CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2023年  第43卷  第6期

显示方式:
TA1纯钛毛细管化学辅助磁性复合流体抛光实验研究
薛玉峰, 张文韬, 武韩强, 孙旭, 郑旸轲, 吴勇波
2023, 43(6): 657-667. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0213
摘要(378) HTML (141) PDF 3157KB(77)
摘要:

对医用TA1纯钛毛细管内表面进行镜面抛光,有助于减小检测样本残留、提高毛细管移液精度,从而提高体外诊断设备的检测精度与可靠性。针对纯钛毛细管内表面质量差、材质难抛光的问题,提出一种新型化学辅助磁性复合流体抛光方法,将化学氧化与机械去除相结合,实现对毛细管内表面的高效精密抛光。采用单因素实验探究抛光液中的铁粉质量、过氧化氢质量分数与苹果酸质量分数对毛细管内表面材料去除率和粗糙度的影响,获得最佳抛光参数;检测在抛光过程中毛细管内表面的材料去除与元素变化,分析该技术用于纯钛毛细管内表面的综合抛光效果。结果表明:在铁粉质量为2 mg、过氧化氢质量分数为7.2%、苹果酸质量分数为6%的条件下抛光90 min后,纯钛毛细管内表面粗糙度由Ra 675 nm降至Ra 75 nm,无原始裂隙的平整抛光区域粗糙度低至Ra 19.5 nm,材料去除深度达28 μm,原始表面的细微裂痕被基本去除,粗壮裂隙减小;抛光过程没有引入其他元素。

2023上半年中国超硬材料行业统计与解析
孙兆达, 李志宏, 李利娟, 张贝贝, 马宁
2023, 43(6): 668-671. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.1005
摘要(434) HTML (178) PDF 1426KB(85)
摘要:

基于国家宏观经济表现和行业有关数据,结合海关进出口数据,分析中国超硬材料行业2023年上半年的发展情况。研究认为:受制造业结构调整的影响,中国超硬材料行业发展不及预期,包括工业总产值、销售收入、利润总额和出口交货在内的主要指标均处于负增长状态,特别是利润总额同比下降39.5%。在国际市场相对疲软的大背景下,得益于新兴经济体的快速发展,出口目的地日趋集中,包括中东和俄罗斯在内的市场表现出了更高的活力。建议有关企业采取积极决策,开拓新兴市场,争取产品突破,恢复发展活力。

PCD刀具超声振动辅助切削TiCp/TC4材料表面缺陷
宦海祥, 罗韬, 徐文强, 朱池磊
2023, 43(6): 672-683. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0154
摘要(382) HTML (175) PDF 10016KB(38)
摘要:

研究微观角度下PCD刀具超声振动辅助切削TiCp/TC4时,超声振动对材料表面缺陷的影响。基于ABAQUS/Explicit有限元软件,建立PTMCs二维切削微观非均质模型,开展不同体积分数下的多颗粒切削仿真;并采用仿真和实验相结合的方法,分析切削速度对切削温度变化的影响规律,阐述TiCp/TC4在切削过程中的颗粒受力破碎过程,讨论同体积分数的TiCp/TC4切削表面缺陷的表现形式。结果表明:超声振动切削时,切削温度始终较低,TiCp/TC4表面缺陷表现形式多为颗粒切断和颗粒突起;且超声振动能有效阻断颗粒与基体间的应力持续传递,使应力优先在颗粒间传递,减小了基体变形,促使颗粒破碎,提升材料表面加工质量,同时验证实验结果与仿真结果相符。

聚集体金刚石磨料研磨加工性能研究
方伟松, 阎秋生, 潘继生, 路家斌, 陈海阳
2023, 43(6): 684-692. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0218
摘要(316) HTML (157) PDF 3637KB(51)
摘要:

为实现蓝宝石等硬脆材料的高效率、低表面粗糙度研磨加工,提出利用陶瓷结合剂和微细金刚石磨料(粒径3 μm)烧结制成聚集体金刚石磨料(平均粒径30 μm)进行研磨加工新工艺。通过与3 μm和30 μm等2种单晶金刚石磨料对蓝宝石基片进行研磨加工对比实验,系统研究聚集体金刚石磨料的研磨性能。结果表明:聚集体金刚石磨料具有较高的材料去除率,相同条件下聚集体金刚石磨料加工15 min时材料去除率为1.127 μm/min;聚集体金刚石磨料具有较好的加工稳定性,研磨120 min时材料去除率为0.483 μm/min,相比于加工15 min时下降57.14%,而3 μm单晶金刚石磨料则下降78.02%;聚集体金刚石磨料与3 μm单晶金刚石磨料研磨蓝宝石的表面粗糙度相近,分别为Ra 9.45 nm和Ra 8.75 nm,远低于30 μm单晶金刚石磨料的Ra 246 nm。聚集体金刚石磨料能实现低加工表面粗糙度和高材料去除率的机理可以归纳为:多磨粒微刃产生去除作用可以获得低表面粗糙度,同时具有自锐性,提高材料去除效率并保证加工过程的稳定。

