金刚石与磨料磨具工程

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张鹏, 杨雪峰, 陈冰威, 黄雷波, 骈小璇, 栗正新, 闫宁, 王孝琪, 孙冠男, 张鹏飞, 李志尧, 司治华, 陈强, 宜娟, 李金鑫

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0052

摘要(30)

摘要:
本文研究了硫酸-过氧化氢混合溶液脱钴的方法及其对PCD性能的影响。通过SEM观察到聚晶金刚石在室温脱钴48h后表面出现较大深度的腐蚀坑，钴相基本去除，上下表面脱钴深度分别为164 μm 和172 μm，通过EDS可以确定脱钴层剩余钴含量为0.93%，而未脱钴层剩余钴含量为7.64%，结果说明有87.83%的钴在实验中被硫酸-过氧化氢混合溶液溶解。样品脱钴之后，对其进行硬度测试，相较于脱钴之前，硬度变化不大，边缘点硬度最高，为89.7 GPa，中心点硬度最低为81.26 GPa，平均硬度为86.25 GPa。对聚晶金刚石样品进行残余应力测量，脱钴之前残余应力大小为483.91 MPa，脱钴之后残余应力大小为330.35 MPa，减少31.73%，说明脱钴可以有效降低PCD内部残余热应力。

B₂O₃对SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-N₂O系陶瓷结合剂结构与性能的影响

王照, 徐三魁, 黄威, 徐天兵, 韩平, 陈兆奇, 吴坦洋

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0041

摘要(43)

摘要:
有效降低超硬磨具用陶瓷结合剂的烧结温度、热膨胀系数等是该领域的研究热点之一。本文制备了不同B₂O₃含量的SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Na₂O的玻璃试样和陶瓷结合剂系列试样，利用电子多功能实验机、扫描电镜、显微硬度仪、平面流淌法、热膨胀系数测试仪等仪器，分别测试了不同玻璃试样的密度和显微硬度、结合剂试样的抗折强度、微观形貌和热膨胀系数等，并用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对陶瓷结合剂的结构和成分变化进行了分析。结果表明，将B₂O₃引入陶瓷结合剂可以有效降低烧结温度、提高热稳定性、调节热膨胀系数等作用，其中、加入15mol%的B₂O₃的陶瓷结合剂样条抗折强度最高为78.11MPa，玻璃的密度和硬度最高，分别为2.45g/cm³和856MPa。此外，加入7mol%的B₂O₃的陶瓷结合剂的热膨胀系数与金刚石最为匹配。X射线衍射仪结果表明陶瓷结合剂是典型的玻璃相结构，这将对磨料的起到良好包覆结合作用。论文探讨了B₂O₃引入对硼硅酸盐玻璃体系陶瓷结合剂结构与性能的影响规律。

针对砾岩层PDC刀具优选实验研究

程书婷, 王红波, 纪慧, 蔡茂盛, 李赛

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0072

摘要(29)

摘要:
针对砾岩层进行PDC钻头齿形优选和初步的布齿设计，对普通平面齿、锥形齿和斧形齿在砾岩岩样中进行单齿破岩实验，再对优选出的斧形齿进行仿真分析，优选斧形齿的最佳齿面角度，再与普通平面齿进行切削模拟，验证实验结果。分析结果表面：斧形齿在砾岩层中切削效率最高同时受力最稳定；140°斧形齿在砾岩中钻进效果更好；140°斧形齿配合30°后倾角时切削效率最高。

面向天线反射面表面富树脂层的树脂精密抛光试验研究

刘建奇, 康仁科, 田俊超, 董志刚, 鲍岩

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0044

摘要(34)

摘要:
针对新一代天线反射面对富树脂层表面的高质量加工需求，开展富树脂层抛光工艺试验，研究抛光时间、磨粒粒径、磨粒浓度、加载压力以及抛光转速对富树脂层表面粗糙度的影响规律。结果表明：在当前实验条件下，表面粗糙度随抛光时间的增加先减小后趋于稳定，随着磨粒粒径的增大而增大，随磨粒浓度的增加先减小后增大，随加载压力的增大而增大，随抛光转速的增加先减小后增大。在此基础上形成优化工艺参数组合，获得表面粗糙度S_a 4.73 nm的高质量富树脂层抛光表面。

