金刚石与磨料磨具工程

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单层金刚石工具螺旋钻削复合材料的性能比较

SULTANAIreen, 史忠德, ATTIAHelmi, THOMSONVincent

2023, 43(3): 273-284. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.1003

摘要(297)

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PDF 5128KB(46)

摘要:
使用不同形状、不同磨粒尺寸的单层金刚石工具以螺旋钻孔方式加工多向碳纤维-环氧树脂层压板，比较各工具的加工性能。在复合材料上钻孔时，和传统钻削相比，螺旋钻孔是更先进和完善的方法。选择7种不同工具开展性能试验，研究金刚石磨粒尺寸、刀具槽口类型和末端几何形状对钻进力、温度、钻进缺陷和表面完整性的影响。结果发现高速旋转钻削可以显著降低钻削力。使用磨粒尺寸更小的工具进行加工，可以改善钻孔表面粗糙度，但是其钻削力更大、钻削温度更高。带有槽口的工具可以减轻工具表面堵塞。和平直末端或无槽口的工具相比，球形末端的工具性能更好。

基于工业三维检测的点云配准技术研究进展

王水仙, 邓朝晖, 葛吉民, 刘伟

2023, 43(3): 285-297. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0164

摘要(223)

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PDF 3711KB(45)

摘要:
随着制造业的发展，所需零件逐渐向大尺寸、复杂形状、表面加工质量高等方向发展，且在加工过程中对零件质量进行检测是必不可少的环节。为提高质量检测的精度、速率以及自动化程度等，基于模型分析的三维检测取代了传统的手工检测和二维检测，成了工业检测领域的重要手段。点云配准作为三维检测中的关键环节，其精度直接影响检测结果的准确性。因此，对国内外学者在点云配准技术方面的主要研究成果进行综述，从算法原理出发，将目前的配准方法归纳为传统配准方法、基于仿生群智能优化算法的配准方法和基于深度学习的配准方法。详细介绍了各类方法的特点、优缺点、典型算法及其变体，总结了点云配准的技术难点并对未来的发展趋势进行了展望。

四柱压机的精密压制技术

冯克明, 王庆伟, 杜晓旭, 贾伟民, 夏学锋

2023, 43(3): 298-304. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0215

摘要(196)

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PDF 3220KB(22)

摘要:
为提高砂轮成形精度，对其用四柱压机的压制方式进行调研、检测、梳理、分析，发现传统压机压制时普遍存在三心不同轴、压力易偏载、导向不均匀现象。对此，基于力的直线传递原理，提出力心压制新方案，制作新式试验压机并进行压制试验。新压机去除了四柱导向功能，提高了系统刚性，重新确定了力心位置等，且全面消除了所有附加力矩的干涉。砂轮批量成型试验结果发现：砂轮毛坯厚度差降低了10.3%～16.5%；力心压制方式明显优于传统压机压制方式，适于小尺寸制品的近净尺寸成形。

水气联合雾化制备超细铁粉及其在激光焊锯片上的应用

李鑫, 李世进, 乐晨, 樊子民, 蔡佳宁

2023, 43(3): 305-312. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0103

摘要(202)

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PDF 2462KB(21)

摘要:
用水气联合雾化工艺制备超细铁粉，对比超细铁粉、还原铁粉和羰基铁粉的物性和微观形貌，并在一定的热压工艺下制备3种铁粉的烧结块，考察其断口形貌和力学性能；同时，在一定焊接条件下将3种铁粉应用于激光焊锯片的过渡层，考察其焊接性能。结果表明：水气联合雾化工艺制备的超细铁粉颗粒较细、氧含量低、纯度和球形度高、烧结活性好；且烧结块断口存在明显韧窝组织，其韧性较高，在较低的烧结温度下便可达到较大的致密度、硬度及抗弯强度。将超细铁粉应用到激光焊锯片过渡层中，锯片焊接强度远高于欧盟EN13236标准规定的600 MPa。在烧结压力为35 MPa、烧结温度为810 ℃、保温时间为3 min时制作刀头，再用此刀头制作锯片，锯片达到的最大焊接强度为1 900 MPa。