钠钙玻璃的单磨粒变切深划擦表面完整性实验
陈梦凯, 滕琦
2023, 43(6): 693-697. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0079
摘要(259) HTML (143) PDF 2425KB(26)
摘要:
以玻璃为代表的硬脆材料由于其高硬度、高脆性等特点,使其在加工过程中极易出现凹坑、脆性破碎及表面/亚表面裂纹等损伤,严重影响其使用性能和表面完整性。从单磨粒变切深划擦实验着手,研究在单磨粒划擦过程中速度变化对钠钙玻璃表面裂纹生成与扩展以及表面完整性的影响。结果表明:单磨粒变切深划擦实验能够实现磨削过程中的划擦、耕犁、切削3个阶段,且随着划擦速度增加,钠钙玻璃发生脆—塑转换的临界深度增加,划痕形貌及划痕边缘光滑度提升。
以Cr/CrSiN膜为过渡层在高钴硬质合金表面沉积金刚石薄膜
潘秋丽, 张荣良
2023, 43(6): 698-703. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0004
摘要(308) HTML (121) PDF 3074KB(27)
摘要:

为了解决在高钴硬质合金表面难以生长高结合力金刚石薄膜的问题,采用Cr/CrSiN膜为过渡层,用热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积纳米金刚石薄膜(NCD)、亚微晶金刚石薄膜(SMCD)和微晶金刚石薄膜(MCD),并对其结合力进行研究。结果表明:采用Cr/CrSiN过渡层可在高钴硬质合金表面沉积出结合力优异的金刚石薄膜,NCD的结合力最优,SMCD的结合力次之,MCD的结合力最差;当金刚石薄膜晶粒变大时,因金刚石薄膜韧性变差且过渡层碳化严重,金刚石薄膜的结合力变弱。

基于协同训练SVR的脆性材料亚表面微裂纹深度预测
任闯, 盛鑫, 牛凤丽, 朱永伟
2023, 43(6): 704-711. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0006
摘要(289) HTML (127) PDF 2096KB(35)
摘要:

为克服固结磨料研磨脆性材料的亚表面微裂纹深度有效样本数不足的困境,实现其准确预测,采用协同训练SVR构建预测模型,对比不同标记训练集划分方法对测试集均方误差的影响;后以监督学习PSO-SVR模型为对照,比较二者的预测性能;最后以标记训练集未包含的脆性材料微晶玻璃和氟化钙为加工对象,进行工件的研磨及角度抛光法裂纹深度检测实验,并将检测的4组亚表面微裂纹深度值与协同训练SVR模型的预测值对比。结果表明:分开划分法下的协同训练SVR模型具有更小的均方误差;相比于PSO-SVR模型,协同训练SVR模型的均方误差和平均绝对百分比误差分别减小9%和17%,且其对4组验证实验的预测误差在1.2%~13.8%。表明协同训练SVR模型,可较为准确地预测固结磨料研磨脆性材料的亚表面微裂纹深度。

磁性复合流体抛光氧化锆陶瓷的工艺优化
张泽林, 周宏明, 冯铭, 张祥雷, 陈卓杰
2023, 43(6): 712-719. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0003
摘要(288) HTML (142) PDF 3169KB(26)
摘要:
为提高氧化锆陶瓷工件的表面质量,采用磁性复合流体(由包含纳米级铁磁颗粒的磁流体与包含微米级羰基铁颗粒的磁流变液混合而成)对氧化锆陶瓷进行抛光,以达到降低材料表面粗糙度和减少表面与亚表面损伤的目的。利用田口方法设计3因素3水平正交试验,着重分析磁铁转速、加工间隙和抛光液磨粒粒径对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并采用方差分析法分析各因素对2个评价指标的影响权重。可达到最低表面粗糙度的工艺参数组合为:磁铁转速,300 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,1.25 μm。可达到最高材料去除率的工艺参数组合为:磁铁转速,400 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,2.00 μm。根据优化的工艺参数进行抛光,表面粗糙度最低可达4.5 nm,材料去除率最高可达0.117 μm/min,优化效果显著。利用遗传算法优化BP神经网络建立抛光预测模型,预测误差为3.948 4%。
天然金刚石的超声辅助研磨工艺仿真与实验
裴雷钢, 石广丰, 陈嘉增, 姚栋, 杨永明, 李俊烨
2023, 43(6): 720-726. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0060
摘要(359) HTML (163) PDF 2999KB(45)
摘要:

