金刚石与磨料磨具工程

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夏禹豪, 李艳春, 耿传文, 李方辉, 马志斌

2018, 38(3): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0001

摘要(351)

PDF 1303KB(14)

摘要:
在波导耦合的微波等离子体化学气相沉积制备金刚石的装置中引入双基片台结构，用光谱仪测量等离子体的发射光谱，用Raman光谱仪和SEM分析生长的单晶金刚石的Raman位移和表面形貌，对比研究双基片台结构对等离子体发射光谱和单晶金刚石生长的影响。研究表明：双基片台结构可以提高等离子体的功率密度。在相同的沉积参数下，双基片台结构有利于提高等离子体发射光谱的强度，从而显著提高单晶金刚石的生长速率，最快可达到24 μm/h。生长的单晶金刚石具有金刚石Raman特征峰的偏移度更小，Raman特征峰的半高宽更窄，非金刚石相含量更少的特点。

人造金刚石表面的改性研究概况

韩平, 郭月萍, 王淑芳, 栗正新

2018, 38(3): 6-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0002

摘要(635)

PDF 832KB(62)

摘要:
综述了人造金刚石表面改性的3种主要方法：一是金刚石表面的金属化，如物理、化学气相沉积，化学镀、电镀、真空微蒸发镀、盐浴镀等，主要应用在金刚石工磨具和电子封装材料上；二是偶联剂或表面活性剂处理金刚石，以改善金刚石与有机体系的界面性能，在金刚石粉体分散和树脂磨具中应用；三是金刚石薄膜和纳米金刚石的功能化处理，在电化学、生物传感器、电极等材料上应用。为金刚石表面改性的研究和应用提供参考。

硼掺杂金刚石薄膜的制备和性能研究

许青波, 王传新, 王涛, 代凯, 夏述平

2018, 38(3): 11-15,20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0003

摘要(480)

PDF 1440KB(26)

摘要:
通过热丝化学气相沉积法，在硅基上沉积硼掺杂金刚石薄膜，研究硼源流量对硼掺杂金刚石薄膜的导电性能、晶粒尺寸、晶面方向及残余应力等的影响。结果表明：随硼流量增加，金刚石薄膜电阻迅速降低；超过一定流量后，薄膜的缺陷和杂质增多，阻碍了电阻的进一步下降。硼流量在0~25 mL/min内逐渐升高时，金刚石薄膜平均晶粒尺寸从3.5 μm增长到8.3 μm，硼元素促进了（111）晶面的生长；硼流量继续增大到35 mL/min时，对（111）晶面的促进作用减弱，晶粒尺寸减小且晶粒表面缺陷增多而失去完整性。X射线衍射分析表明：随硼流量增加，金刚石薄膜（111）晶面和（110）晶面的衍射峰面积比，呈先增加后减少的趋势，在硼流量为20 mL/min时达到最大值；且硼掺杂金刚石薄膜残余应力为压应力。在硼源流量小于10 mL/min时，应力随流量的增加而减小；当硼流量大于30 mL/min时，应力随流量的增加而增大。

聚晶金刚石复合片脱Co增强性能研究

秦伟丽, 衡军, 骈小璇, 栗正新, 栗晓龙

2018, 38(3): 16-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0004

摘要(318)

PDF 2567KB(22)

摘要:
在制备普通聚晶金刚石复合片（PDC）的基础上，将一次合成的聚晶金刚石进行脱Co处理，再重新组装进行二次合成。新合成PDC的耐磨性、抗冲击性能和耐热性等有很大提高，其平均体积磨耗比达到5.20×10⁶，比普通产品的磨耗比高约40%；金刚石层中Co的减少并未造成其抗冲击性能的下降；耐热性能也大幅度提高。脱Co处理能有效减少金刚石层中的Co含量，并改善其结合剂分布的均匀性，抑制结合剂的局部聚积，最终使金刚石层中D-D键数量明显增多，PDC的耐磨性提高。

基体热处理使PCD刀具适于断续切削

苏彦宾, 邵慧丽, 武瑞阁

2018, 38(3): 21-23,35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0005

摘要(284)

PDF 1504KB(10)

摘要:
聚晶金刚石（PCD）刀具的韧性较差，极少用于带有冲击性的断续切削加工，限制了其应用范围。为改良刀具性能，通过热处理工艺优化刀具基体，加固PCD和基体的结合，制成新型的PCD刀具。通过断续切削铝合金实验，分析新型刀具的使用寿命以及表面磨损状况。结果表明：刀具基体优化后，金刚石层与硬质合金基体之间的结合力提高，刀具抗冲击能力提高。新型刀具在切削128 min后没有出现崩刃现象，其磨损量仍在可控范围，适用于断续切削生产。

Study on the characteristics of PCBN materials at home and abroad

XIE Hui, FENG Fei, XU Zhihao, DENG Fuming

2018, 38(3): 24-29. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0006

摘要(315)

PDF 1372KB(58)

摘要:
The main developments and research of polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) products are reviewed based on categories, binders, microstructure homogeneity and impact toughness. Moreover, new materials such as nano-polycrystalline CBN and non-binder PCBN are introduced, including characteristics and future applications.

有序排布热压孕镶金刚石钻头的性能研究

张丁元, 潘秉锁

2018, 38(3): 30-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0007

摘要(360)

PDF 2509KB(19)

摘要:
用点胶-热压法制备了有序排布孕镶金刚石钻头，并用形貌仪观测了钻头的表面形态以及通过室内钻进实验研究其钻进性能。结果表明：在进尺数相同的情况下，有序排布钻头的钻进效率比随机排布钻头高出23%，有序排布钻头的金刚石颗粒出刃高度比随机排布钻头高出1倍；而且有序排布钻头的胎体磨损呈有利于金刚石颗粒自锐的蝌蚪状。有序排布的钻头金刚石表面出现微破碎，与随机排布钻头的2种金刚石极端磨损形貌相比，在钻进过程中优势明显。

圆锯片淬火过程中的应力分析及工艺参数优化

张百年, 张进生, 鞠军伟, 陈晓涛

2018, 38(3): 36-41. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0008

摘要(290)

PDF 1370KB(6)

摘要:
针对φ600 mm圆锯片淬火后变形大、影响圆锯片使用性能的问题，基于数值计算法分析其淬火残余应力的分布特性。分析结果表明：在整个淬火过程中，圆锯片淬火有效残余应力表现为拉应力；淬火结束后，中心孔附近的应力最大，其次为外圆齿附近的应力，中心孔与外圆齿中间位置的应力最小。以淬火奥氏体形成温度和保温时间为优化变量，淬火残余应力为优化目标函数，用响应曲面优化法对圆锯片淬火参数进行优化。优化结果表明：当奥氏体形成温度837℃，保温时间5 min时，最低残余应力为199 MPa。

低刚度约束下复合材料螺旋铣磨制孔

高航, 姚舜铭, 鲍永杰, 刘旭超

2018, 38(3): 42-47. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0009

摘要(297)

PDF 1856KB(7)

摘要:
针对复合材料构件空间狭小、加工可达性差、加工精度不足的问题，使用基于微刃切削原理的电镀金刚石磨具，在低刚度约束下螺旋铣磨制孔。通过理论分析磨粒切削长度和实验对比加工效果，发现：相较于普通硬质合金刀具，金刚石磨具的磨削力峰值降低30%，且普遍低于60 N；用金刚石磨具加工的孔边缘几乎无毛边，也不见磨削烧伤。采用微刃切削方法可降低切削力，减少加工毛刺，提高加工精度。

氮化硅陶瓷超声辅助铣磨中的温度变化

曹有为, 乔国朝, 张旭尧

2018, 38(3): 48-52,69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0010

摘要(323)

PDF 1863KB(9)

摘要:
为探究氮化硅陶瓷超声辅助铣磨加工中铣磨温度的变化，以提高陶瓷加工质量，降低其热损伤，用FLIR SC325红外热像仪为测量工具，以单因素实验法研究主轴转速、进给速度、切削深度和超声振动作用对铣磨温度的影响。结果显示：主轴转速升高，铣磨最高温度逐渐降低；在相同的切削长度下，进给速度加快，加工时间缩短，最高温度稍有降低；切削深度对铣磨最高温度的影响呈现阶段性；在无冷却液干磨的条件下，超声铣磨的最高温度稍高于普通铣磨的最高温度。

PCD刀具高速干式切削铜合金的磨损研究

杨海军, 董海, 王磊, 朱袁琦

2018, 38(3): 53-57. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0011

摘要(388)

PDF 2946KB(10)

摘要:
使用PCD刀具对锡青铜合金材料进行高速干式切削试验，分别采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）对刀具的磨损形貌进行观察和磨损区域化学成分进行分析，并以此研究了PCD刀具的磨损机理。结果表明：在高速干式切削条件下，PCD刀具主要表现为前刀面的片状剥落和后刀面的轻微破损；同时还伴随着机械应力和热应力冲击下的脆性破损，出现崩刃、切削刃整体断裂以及前后刀面的大面积剥落。刀具磨损的主要原因是高温作用下的氧化磨损和扩散磨损。

工件旋转磨削表面纹理数值预测模型分析

曹治赫, 林彬, 周平, 康仁科

2018, 38(3): 58-63. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0012

摘要(258)

PDF 1548KB(10)

摘要:
工件旋转磨削广泛用于加工单晶硅、玻璃、陶瓷等硬脆材料，预测其磨削表面纹理特征对研究磨削机理、优化磨削工艺有重要意义。基于对现有工件旋转磨削仿真模型的分析与实验验证，讨论其存在的问题及改进方向：在超细砂轮模型中应修正有效磨粒数；基于现有单磨粒划擦实验的基本结论和超精密磨削的特点，工件材料回弹、磨粒刃尖半径以及磨粒成屑临界切深是需进一步考虑的因素。研究结果有助于提升对磨削机理和工艺的认识，进而提高工件旋转磨削效率。

基于磨削力的磨削区表面温度场理论模型

何玉辉, 冯珂, 唐楚, 唐进元

2018, 38(3): 64-69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0013

摘要(417)

PDF 1200KB(16)

摘要:
为研究磨削热产生的机理、改善加工质量，从磨削力的角度，分析磨削工件表面温度并进行纯理论建模。将磨削力分为切削变形力和摩擦力2部分，分别研究其同加工参数的关系。计算切削变形力和摩擦力的切向分力，并结合切向分力同热源强度的关系，建立磨削表面最高温度的理论模型。通过磨削45号钢并进行测温实验，确定模型中的常数，进而确定模型。研究发现：工件表面温度随切深、进给速度和砂轮转速增大而增大；表面温度模型的理论值与实验值之间的最大相对误差为5.04%，平均相对误差为2.47%。证明此方法可用于磨削表面温度场分析，进而改善加工表面质量。

磨料浆体射流抛光模具钢的试验研究

王荣娟, 王成勇, 文武, 陈志桦

2018, 38(3): 70-74. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0014

摘要(282)

PDF 1430KB(8)

摘要:
通过磨料浆体射流抛光加工SKD12模具钢的试验研究，分析了浆体射流的加工参数与抛光加工工件表面质量之间的关系，得出了各个工艺参数对磨料浆体射流加工质量的影响规律。结果表明：模具钢抛光表面R_a值与磨料尺寸成正比，与工件的初始R_a值无关；走刀速度4 mm/s、喷射压力0.7 MPa、靶距5 mm、磨料浓度75 g/L时工件表面质量最佳；氧化铝磨料比碳化硅磨料抛光质量高；当走刀间距为1.25D时表面粗糙度值最低，且喷嘴直径越大表面R_a值越小。

高效光饰加工技术在航空发动机典型零件加工中的应用

汪斌, 何坚, 余杰, 裴润森, 戴晨伟

2018, 38(3): 75-80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0015

摘要(355)

PDF 3169KB(12)

摘要:
光饰加工作为改善工件表面质量的最终工艺，因其抛光效率高、加工质量好等优点，逐渐在航空发动机零部件的加工中得到广泛应用。本文在概述光饰加工基本原理的基础上，全面分析了高效光饰加工技术所需的光饰机、磨块和光饰剂等方面的研究成果，并简要阐述了高效光饰加工技术在航空发动机叶片、盘、轴、机匣等典型零件加工中的应用情况。

大径厚比铜片的化学机械抛光

万策, 金洙吉, 吴頔, 刘作涛, 司立坤

2018, 38(3): 81-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0016

摘要(378)

PDF 1578KB(10)

摘要:
以次氯酸钠为氧化剂，六偏磷酸钠为络合剂，OP-10乳化剂为表面活性剂，硅溶胶为磨料配制抛光液（pH 9），对粗抛光后的大径厚比铜片进行化学机械抛光。测量铜片抛光前后的平面度与表面粗糙度，用X射线能谱仪分析铜片表面的元素组成，用X射线衍射仪分析铜片表面的物相及残余应力。试验结果显示：铜片的平面度PV值由抛光前的4.813 μm降至抛光后的2.917 μm，表面粗糙度R_a值由抛光前的31.373 nm降至抛光后的3.776 nm；抛光前后铜片表面的元素组成及物相无明显变化，化学作用与机械作用达到了平衡，磨粒与抛光垫形成的机械作用能迅速去除铜片表面的氧化物层；且化学机械抛光显著降低铜片粗抛光后表面产生的残余应力。

PDC实钻性能的测试与评价

孙荣军, 谷拴成, 石智军, 张幼振, 张献振

2018, 38(3): 86-90. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.3.0017

摘要(353)

PDF 2400KB(16)

摘要:
在总结分析国内外有关PDC切削齿性能测试方法的基础上，采用常规检测方法对不同生产厂家的5种PDC产品的磨耗比、冲击韧性和热稳定性进行测试、评价和优选，并对优选出的2种PDC在微钻试验平台上进行实钻性能测试。结果表明：用微钻试验的钻进效率衰减系数和钻进效率均峰值来评价PDC实钻性能，方法科学，数据准确，结果实用，可作为煤矿用PDC钻头切削齿选型的参考依据。