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

吴成, 李军, 侯天逸, 于宁斌, 高秀娟

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0043

摘要(42)

摘要:
氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点，是最具代表的第四代半导体材料，具有广阔的应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷，实现高质量表面加工难，无法满足相应器件的使用要求，且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体，探究抛光垫和抛光液对抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明：当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、磨粒浓度100%、抛光液添加剂为草酸时，固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min，表面粗糙度Sa值为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

金刚石砂轮轴向进给磨削硬质合金的锯切力实验研究

任小柯, 黄辉, 苏珍发

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0040

摘要(40)

摘要:
本文利用金刚石砂轮进行了硬质合金轴向进给磨削试验。建立了水平磨削力、垂直磨削力与法向力、切向力的转化模型；测量了不同工艺参数下的磨削力变化；分析了工艺参数对法向力、切向力、轴向力的影响规律；建立了磨削力的经验公式。结果表明：在轴向进给磨削过程中，最大的磨削力是法向力，而轴向力略小于切向力。砂轮线速度对三个方向的磨削力的影响大致相同。磨削深度对三个方向的磨削力的影响明显不同。进给速度对磨削力的影响并不显著。

超硬磨料砂轮自动化复合修整机床CAM系统开发

陈根余, 蓝圣增, 王彦懿, 欧阳征定, 周伟, 李明全, 李杰

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0061

摘要(24)

摘要:
在超硬磨料砂轮修整领域，多工艺复合修整有明显优势，但是目前暂无砂轮复合修整自动化系统相关研究，为了使复合修整方法中多种工艺更系统的整合，提高成形砂轮的修整效率，本文结合自主研制的激光-机械复合修整装备，开发了一套CAM系统，该系统可根据不同砂轮截面形状，自动规划多工艺、多修整策略下的修整轨迹，计算平面三轴联动修整刀路，自动生成加工代码，同时设计了可视化界面仿真加工过程。对金刚石青铜结合剂砂轮进行修整试验，结果表明：该系统可以在保证机床不发生碰撞和过切的情况下，生成激光粗修、半精修，机械精修的加工程序，大幅提高复合修整方法的编程效率，修整后的砂轮轮廓误差在9.1 µm以内，圆跳动误差6.1 µm。

加工参数对单晶γ-TiAl表面质量和亚表层损伤的影响机理

姜军强, 梁桂强, 孙立辉, 董中奇

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0001

摘要(45)

摘要:
新型γ-TiAl高温合金密度低、比强度高，在发动机叶片领域具有广阔应用前景。为研究加工工艺参数(切削速度和切削深度)对纳米切削单晶γ-TiAl合金表面质量和亚表层损伤的影响机理，以分子动力学(MD)为基础理论，采用非刚性金刚石刀具，建立三维纳米切削模型，通过研究切屑体积、表面粗糙度、静水压分布、位错密度、位错演化、相变原子数，详细分析了不同切削速度和切削深度对表面和亚表面结构的影响，结果发现：随着切削速度的增加，切屑体积增大，表面粗糙度先减小后增加但存在临界值，位错的复杂程度以及位错密度减小，塑性变形程度增加；但随着切削深度的增加，表面粗糙度、位错密度以及塑性变形程度显著增加，并且在切削过程中发现位错主要分布在刀具前方和下方，且刀具前方45^o方向存在V形位错和梯杆位错以及位错间相互反应，切削完成后残留下空位和原子团簇等稳定缺陷。

整体叶盘回转辅助水平振动式抛磨的力学行为仿真分析

王志成, 李文辉

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0051

摘要(32)