金刚石刀具微纳米切削单晶镍亚表面损伤

孙思光, 李翔

2023, 43(3): 313-321. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0149

摘要(264)

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PDF 6024KB(30)

摘要:
采用分子动力学软件Lammps研究金刚石刀具微纳米切削单晶镍的微观动态过程，分析不同切削方向和不同切削深度下单晶镍微纳米切削过程中缺陷的类型、切削力和损伤的关系以及位错线的演化规律。结果表明：刀具的挤压和剪切作用使单晶镍工件产生高压相变区和非晶区，其亚表层存在原子团簇和位错滑移。沿[100]晶向切削，切削力最小，且位错损伤层厚度最小为2.15 nm；沿[111]晶向切削，表面层的质量最好，但损伤层厚度最大为3.75 nm。切削过程中，位错线的总长度整体呈上升趋势，[110]方向去除的原子区域最大，位错线长度最大。切削深度越大，晶体内部的位错滑移和非晶化越严重。

切削SiCp/6005Al复合材料的PCD刀具磨损

林洁琼, 贾茹, 周岩, 谷岩

2023, 43(3): 322-331. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0143

摘要(206)

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PDF 4480KB(32)

摘要:
为研究SiCp/6005Al切削时的刀具磨损机制及刀具磨损对切削力、切削温度、工件表面质量的影响，进行不同转速V和不同进给速度f下的切削试验，观察每组试验刀具切削后的磨损形貌，并通过监测动态切削力和切削温度来探究刀具的磨损机制。结果表明：工件转速提高使切削温度明显升高，但对切削力的影响很小；进给速度提高使切削力明显升高，而切削温度的变化范围较小。改变进给速度带来的力载荷变化是影响前刀面磨损的主要因素，改变工件转速带来的切削温度变化是影响后刀面磨损的主要因素。此外，刀具磨损是磨粒磨损、黏结磨损的综合作用结果，且刀具磨损会对切削力、切削温度和加工表面质量产生不利影响。

小模数齿轮的缓进深切成形磨削实验

易军, 李治宏, 周炜

2023, 43(3): 332-339. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0163

摘要(179)

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PDF 3892KB(22)

摘要:
针对高精度齿轮加工工艺路线长的问题，提出小模数齿轮缓进深切成形磨削方法并开展磨削实验，分析不同进给速度对磨削功率、工件磨削烧伤、砂轮磨损等的影响规律，且采用复刻法研究砂轮的磨损过程。结果表明：磨削功率峰值随进给速度的增加而增大；当进给速度超过150 mm/min时，工件表面发生磨削烧伤，其磨削表面的硬度明显高于工件初始表面的硬度，且工件表层发生了马氏体相变；距离磨削表面的深度增加，其硬度值均呈下降趋势，且齿底位置的硬化层深度小于齿廓两侧的硬化层深度；砂轮的磨损过程分为初期磨损、稳定磨损和快速磨损阶段3个阶段，其中稳定磨损阶段的材料去除体积约为2 000 mm³，过大的进给速度将引起砂轮的严重磨损。

SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究

曹桂新, 董志国, 张泽华, 侯张敏

2023, 43(3): 340-347. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112

摘要(195)

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PDF 2905KB(33)

摘要:
针对SiCp/Al逐层磨削两相三维重构需要精密高效端磨的问题，基于单颗磨粒磨削SiCp/Al的磨削力，在考虑切屑变形力、摩擦力、SiC颗粒断裂破碎力的基础上，建立SiCp/Al的端磨磨削力解析模型，结合试验研究切削速度、工件进给速度和轴向磨削深度等参数对加工表面粗糙度的影响规律，并探讨SiCp/Al金相表面快速磨削的加工工艺。结果表明：构建的端磨磨削力解析模型与试验的法向磨削力F_n的总体平均误差为12.98%，切向磨削力F_t的总体平均误差为3.49%；表面粗糙度随切削速度增大而减小，随进给速度和轴向磨削深度的增大而增大；用磨料颗粒基本尺寸为13.0 μm的磨具，经过6次磨抛获得良好金相表面，所需磨削加工时间为600 s，可实现SiCp/Al金相表面的快速磨削。

