基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性。结果表明:石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100μm、磨抛压力7 N、主轴转速1500 r/min、磨具偏角20°时,经60 min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069μm降至0.089μm,材料去除率为8.893×10^(8)μm^(3)/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7%。研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据。

超硬材料磨具的研究和发展动态

文章在说明我国经济和科学技术的快速发展,超硬材料磨具行业也取得了长足进步的基础上,介绍了一些新材料、新生产工艺和新装备被引进我国超硬材料磨具的生产和研究中来,促进了我国超硬材料磨具行业的发展和技术进步;并展望了磨具的发展方向。

石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响

本文通过调整Fe-Co-Cu-Sn中石墨烯的含量来探究石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等测试了铁基金属结合剂金刚石磨具的显微结构、物相结构、力学性能和物理性能。结果表明:结合剂中石墨烯的含量仅对晶相含量有影响;当石墨烯含量为0.4%(质量分数)时,磨具的抗弯强度最高,为256.0 MPa,较无石墨烯磨具提高了17.4%;随着石墨烯含量增加,石墨烯由片状均匀分布转变为逐渐团聚,断口组织由脆性断裂转变为韧性断裂,磨具的热膨胀系数逐渐降低,导热系数逐渐提高;磨具的磨耗比呈先增加后减少的趋势,当石墨烯含量为0.4%时,磨耗比最高,为199.8,较不添加石墨烯的磨具提高了约21%。

旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷用金刚石磨具磨损行为研究

热压烧结Si_(3)N_(4)陶瓷材料常应用于航天飞行器中关键耐高温零部件,但由于高硬度和低断裂韧性,其加工效率和加工表面质量难以满足制造需求。为了提高热压烧结Si_(3)N_(4)陶瓷旋转超声磨削加工质量,减小由于金刚石磨具磨损带来的加工误差,开展了磨具磨损行为研究。基于热压烧结Si_(3)N_(4)陶瓷旋转超声磨削加工实验,分析了金刚石磨具磨损形式;基于回归分析建立了金刚石磨具磨损量数学模型,揭示了加工参数及磨具参数与金刚石磨具磨损量间映射关系;并研究了磨损形式与磨具磨损量及加工表面粗糙度影响规律。结果表明:磨粒磨耗是旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷用金刚石磨具最主要磨损形式,比例超过50%;主轴转速和磨粒粒度对磨具磨损量影响最为显著;且磨损量较小时,加工表面粗糙度值反而增加。以上研究可为提高旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷加工精度和加工质量提供指导。

砂带异形涂附磨具的设计与应用

本文论述了砂带磨削的特点和利用砂带再制的异形涂附磨具的设计及其应用场合。采用异形涂附磨具是解决难磨削复杂零件的磨削加工的新方法，磨具的开发和研究具有实用价值。

润滑剂对金属磨具湿法成形组织和性能的影响

为研究不同润滑剂的微观结构和热力学性能及其对湿法成形毛坯或烧结组织的结构和力学性能的影响,在金属磨具中添加不同的润滑脱模剂并以湿法轧制成形和脱脂烧结,使用同步热分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等设备分析试样的性能。结果表明:硬脂酸锌的脱脂残留量(质量分数,下同)约为20.00%,残渣为纳米级颗粒的团聚体,HV1润滑剂的残留量仅为3.00%,残渣为尺寸约10μm的互锁型无规则颗粒;HV1和硬脂酸锌润滑剂均对湿法成形有较好的脱模效果,但添加HV1和硬脂酸锌润滑剂的压坯密度分别降低0.5%和5.0%,烧结样品的密度分别降低1.5%和3.4%,抗弯强度分别降低4.4%和9.1%。相比于硬脂酸锌润滑剂,HV1对压坯和样品性能的影响较小,同时具有较好的脱模效果,更适用于金属磨具各类湿法成形的应用。

金刚石树脂磨具的改进

以金刚石、立方氮化硼为磨料制造的树脂磨具、青铜磨具、陶瓷磨具、电镀磨具以及新兴的柔性磨具、单层钎焊磨具等超硬磨料的磨具 ,具有磨削力小、磨削温度低、磨削比高和加工精度高、效率高等特点 ;磨具的钢基体、铝合金、胶木以及新兴的铝 酚醛等不同材质的基体对磨具的寿命、加工效率和加工质量有着不同的影响规律 ;磨料、结合剂、辅助填料的弃旧更新以及配方的改进 ,有效地改善磨具性能 ,促进磨具更新换代 ;表面镀覆 ,磨料强度得以提高 ,同时减缓了对树脂结合剂的热冲击 ,提高了结合力 ,从而显著延长了磨具寿命 ;磨具的精加工和动平衡检查是保证高档精密磨具质量的重要措施。

线电极电火花磨削微细轴表面的液体磁性磨具抛光试验研究

为去除线电极电火花磨削加工微细轴表面的重铸层并提高表面质量,采用液体磁性磨具方法抛光微细轴,设计了液体磁性磨具抛光装置并集成至现有线电极电火花磨削机床,实现了对微细轴的在线抛光。采用液体磁性磨具对线电极电火花磨削后的钨材质微细轴进行抛光试验,并以黄铜材质微细轴作为对比,分析了液体磁性磨具抛光对单位材料去除量、末端摆动以及微细轴表面质量的影响。研究结果表明,微细表面材料可被均匀去除,钨微细轴形状刚度较好时抛光后的末端摆动几乎和抛光前一致,线粗糙度可从Ra0.1μm降到Ra0.05μm以下,并能有效去除表面的重铸层。

旋转超声磨削加工中影响磨具寿命的结构参数优化

为了提高陶瓷基零部件的旋转超声磨削加工精度,降低磨具磨损造成的加工误差,建立了超声振动磨具寿命与磨粒粒度、浓度、磨具内圆直径等结构参数间关系的数学模型,对影响超声振动磨具寿命的结构参数进行了优化。首先,基于响应曲面法,建立了青铜基超声振动磨具二阶寿命模型,通过Box-Behnken实验对超声振动磨具寿命模型进行了拟合。然后,通过有效性和显著性检验,验证了所建立的超声振动磨具寿命模型。最后,通过拟合影响因子与超声振动磨具寿命关系的响应曲面和等高线,分析了各因素对磨具寿命的交叉影响,并优化了磨具的结构参数。结果表明:当磨粒粒度为D98.85、浓度为77.36、磨具内圆直径为5.34mm时,去除体积为9 600mm3、致密度为85%的Si3N4陶瓷材料后,磨具磨损量只有0.006 9mm,显示优化后超声振动磨具寿命可以达到旋转超声精密磨削加工要求。

第五届中国涂附磨具国际论坛于湖北宜昌成功举办

由中国机床工具工业协会涂附磨具分会主办的第五届中国涂附磨具国际论坛于4月11-12日在湖北宜昌举行。作为涂附磨具行业高端技术交流平台,本届论坛吸引了国内外众多行业企业、科研院所及相关机构260多位代表踊跃参加,其中多位来自美国3M、法国圣戈班、德国VSM等行业巨头企业。

砂带异形涂附磨具的设计与应用

论述砂带磨削的特点和利用砂带再制的异形涂附磨具的设计及其应用场合。采用异形涂附磨具是解决难磨削复杂零件的磨削加工新方法,磨具的开发和研究具有实用价值。

环氧树脂在异型石材磨具中的应用

利用酚醛树脂作为结合剂、环氧树脂作为改良剂制备异型石材磨具，研究环氧树脂、酚醛树脂和致孔填充剂含量对细磨磨具的磨削性能和抛光磨具的抛光性能的影响。要得到较高的磨削比和抛光光泽度，各组分的最佳含量（质量分数）值是：酚醛树脂为２５％～２０％，环氧树脂为２０％～２５％，致孔填充剂为２０％～２５％。

超硬磨具发展情况

河南工业大学材料学院,具备国内超硬材料及制品和磨料磨具工程两个本科专业方向,和磨料磨具、超硬材料、高温材料等团队。1956年成立以来针对先进磨料磨具、高端超硬材料制品等方面的前沿技术和科学问题开展研究。近五年获得河南省科技进步一等奖2项、发表相关学术论文120篇、制定国家标准3项、承担国家级课题4项、承担河南省重大科技专项3项、授权发明专利12项。研究成果同工程应用结合紧密,培养的人才活跃在超硬材料及制品、磨料磨具行业第一线,为行业的发展做出了卓越贡献。

涂附磨具静电植砂电极特性研究

本文根据高压静电场理论,对涂附磨具静电植砂机的平板电极及圆柱平板电极的静电场特性和电极参数进行了分析计算,为设计静电植砂机电极、确定电极结构提供了理论依据.

用于陶瓷加工的金刚石磨具

介绍了金刚石磨具的结构,详细阐述了在陶瓷砖用烧结金属结合剂和树脂结合剂金刚石磨具制备中金刚石磨料的选择和应用,以及结合剂的种类和结合剂对金刚石磨轮性能的影响。

固结磨具用磨料粒度组成及其检测方法新标准介绍

１前言磨料粒度组成是磨料的重要质量技术指标，普通磨料按用途分固结磨具用和涂附磨具用两大类。固结磨具用磨料粒度组成及其检测方法新国家标准已于１９９８年１１月１８日发布，并于１９９９年９月１日起实施。新标准代替原ＧＢ２４７７—８３《磨料粒度及其组成》和Ｇ...

磁流变弹性体磨具的制备及其性能研究

针对现有超精密加工技术存在的加工效率低、易造成工件表面损伤和难以加工复杂曲面等问题,研制出一种柔性可控的新型研抛介质磁流变弹性体磨具,并研究了外加磁场对其微观结构和性能的影响规律。设计了一套热磁力耦合模压成形装置,在零磁场和外加磁场下制备出各向同性和各向异性磁流变弹性体磨具;分析了外加磁场对新型磨具微观结构、力学性能及材料去除性能的影响情况。结果表明:制备过程中施加的磁场会使磁流变弹性体磨具基体内部的羰基铁颗粒形成链状排列结构,制备完成后磁流变弹性体磨具的压缩弹性模量和研抛性能随着磁场的增强而不断提高,通过分析磁场对磁流变弹性体磨具的微观结构与性能的影响规律,证明了该磨具可实现磁控柔性研抛加工。