摘要:
针对目前抛磨整体叶盘存在的加工效率低、均匀一致性差等加工难题，采用回转辅助水平振动式滚磨光整加工工艺方案对整体叶盘进行抛磨加工。基于离散元法（DEM）模拟加工过程中颗粒的作用行为，探究颗粒对整体叶盘的作用行为特征、作用力变化规律、作用力分布特征。结果表明：颗粒在整体叶盘流道区域与两侧无工件区域具有不同的运动特征，两侧颗粒仅能作用于整体叶盘的两侧区域；整体叶盘回转过程中，叶片在进出流场区域时会受到一些突变力的作用，沿回转方向叶片表面受力呈先增大后减小趋势，而且改变回转方向影响颗粒对叶背、叶盆的作用力波动幅度；颗粒对叶片表面的作用力存在明显的强弱差异，作用力RSD值在0.3～0.6之间，叶背强作用力主要集中于进气及叶尖区域，叶盆强作用力主要集中于排气及叶尖区域。

磁流变变间隙动压平坦化加工工艺及其机理研究

蔡志航, 阎秋生, 潘继生, 黄蓓, 曾自勤

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0004

摘要(75)

摘要:
为了提高磁流变抛光的抛光效率实现光电晶片的高效高品质超光滑平坦化加工，提出一种磁流变变间隙动压平坦化加工工艺方法。本文研究了不同变间隙条件下蓝宝石晶片表面抛光材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化，深入分析了磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明，通过工件对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动，能产生抛光压力的动态变化以及磁流变液的挤压强化效应，抛光效率与抛光效果显著提升。磁流变变间隙动压平坦化加工120 min后蓝宝石晶片的表面粗糙度由Ra 7 nm下降为了Ra 0.306 nm、材料去除率5.519 nm/min，相较恒定间隙磁流变抛光，表面粗糙度降低49%、材料去除率提高55.1%；通过改变变间隙运动速度可以实现对流场特性的调控，选择合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高抛光效率和表面质量。

四氧化三铁特性对单晶SiC固相芬顿反应研磨丸片性能的影响

路家斌, 曹纪阳, 邓家云, 阎秋生, 胡达

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0008

摘要(41)

摘要:
为提高单晶SiC研磨加工质量和加工效率，制备了固相芬顿反应研磨丸片，研究了固相催化剂Fe₃O₄粒径和浓度对研磨丸片物理性能(硬度、抗弯强度、气孔率)、催化性能及其对单晶SiC研磨加工性能的影响。结果表明，随着Fe₃O₄粒径的增大，丸片的硬度、抗弯强度、气孔率和催化性能都减小，材料去除率(MRR)从43.12 nm/min降低到36.82 nm/min，表面粗糙度(Ra)从1.06 nm增加到3.72 nm。随着Fe₃O₄浓度的增大，丸片的硬度和抗弯强度减小，气孔率和催化性能增强，虽然MRR有所降低，但表面粗糙度先降低后增加，MRR从40.14 nm/min下降到33.51 nm/min，表面粗糙度(Ra)分别为3.25 nm、1.75 nm和1.88 nm。在本实验中，当Fe₃O₄粒径为0.5 µm、浓度为29 wt.%时加工效果最好，MRR为43.13 nm/min，表面粗糙度达到Ra 1.06 nm。

碳化硅晶体电化学机械抛光工艺研究

王磊, 吴润泽, 牛林, 安志博, 金洙吉

, doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022-0029

摘要(82)

摘要:
针对碳化硅晶体抛光效率低的问题开展了碳化硅晶体电化学机械抛光研究。对比了NaOH、NaNO₃、H₃PO₄三种电解液电化学氧化碳化硅晶体的效果。选用0.6 mol/L的NaNO₃作为电化学机械抛光过程的电解液，使用金刚石-氧化铝混合磨粒，通过正交实验研究了载荷、转速、电压、磨粒粒径对电化学机械抛光碳化硅晶体的表面质量和材料去除率的影响。采用优选的试验参数进行抛光实验，可在粗抛阶段实现20.259 μm/h的高效材料去除，并最终通过精密抛光获得表面粗糙度Sa 0.489 nm的光滑表面。

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