为提高天然金刚石研磨的表面质量,引入超声振动进行复合研磨加工,建立非弹性碰撞理论模型,计算超声振动幅值。以表面粗糙度为指标,研究超声振幅、研磨转速、磨粒粒度相关工艺参数对天然金刚石(100)晶面材料去除的影响,并寻求最优工艺参数。结果表明:(110)晶面易磨方向的振幅取值范围为3.1~8.7 μm,(100)晶面易磨方向的振幅取值范围为2.9~9.1 μm。通过正交实验获取的(110)晶面研磨最优工艺组合参数是超声振幅为6.0 μm,研磨盘转速为2 800 r/min,金刚石磨粒粒度代号为M3/6。与传统机械研磨相比,超声辅助研磨后的金刚石(100)晶面表面粗糙度Ra为16.21 nm,同比下降了63.83%。超声辅助研磨天然金刚石可以获得比传统机械研磨更好的表面质量。

SPH方法的单晶硅激光辅助切削仿真与试验
黄分平, 舒霞云, 许伟静, 常雪峰
2023, 43(6): 727-734. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0025
摘要(295) HTML (131) PDF 3767KB(32)
摘要:
单晶硅加工过程中很容易产生细微裂纹,从而影响表面加工质量。激光辅助加工(laser-assisted machining, LAM)可以软化代加工区域,有效减小切削力,延长刀具寿命,提高表面加工质量。建立热力耦合的SPH模型,来模拟单晶硅激光辅助车削过程,在不同温度条件下,探究裂纹扩展损伤和切削应力以及转速和切深对表面粗糙度的影响,并通过LAM试验,验证仿真结果的准确性。结果表明:提高温度有利于单晶硅的塑性切削,随着切削域温度的增加刀具应力逐渐减小,300 ℃时的刀具应力较常温下降低了约50%,表面加工质量有明显提升;且600 ℃时的切屑为塑性流动锯齿线条,其塑性大幅度提高。切削时应选择较小的切削深度,低于4 500 r/min的转速,单晶硅表面粗糙度Sa可在1.000 nm以下。
多片式衬底HFCVD系统沉积金刚石颗粒物理场的仿真优化
杨海霞, 伏明将, 罗健, 张韬
2023, 43(6): 735-742. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0031
摘要(328) HTML (146) PDF 2851KB(22)
摘要:
探索热丝化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition, HFCVD)合成高效优质的金刚石已成为研究热点。采用可提高金刚石颗粒单次沉积产量的新型多片式栅状衬底,应用FLUENT流体仿真软件,在原有单个出气口数量及进气总流量保持不变的情况下,优化传统模型,将单个进气口拆分成5个大小相等的进气口,对影响金刚石单晶颗粒均匀性的进气口数量和排布方式工艺参数进行仿真,对比分析HFCVD系统内气体的物理场。结果显示:4组优化模型均提高了衬底温度及流速的均匀性,有利于金刚石单晶颗粒的均匀生长,但对其沉积速率影响不显著;进一步分析优化模型的温度场,发现5个进气口及单个出气口分别位于反应腔体顶部和底部的中间位置时系统的温度差最低,最满足金刚石单晶颗粒在多片式硅衬底上均匀生长的条件。HFCVD金刚石单晶颗粒沉积试验验证了仿真结果的正确性。
SiC体积分数对铜基复合材料性能的影响
蔡佳宁, 樊子民, 乐晨, 李鑫, 唐明强, 赵放
2023, 43(6): 743-749. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0183
摘要(237) HTML (124) PDF 3282KB(28)
摘要:
采用热压粉末冶金法引入Al和Mg元素制备SiC/Cu复合材料,研究SiC体积分数对SiC/Cu复合材料性能的影响。采用X射线衍射、阿基米德排水法、三点弯曲法和扫描电镜分析复合材料样品的物相组成、相对密度、力学性能及微观形貌,并测定其导热系数和热膨胀系数,用ROM混合定律和Turner模型预测复合材料的热膨胀系数。结果表明:试样基体中生成了AlCuMg相,强度大幅增加,且以混合型断裂为主;当SiC体积分数较低时,SiC颗粒在基体中分散较均匀。当SiC体积分数为35%时,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数分别为98.81%、478 MPa、254.76 W/(m·K)和11.84 × 10−6 /K。随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒团聚较严重,复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数随之降低,其硬度呈先增加后降低的趋势,在SiC体积分数为45%时达到最大值110 HRB。Turner模型的预测值与复合材料实测值最为接近。