基于响应曲面法和NSGA2的凸轮轴磨削参数优化

项雄标, 张新娜, 周康康, 徐向纮

2023, 43(3): 348-354. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0141

摘要(173)

HTML (61)

PDF 2433KB(19)

摘要:
为改善20CrMo钢凸轮轴磨削加工的质量和效率，基于响应曲面法进行磨削试验，分析磨削工艺参数对其表面粗糙度的影响，并建立相应的回归模型。根据工件形状特点，建立工件薄弱部位瞬时材料去除率计算模型，将表面粗糙度和材料去除率作为优化目标，利用第二代非支配快速排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-2，NSGA2）进行多目标工艺参数组合寻优并进行试验验证。结果表明：求解得到的最优工艺参数组合是砂轮线速度为60 m/s、工件转速为96 r/min、磨削深度为30 μm，在保证工件薄弱部位表面粗糙度满足加工要求的前提下，可有效提高其磨削加工效率。

DD9镍基单晶高温合金的缓进给磨削烧伤实验

康恺煜, 余广渊, 杨万鹏, 董建民, 蒋睿嵩

2023, 43(3): 355-363. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0132

摘要(166)

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PDF 3796KB(22)

摘要:
针对第三代单晶高温合金DD9磨削烧伤问题，设计三因素五水平实验，从表面形貌、显微硬度和显微组织等角度出发，研究磨削工艺参数对烧伤的影响规律。结果表明：当工件进给速度小于等于250 mm/min时，磨削表面粗糙度R_a在0.8 μm左右小幅度变化，表面质量较好；当工件进给速度大于250 mm/min，磨削深度超过1.0 mm后，磨削区域温度急剧上升，磨削纹路被破坏，出现涂覆、凹坑等磨削缺陷，工件表面发生烧伤；DD9合金缓进给磨削工件表面及表层均表现为加工硬化，显微硬度为400～600 HV，硬化层深度在50～110 μm，塑性变形层厚度为1～10 μm。推荐的DD9磨削工艺参数组合为：砂轮线速度v_s=20 m/s，进给速度v_w=250 mm/min，磨削深度a_p=0.6 mm。

金字塔型砂带磨粒排布对表面磨抛形貌的影响

李孝辉, 田凤杰, 韩晓, 李论

2023, 43(3): 364-370. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0113

摘要(176)

HTML (53)

PDF 3270KB(16)

摘要:
为研究金字塔型砂带磨粒排布对磨抛加工工件表面形貌的影响，建立金字塔型砂带磨抛加工的数学模型及解析算法，采用Abaqus软件进行粗糙度值的模拟仿真预测，通过机器人磨抛系统平台进行金字塔型砂带磨抛实验并检测加工后工件的表面形貌，与仿真预测值进行对比。结果表明：粗糙度仿真预测值与实际测量值变化趋势相同，吻合度良好，误差在0.03 μm以内，最大误差率为16.6%。仿真模型与实验过程保持一致，可以用于预测金字塔型砂带磨抛加工的表面粗糙度。

双平面研磨Si₃N₄圆柱滚子的表面质量

黄贺利, 李颂华, 吴玉厚, 孙健, 王鹏飞, 赵梓辰

2023, 43(3): 371-378. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0165

摘要(178)

HTML (57)

PDF 2959KB(17)

摘要:
为获得双平面研磨Si₃N₄圆柱滚子的最佳工艺参数组合，采用正交试验法，探究研磨盘转速、研磨压力和磨粒基本颗粒尺寸对其表面质量和去除效率的影响规律，并以工件的表面粗糙度和材料去除效率作为研磨最佳工艺参数的优选依据。结果表明：随着研磨盘转速和研磨压力的增大，工件表面粗糙度先减小后增大；且磨粒基本颗粒尺寸和工件表面粗糙度、研磨盘转速和研磨压力和去除效率均呈正相关。Si₃N₄圆柱滚子研磨的最佳工艺参数组合是金刚石磨粒基本颗粒尺寸为2.6 μm、研磨盘转速为20 r/min、研磨压力为0.15 MPa；在此最优参数下，可获得表面粗糙度为0.0486 μm、材料去除效率为1.20 μm/min的光滑无损伤Si₃N₄圆柱滚子。

金刚石磁性磨料与SiC磁性磨料的研磨加工性能分析

董彦辉, 牛风丽, 任泽, 盛鑫, 朱永伟

2023, 43(3): 379-385. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0154

摘要(235)

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PDF 5414KB(41)

摘要:
针对硬脆材料的硬度高，传统的碳化硅磁性磨料研磨效率低、磨料寿命短等问题，开发以金刚石颗粒作为研磨相的磁性磨料。以高纯铁粉为铁基相，金刚石为研磨相，采用树脂黏结法制备金刚石磁性磨料。以K9玻璃为加工对象，比较金刚石磁性磨料和碳化硅磁性磨料磁力研磨K9玻璃时的使用寿命和加工效率。实验得到金刚石磁性磨料的寿命为60.00 min，能够将K9玻璃的平均表面粗糙度R_a加工至0.036 μm，在使用寿命内能够加工的工件为4.6件；而碳化硅磁性磨料的寿命仅有40.00 min，只能将K9玻璃的平均表面粗糙度R_a加工至0.222 μm，在使用寿命内能够加工的工件为3.6件。金刚石颗粒作为研磨相能够有效地提高磁性磨料的使用寿命、加工能力以及磁力研磨的加工效率。

光学球罩抛光运动轨迹均匀性模拟分析

王伟明, 李震, 李庆忠

2023, 43(3): 386-391. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0120

摘要(179)

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PDF 2586KB(27)

摘要:
为提高球罩表面的加工质量、加工效率，减少成本浪费，研究磨粒抛光过程中各运动参数对光学球罩表面材料去除均匀性的影响。以离散系数为评价指标，依据相对运动与向量法建立单颗磨粒运动轨迹模型。采用三角形网格对正二十面体表面进行迭代划分，统计各三角网格中的轨迹点数，用轨迹点数来表征抛光次数。结果表明：转速比对磨粒轨迹的分布与材料去除影响显著；相同转速比下，增大抛光头半径，离散系数逐渐降低，球罩表面材料去除均匀性由差变好；增大摆速，轨迹的长度与密度逐渐减小，离散系数随之变大，球罩表面非均匀性增强；磨粒初始相位改变对轨迹均匀性基本无影响。

旋转磁场磁流体研磨锗片的多物理场耦合数值模拟

刘建河, 周洺玉

2023, 43(3): 392-400. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0189

摘要(165)

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PDF 4481KB(21)

摘要:
为了提高锗片的表面质量，采用旋转磁场磁流体研磨的方法，以数值模拟为研究手段，研究锗片表面在固液两相流作用下的材料去除行为。依据磁流体的研磨原理建立仿真模型，从磁流体研磨的工艺参数出发，结合有限元分析以表面力学特性为切入点，分析不同励磁间隙、磁极转速、颗粒相体积分数等加工参数对锗片表面质量的影响，确定其最佳加工工艺参数，并进行磁流体研磨试验。结果表明：在励磁间隙为5 mm，磁极转速为1 000 r/min，颗粒相体积分数为25%时，经过60 min研磨，锗片的表面质量得到有效改善，其表面粗糙度R_a由500 nm下降到47 nm，实现了锗片表面微小的塑性材料去除。