 陈燕, 周睿, 徐良, 韩冰

2021, 41(4): 1-7. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0001

摘要(510)

PDF 1363KB(21)

摘要:
再制造加工技术是再制造产品生产中的核心步骤，对于保证再制造产品质量、降低生产成本具有重要意义。本文综述再制造加工技术的发展与应用现状，根据零件的损伤形式将再制造加工技术分为面向表面失效的再制造加工技术和面向结构损伤的再制造加工技术。分类列举多种典型的再制造加工技术，介绍各自的加工原理，并对其在再制造加工零部件中的应用进行举例和评述。最后，总结再制造加工技术目前存在的问题，并对未来再制造加工技术的发展趋势进行展望。

航空发动机叶片再制造技术的应用及其发展趋势

李文辉, 温学杰, 李秀红, 杨胜强

2021, 41(4): 8-18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0002

摘要(785)

PDF 1767KB(76)

摘要:
围绕2类航空发动机典型缺陷(损伤类缺陷和附着类缺陷)，分析增材再制造和减材再制造在航空发动机叶片再制造领域的应用及其所达到的效果。以航空发动机叶片再制造效果和再制造成本为评价指标，总结激光熔覆、焊接等增材再制造技术和水基液清洗、机械物理方法等减材再制造技术的原理、优缺点，阐述航空发动机叶片再制造的发展趋势。

面向再制造的高能束射流清洗技术综述

李博, 郑文光, 黄军, 高航, 王宣平

2021, 41(4): 19-24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0003

摘要(516)

PDF 1651KB(34)

摘要:
再制造清洗是再制造工艺流程中极为重要的一环。随着再制造向高端装备领域扩展、向绿色制造目标推进，对再制造清洗提出了低污染排放、环境友好、在位无残留清洗等高要求。以高压水射流、冰粒射流、干冰射流等为代表的高能束射流清洗方法，具有低外来物、低污染排放、低加工损伤等特点，满足绿色再制造清洗要求。本文将对3种典型的高能束射流清洗技术，从射流清洗机理、清洗关键技术工艺、典型应用场景等方面，综述3种高能束射流清洗技术的最新技术进展。

垂直排列石墨烯纳米金刚石复合材料的制备及其导热性能研究

杨晨光, 成晓哲, 穆云超, 梁宝岩, 许衍

2021, 41(4): 25-30. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0004

摘要(436)

PDF 1685KB(19)

摘要:
采用电化学剥离、吸附、真空过滤和冷压等方法制备垂直排列石墨烯(vertically aligned graphene, VAG)/纳米金刚石(nanodiamonds, NDs)复合材料，研究NDs质量分数(0、0.6%、1.0%、4.0%、7.0%、10.0%和20.0%)对复合材料导热性能的影响。利用XRD、拉曼光谱、FT-IR光谱仪、HRTEM和FE-SEM分析复合材料的相组成、表面基团和微观结构。结果表明：制备的复合材料呈层状垂直排列结构，NDs质量分数为0.6%时复合材料的热导率最高，为5.911 W/(m·K)，比纯石墨烯的高53.6%。

石墨烯/纳米金刚石复合电极性能研究

张金辉, 李敬, 郁建元

2021, 41(4): 31-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0005

摘要(489)

PDF 1410KB(20)

摘要:
为开发具有高能量密度、高功率密度和长寿命的超级电容器复合电极，将纳米金刚石(nano diamond，ND)经真空热处理获得石墨化纳米金刚石(graphitized nano diamond，GND)，再采用超声法将不同质量比的石墨烯与GND制备成复合电极，进行电化学性能测试并分析其结构。电化学性能测试结果表明：质量比为4∶1时制备的石墨烯/GND复合电极具有良好的双层电容特性，其循环伏安曲线近似呈矩形且形状几乎不随扫描速率变化而改变。在扫描速率为2 mV/s，电解液为0.5 mol/L的K₂SO₄溶液的条件下，其比电容高达103.3 F/g；经循环扫描1000圈后，比电容衰减幅度不到0.95%，具有优异的循环稳定性。经透射电镜分析可知：真空高温处理后ND表面形成石墨烯层；受金刚石结构的制约，石墨烯层间距由内向外逐渐增加，提高了复合电极的导电性。由扫描电镜形貌表征可知：GND均匀附着在石墨烯表面，在石墨烯的片层之间形成阻断，防止石墨烯的杂乱堆叠，有利于电解液的扩散，从而使复合材料的比电容增大、电化学性能提高。

六面顶压机合成过程中线性卸压机构的设计与应用

王本亮, 熊莎莎, 冯晓鹏, 刘明岗, 岳海姣, 华淑杰

2021, 41(4): 36-44. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0006

摘要(393)

PDF 1857KB(25)

摘要:
为解决六面顶压机合成过程中超高压卸压不平稳和速度慢的难题，对其卸压机构采用自动、线性方式进行设计及优化。基于液压控制理论，使用AMESim软件建立六面顶压机工作模型、控制模型及线性卸压模型；编制4类不同的卸压工艺曲线，基于经典PID(proportion integral differential)控制理论，对线性卸压模型进行仿真计算，并以阀芯半锥角及阀座节流孔直径为变量，得出满足工艺要求的线性卸压方案。对设计的线性卸压机构进行实际测试，实际压力与设定压力曲线的压力偏差绝对值≤0.01 MPa，符合预期设计要求。

Fe基胎体中添加Zn粉后的金刚石磨边轮组织及性能

孙为云, 孙长红, 康杰, 于奇, 丁紫阳, 刘胜新

2021, 41(4): 45-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0007

摘要(323)

PDF 1909KB(32)

摘要:
在金刚石磨边轮Fe基胎体中分别添加0，0.7%，2.1%，3.5%，4.9%质量分数的Zn粉，研究Zn粉添加量对金刚石磨边轮Fe基胎体的热压烧结组织、物相组成及力学性能的影响；在此基础上，研究Fe基胎体中添加0、2.1%、3.5%质量分数的Zn粉以及浓度为24%的金刚石后制成的3种金刚石节块的性能及对应的3种磨边轮的磨削性能。结果表明：当采用相同烧结工艺时，不添加和添加Zn粉后的Fe基胎体中的白色、深灰色、灰色3种组织面积及存在形态明显变化，加入质量分数为2.1% 的Zn粉有助于胎体中部分物质扩散，且其物相除γ-Fe、(Cu, Sn)和(γ-Fe, Ni)、Cu₄₁Sn₁₁固溶体以及Fe₄Cu₃、Ni₄Sn等金属间化合物外，还出现了Cu_0.61Zn_0.39新相。Zn粉质量分数增加，Fe基胎体的相对密度、硬度、耐磨性等皆呈下降趋势，但降幅不明显；而其抗弯强度相对未加Zn粉时的呈先增大后减小趋势，且在Zn粉添加质量分数为2.1%时提高了16.1%，达到最大值983.2 MPa；但添加的Zn粉质量分数过高，胎体热压时会出现流料现象。添加或未添加Zn粉的Fe基胎体中加入金刚石后，制作的节块与未加金刚石时的比，其抗弯强度下降，但添加Zn粉后的胎体抗弯强度降幅较小，把持力系数较大，可间接表明胎体对金刚石的把持力较高。用添加质量分数为2.1% 的Zn粉的Fe基胎体制作的金刚石磨边轮磨削渗花陶瓷砖边时，与胎体中未添加Zn粉和添加质量分数为3.5%的Zn粉制作的磨边轮磨削效果比较，其锋利度适中，使用寿命最长。

结合剂强度和不同镀层对金刚石工具出刃高度的影响

朱振东, 张作栋, 栗晓龙, 肖长江, 栗正新

2021, 41(4): 53-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0008

摘要(406)

PDF 1003KB(52)

摘要:
采用L₉(3⁴)正交试验研究未镀金刚石、表面镀Ti和镀Ni金刚石在不同强度结合剂下对金刚石工具出刃高度的影响，并使用SEM 3D重构法测量金刚石的出刃高度，对比分析不同状态下的金刚石出刃高度变化。结果表明：使用SEM 3D重构法能够方便、快速和准确地测量金刚石的出刃高度，高度值为221.26～321.68 μm；金刚石表面镀层和基体强度对金刚石出刃高度有明显影响，镀Ti金刚石的出刃高度大于镀Ni金刚石的，且二者均大于未镀金刚石的。

磨粒有序排布曲面砂轮设计及磨削性能实验研究

李瑞昊, 石广慧, 黄辉

2021, 41(4): 58-63. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0009

摘要(483)

PDF 1540KB(47)

摘要:
提出一种曲面砂轮表面磨粒有序化排布的设计方法，制备磨粒有序排布和无序排布的2种曲面砂轮。通过磨削实验，从磨削力、砂轮磨损及工件加工形状误差等3个方面对比研究。结果表明：在整个磨削过程中，磨粒有序排布的曲面砂轮的磨削力总体上小于磨粒无序排布的曲面砂轮的磨削力。磨粒有序排布曲面砂轮的磨粒磨损一致性优于无序排布曲面砂轮的。整体磨削过程，磨粒有序排布曲面砂轮加工工件形状精度的平均值较磨粒无序排布曲面砂轮的加工形状精度提高了34%。通过对曲面砂轮表面的磨粒有序化设计，可以有效提升曲面砂轮的使用性能。

钎焊CBN砂轮与陶瓷CBN砂轮磨削粉末冶金高温合金的加工性能对比研究

张曦, 李本凯, 丁文锋

2021, 41(4): 64-71. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0010

摘要(457)

PDF 2352KB(31)

摘要:
采用钎焊CBN砂轮和陶瓷CBN砂轮进行FGH96粉末冶金高温合金磨削对比试验，从磨削力与温度、表面粗糙度以及砂轮磨损等方面对CBN砂轮磨削性能进行评价。结果表明:钎焊CBN砂轮磨削力接近或低于陶瓷CBN砂轮的; 在较低进给速度下(≤360 mm/min)，钎焊CBN砂轮磨削温度与陶瓷CBN砂轮的相近，在较高进给速度下(≥540 mm/min)，陶瓷CBN砂轮的磨削温度明显高于钎焊CBN砂轮的; 在正常磨削条件下，钎焊CBN砂轮磨削后工件的表面粗糙度低于陶瓷CBN砂轮的，且表面粗糙度R_a均在0.800 μm以下，平均表面粗糙度R_a分别为0.508 μm和0.529 μm。钎焊CBN砂轮工作面磨粒发生材料黏附、磨耗磨损，磨削表面出现材料涂覆等现象；除磨耗磨损、黏附和砂轮堵塞外，由于磨粒破碎和脱落，陶瓷CBN砂轮易在其磨削表面形成深沟槽，降低磨削表面质量。综合分析发现，钎焊CBN砂轮磨削FGH96的性能要优于陶瓷CBN砂轮的。

刚玉砂轮缓进深切磨削K444镍基高温合金研究

刘爽, 李敏, 丁文锋, 徐九华

2021, 41(4): 72-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0011

摘要(441)

PDF 2236KB(22)

摘要:
为评价K444高温合金的磨削加工性能，采用棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮进行磨削试验，对比分析其磨削力、磨削比能、磨削工件的表面形貌和表面粗糙度以及砂轮磨损。结果表明：相比于白刚玉砂轮，棕刚玉砂轮的磨削力更小，磨削后工件表面粗糙度低，其表面粗糙度R_a在0.206～0.455 μm，更易获得光滑的磨削表面。对表面粗糙度的敏感度分析发现：2种刚玉砂轮对切深a_p最敏感，其次是工件进给速度v_w，对砂轮线速度v_s敏感度最小；棕刚玉砂轮磨削K444高温合金的砂轮磨损程度更低，当材料去除率R_MRR处于0.3～1.0 mm³/(mm·s)时，2种砂轮的磨损比在1.36～1.40。

氮化硅陶瓷轴承外圈磨削的双目标工艺优化

谢天舒

2021, 41(4): 82-91. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0012

摘要(399)

PDF 1266KB(20)

摘要:
陶瓷轴承套圈的加工质量对轴承的回转精度和服役性能具有重要影响。首先，基于大量外圆磨削试验，通过最小二乘法分别建立陶瓷表面粗糙度和沟道圆度在不同工艺参数下的一元模型；其次，在一元模型基础上，通过粒子群优化算法(PSO算法)分别建立其表面粗糙度和沟道圆度在不同工艺参数下的多元模型；最后，通过PSO算法对表面粗糙度和沟道圆度进行双目标优化，得出轴承外圈加工时的最优工艺参数。结果表明：表面粗糙度在不同工艺参数下的多元复合模型的预测值和实际加工值的相对误差范围为5.83%～8.99%，沟道圆度多元复合模型的预测值和实际加工值的相对误差范围为4.62%～8.01%；双目标函数优化得到的工艺参数为砂轮线速度56.0 m/s、径向进给量0.012 mm/min、工件转速215 r/min。多元模型可较为准确地预测实际加工情况，最优工艺参数下的粗糙度值和圆度值分别为0.130 μm和2.20 μm，相比其他参数下的值较小。

基于不同纳米划痕顺序的6H-SiC单晶片材料去除机理研究

郜伟, 张银霞, 黄鹏举

2021, 41(4): 92-97. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0013

摘要(465)

PDF 1594KB(39)

摘要:
通过微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片(0001)晶面进行不同间距和不同顺序的纳米刻划试验，并用摩擦力传感器、超景深显微系统和三维形貌仪对产生的划痕的划痕横截面轮廓曲线、划痕深度、摩擦力以及表面形貌进行分析，研究单晶片刻划过程中不同划痕间距和划痕顺序下的材料去除过程。结果表明：当静载荷为100 mN时，不同划痕间距影响单晶片表面的横截面轮廓和平均摩擦力。随着划痕间距增大，2条划痕之间的深度差逐渐减小，划痕2的平均摩擦力逐渐减小并接近划痕1的；当划痕间距为14 μm时，最大划痕深度为-183.4 nm，平均摩擦力为18.8 mN。划痕顺序对表面形态和材料去除影响显著，当静载荷为90 mN，划痕间距为6 μm和8 μm时，非顺序划痕的表面材料堆积较少，表面粗糙度值更低，表面质量较好。当划痕间距为6 μm时，0～180 mN的动载荷均匀加载下顺序划痕末端表面的材料破碎情况严重，而非顺序划痕则在一定程度上能减少晶片划痕的裂纹程度；顺序划痕中的最大摩擦力为76.8 mN，大于非顺序划痕中的最大摩擦力63.3 mN，非顺序划痕更有助于实现SiC晶片的塑性加工，提高其表面加工质量。

不锈钢打磨砂带用酚醛树脂关键参数测试与分析

邢波, 赵金坠, 宋运运, 冯克明, 陈学斌, 任冠青, 冯兵强, 安坤华

2021, 41(4): 98-103. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.4.0014

摘要(435)

PDF 1344KB(17)

摘要:
针对不锈钢磨削砂带用酚醛树脂的基本理化指标难以全面表征砂带磨削性能的问题，选取基础参数相同的4种酚醛树脂为研究对象，对酚醛树脂进行热重(thermogravimetric，TG)、冲击强度分析，并在同等工艺条件下对用其制作的4种砂带进行剥离强度和磨削性能测试，探究酚醛树脂与砂带磨削性能的相关性。结果表明：当酚醛树脂的固体质量分数(以下简称“固含量”)、黏度、水溶性和pH值等基础参数基本相同时，4种砂带的磨削比、磨削效率和工件表面粗糙度最大值分别相差31.8%，27.2%，27.6%。酚醛树脂的热重、冲击强度和用其制作的砂带剥离强度都与砂带的磨削性能正相关；砂带磨削不锈钢时的主要失效形式为磨粒磨耗磨损、磨粒黏屑以及磨屑严重堵塞容屑空间。