研磨盘运动特性对氮化硅陶瓷球成形影响性分析
葛自强, 李颂华, 吴玉厚, 孙健, 田军兴, 夏忠贤
2023, 43(6): 750-759. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0012
摘要(382) HTML (148) PDF 4149KB(18)
摘要:
为提高氮化硅陶瓷球加工精度,提出研磨盘偏摆运动可控的新型锥形柔性支承研磨方式,探究柔性支承研磨方式下陶瓷球成形机理。基于新型研磨方式建立仿真模型,深入分析研磨盘偏摆运动对于氮化硅陶瓷球研磨轨迹与受力状态影响。在搭建的新型锥形柔性支承研磨平台上进行正交实验,进一步分析研磨盘运动特性对球体成形的影响。仿真与实验结果表明:在柔性支承研磨方式下,随着研磨盘偏摆角增大,球体轨迹均匀性标准差从43.58降至35.49,最大接触力提升至初始值的4倍,陶瓷球平均球直径变动量从1.466 μm增至2.382 μm,批直径变动量从4.98 μm增至10.27 μm。研磨盘偏摆运动有利于优化研磨轨迹,但增大了球体受力的不均匀性,不利于改善氮化硅陶瓷球平均球直径变动量与批直径变动量,在实际加工过程中,研磨盘偏摆角需控制在0.02°以内。
镍基单晶高温合金DD5磨削成屑机理研究
于贵华, 朱涛, 蔡明, 安志欣, 王成静, 罗书宝
2023, 43(6): 760-771. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0169
摘要(249) HTML (121) PDF 5184KB(19)
摘要:
为研究镍基单晶高温合金DD5的磨削去除机理,提高其加工效率,针对镍基单晶高温合金具有显著各向异性的特点,建立基于Hill模型的三维有限元磨削模型,研究镍基单晶高温合金DD5的表面加工形貌和切屑形貌,分析切屑形貌演变过程及其磨削力变化,探究磨削速度对切屑形貌和切屑形成频率的影响。研究表明:在磨削参数范围内,加工DD5容易出现锯齿形切屑;磨削力呈稳定增加并伴有一定的周期性波动,其波动情况与锯齿形切屑相对应;随着磨削速度的增大,磨粒能更快进入切削阶段,其临界成屑厚度由0.225 μm最终降为0.158 μm,成屑阶段占比由85.0%提高到89.5%;临界划擦厚度受磨削速度变化影响不大;随着磨削速度的增加,DD5切屑形貌由锯齿分节密集堆叠的单元节状向连续型锯齿状转变,最后发展为条形带状切屑。
主轴式滚磨光整加工直齿圆柱齿轮齿面的颗粒作用行为
樊宇, 李文辉, 杨胜强, 李秀红, 杨英波, 冯利东
2023, 43(6): 772-781. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0002
摘要(248) HTML (122) PDF 4173KB(23)
摘要:
为探究主轴式滚磨光整加工中齿轮与颗粒接触界面处的作用行为,基于离散元法(discrete element method, DEM)对主轴式滚磨光整加工进行模拟仿真。首先阐述齿轮附近及齿面接触颗粒的运动形式,然后探究齿轮埋入深度、齿轮和滚筒的转速对齿面接触颗粒相对运动速度及齿面接触力的影响,最后通过实验进行验证。结果表明:主轴式滚磨光整加工对齿轮齿面的作用具有周期性;齿轮上下齿面受力不均匀,上齿面所受接触力是下齿面的1.5~1.8倍。增加齿轮埋入深度主要影响颗粒与齿面的接触力,埋入深度增大75%,齿面接触力增大76%;提升齿轮与滚筒转速则主要影响颗粒与齿面的相对运动速度,齿轮与滚筒转速增大150%,齿面接触颗粒相对运动速度增大148%。且增加齿轮埋入深度可减小齿轮齿面沿轴向的加工差异性,埋入深度由80 mm增大到140 mm后,上下齿面沿轴向的粗糙度下降率由17%和36%变为62%和55%,而改变转速和埋入深度对沿齿廓方向的加工差异性改变不明显。
第二十二届中国磨粒技术学术会议主题报告速览
马宇昊, 尹韶辉, 刘坚, 李明泽, 索鑫宇
2023, 43(6): 782-783. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0241
摘要(252) HTML (122) PDF 319KB(33)
摘要: