SiC晶须砂轮的开发及其磨削特性

细磨粒砂轮用来进行高精度磨削。然而，由于细磨粒具有较小的结合面积，即使在正常的磨削条件下，磨粒易于从砂轮表面上脱落，导致加工精度与效率低下。近十年来，由于SiC晶须(微细纤维)具有高硬度、高强度、高耐磨性和相容性好等优良的机械与物理化学特性，因而广泛地用作金属、陶瓷、塑料及复合材料的强化材料^[1-2]。SiC晶须的平均长度和直径分别为50μm左右和数微米，比相同直径的细磨粒具有相对较大的结合面积。1993年以来，日本山口胜美、洞口严教授和中国魏源迁教授使用SiC晶须作为磨料和酚醛树脂结合剂，成功地开发了一种SiC晶须砂轮^[3-5]。该砂轮中的SiC晶须按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直，晶须的端部可作为切削刃。为了考察此砂轮的磨削特性，本文对难加工材料如模具钢SKD11(HRC60))进行了大量的磨削试验。试验结果表明该砂轮不仅具有很高的磨削比(6000以上)和磨削效率，而且能获得纳米级加工表面(Ral．5nm／Ry16nm)。     

光固化树脂结合剂SiC晶须砂轮初探

SiC晶须因其具有高强度、高弹性模量、高耐磨性及好的相容性等优良的机械与物理化学特性，广泛地用作金属、陶瓷、聚合物及复合材料的增强增韧材料。然而把SiC晶须作为磨粒来制作砂轮，国内外对此研究较少。本文采用了紫外光固化快速成型技术制作超薄型晶须砂轮，研究了紫外光辐照度的变化对晶须砂轮强度产生的影响，以及静电场的作用对晶须定向排列的影响。此外，本文还进行了光固化树脂结合剂晶须砂轮的切割试验。拉伸试验表明，随着紫外光辐照亮的增强，试件的拉伸强度和抗弯曲强度得到了不同程度的提高；初步的切割试验表明，SiC晶须砂轮可以实现对玻璃和硅片等不同材料的切割。     

类金刚石纤维砂轮的开发及其磨削特性

为了获得高精度加工表面，最近磨具市场上有一种Al2O3纤维砂轮问世^[1]。该砂轮克服了磨粒砂轮中磨粒易于脱落的缺点，但其硬度仍受到一定限制。近十年来，由于类金刚石薄膜具有接近金刚石的硬度、高耐磨性和很低的摩擦系数等优良的机械、物理、化学和光电特性，因而被广泛地应用于精密零部件和涂附刃具的制造^[2]。如果能将类金刚石薄膜形成类金刚石纤维，然后将其代替Al2O3纤维作为磨料，就可以满足纤维砂轮的硬度要求。因此，1999年以来，日本山口胜美教授和中国魏源迁教授成功地将类金刚石纤维植入基体并与树脂结合剂结合，开发了一种类金刚石纤维砂轮^[3-5]。该砂轮中的类金刚石纤维按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直，纤维的端部可用作为切削刃。为了考察这种新型砂轮的磨削特性，本文作者对难加工材料如模具钢SKD11及硬脆材料如硅片、光学玻璃、石英和大理石进行了大量的磨削试验。试验结果表明能获得纳米级加工表面，例如被磨硅片和模具钢的表面粗糙度分别为Ra2nm(Ryl5nm)和Ra2nm(Ry23nm)。     

硬质合金复合刀具的制备及性能研究

采用热压烧结法制备了不同SiC晶须含量的硬质合金复合刀具,研究了不同SiC晶须含量对材料密度、硬度、孔隙度、断裂韧性和断口形貌的影响。结果表明,SiC晶须含量的增加会使得硬质合金复合刀具密度呈现逐渐降低的趋势;当SiC晶须含量为0.4%时,复合刀具可以取得硬度和断裂韧性的最大值;添加SiC晶须的复合刀具中的晶须拔出和晶须桥接机制可以有效提高复合刀具的强塑性。     

Al_2O_3/SiC_w陶瓷材料中晶须的极限和最佳含量探讨

从Al2O3与SiC晶须热胀失配分析入手，分析了Al2O3／SiCw陶瓷材料中晶须的极限含量，得出了晶须的极限含量为43vol％。研究表明：晶须含量超过极限值时，Al2O3／SiCw强度大幅下降的主要原因有二个，即1．材料的致密度急剧降低，气孔率增大；2．由于热胀失配所产生的残余张应力导致基体材料的开裂。通过实验证明，当晶须含量为20～30vol％时，Al2O3／SiCw陶瓷材料能获得最佳增韧补强效果。     

Al2O3纤维砂轮的开发及其磨削特性

细磨粒砂轮用于高精度磨削。然而,由于细磨粒具有较小的结合面积和强度,即使在正常的磨削条件下,磨粒易于从砂轮表面上脱落,导致加工精度与效率低下。近年来,由于Al2O3纤维具有优良的机械与物理化学性能如高强度、高弹性模量、耐磨损、耐高温氧化及耐酸、耐碱等,与基质材料具有良好的相容性,因而被广泛地用于FRP、FRC和FRM等的强化材料。A2O33纤维的平均直径和长度分别为3—5μm和数百μm,比相同直径的细磨粒具有较大的结合面积和强度。因此,1998年以来,日本山口胜美、洞口严教授和中国魏源迁教授使用Al2O3纤维替代磨粒作为磨料,与酚醛树脂结合剂结合,成功地开发了一种A12O3纤维砂轮,能克服磨粒砂轮的缺陷。该砂轮中的纤维排列方向与磨削面相垂直,纤维的端部可用作为切削刃,而且纤维砂轮比磨粒砂轮细密,使用纤维砂轮可实现干磨削和纳米加工。为了考察Al2O3纤维砂轮的磨削特性,本文对难加工材料如模具钢SKD11(HRC60)进行了大量的磨削试验,试验结果表明能获得纳米级加工表面(Ra2．1nm／Ry22nm)。     

SiC晶须含量对ZrC陶瓷性能与组织的影响

以微米ZrC颗粒、SiC晶须为原料(SiC晶须体积含量分别为5%,10%,15%,20%),采用热压烧结工艺制备SiC晶须增韧ZrC基超高温陶瓷,研究了SiC晶须含量对ZrC基超高温陶瓷力学性能与组织的影响。结果表明:随着SiC晶须含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐提高;当SiC晶须体积含量为20%时,致密度、抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为99.24%,626.17MPa,5.03MPa·m1/2。SEM表明,试样微观组织均匀,强韧化机制主要是细晶强化和晶须拔出。     

热压烧结制备SiCw/ZrB2陶瓷复合材料的研究

在烧结温度和压力为1800 ℃和30 MPa条件下热压烧结制备ZrB2-20%(体积分数, 下同)SiCw陶瓷复合材料,并研究两种不同SiC晶须对材料的显微组织与力学性能的影响.结果表明,复合材料的弯曲强度和断裂韧性与SiC晶须的长径比有关,长径比越大材料的性能越好,弯曲强度和断裂韧性最高为651 MPa和5.97 MPa·m1/2;与单相的ZrB2材料及SiC颗粒增强ZrB2复合材料相比,断裂韧性有显著提高;其主要增韧机制为裂纹偏转、晶须桥连和拔出.     

木质砂轮的开发

普通砂轮是通过结合剂将无数细小的磨粒粘结在一起的，由于磨粒很硬，磨粒之问的粘结层十分微薄，导致磨粒间的接触几乎是刚性接触，砂轮具有较高的刚度。这种高刚度的砂轮具有高的磨削能力和磨削效率，缺点是被磨工件表面易产生划痕，难以获得高的表面加工质量。为了克服普通砂轮如SiC砂轮存在的高刚性，本文尝试在SiC磨料中加入少量的木质微粉，使其在磨粒之间起半弹性作用，从而改善被加工表面质量。这种半弹性的木质砂轮，是利用木质粉末经干馏、筛选后作为磨料，在砂轮制备过程中混入。本文应用这种砂轮对花岗岩进行了大量的磨削试验及加工比对试验。试验结果表明，木质砂轮不仅具有较高的磨削能力和效率，而且能获得纳米级加工表面(Ralonm／Ry112nm)。     

OBSERVATION OF TWIN CONFIGURATIONIN β-SiC WHISKERS

利用透射电子显微镜研究了气—液—固(VLS)法生长的β—SiC晶须中的孪晶构型。在竹节状的SiC晶须中,β—SiC节与含高密度堆垛层错(或一维无序)的节之间孪生相连,其李晶界为{111}_β;同时还观察到有的β-SiC节被{111}_β孪晶界分为两节。此外,在晶须的头部及分叉处还观察到了孪晶界平行晶须轴向的孪晶结构。利用选区电子衍射和像衍衬分析发现,这种双晶SiC晶须的孪晶面平行于基体的{001}_M。     

粗磨粒金刚石砂轮精密磨削工程陶瓷的试验研究

为了实现粗磨粒金刚石砂轮延性域磨削加工SiC陶瓷材料,采用碟轮对粒径为297~420μm的粗磨粒金刚石砂轮进行了精密修整。然后,使用经过修整好的粗磨粒金刚石砂轮对SiC陶瓷进行磨削加工。在此基础上,对不同的砂轮线速度、工件进给速度、磨削切深对SiC陶瓷表面粗糙度和表面形貌的影响进行了研究。试验结果表明:经过精密修整的粗磨粒金刚石砂轮是能够实现SiC陶瓷材料的延性域磨削的,表面粗糙度值Ra达到0.151μm;随着砂轮线速度增大、工件进给速度和磨削切深减小,SiC陶瓷表面的脆性断裂减小,塑性去除增加。     

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件,对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明:与普通磨削相比,超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加,工件表面形貌更均匀,表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削,因而降低了其磨削力,使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低,随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时,超声振动磨削的效果更明显。      

An experimental study on a novel diamond whisker wheel

This study proposes a novel diamond whisker wheel for grinding of advanced materials. The wheel is designed to have preferable spatial distributions and orientations of diamond whiskers which are prepared using a laser cutting technique. To obtain desirable cutting edge geometries, the whisker edges are formed on a lapping machine with diamond powders. The whisker wheel is used in a machining test on a silicon carbide particulate reinforced aluminum alloy and compared with a tungsten carbide milling cutter. The whisker wheel grinding provides better surface finish and significantly reduced machining force than for milling at the same material removal rate.     

仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷实验研究

目的 减少金刚石砂轮磨削工程陶瓷材料时的砂轮磨损，改善加工表面质量。方法 以人造金刚石为磨料，青铜结合剂为黏结剂，加入一定质量分数的二硫化钼和二氧化钛纳米颗粒作为填充材料，制备出青铜结合剂自润滑金刚石砂轮。利用脉冲激光在金刚石砂轮表面烧蚀出经设计的仿鸟羽减阻几何结构，得到新型仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮。制备了4种不同工况砂轮，传统青铜金刚石砂轮（TGW）、纳米自润滑金刚石砂轮（NGW）、仿鸟羽结构化金刚石砂轮（FGW）、仿鸟羽结构化纳米自润滑金刚石砂轮（FNGW）以对比其磨削性能差异。开展Si C陶瓷磨削实验，研究FNGW磨削机理。从磨削力、表面质量、砂轮磨损3个方面评价FNGW磨削性能。结果 纳米颗粒的加入不会降低砂轮力学性能，砂轮表面的仿鸟羽结构激光成型烧蚀质量较高，对未烧蚀区域没有影响。与TGW相比，FGW除工件表面粗糙度值Ra与砂轮磨损有略微改善外，其他磨削性能都有明显提升。NGW磨削性能都有所提升，但提升效果不太明显。结合二者优势的FNGW，其各磨削性能都有显著提升。其中磨削力最大降低了65.1%，工件表面粗糙度值Ra最大降低了21.5%，砂轮磨损明显减少，有效提升了砂轮的使...     

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮的试验研究

单层钎焊金刚石砂轮在制作完成之初由于砂轮基体加工存在误差以及磨粒粒径大小不一等原因造成磨粒等高性不一致,这使其难以在硬脆材料的精密磨削中得到广泛的应用。采用自制的钎焊碟轮对80/100#单层钎焊金刚石砂轮进行了修整试验研究。在修整试验前后跟踪了砂轮磨粒等高性的变化,进行了SiC陶瓷的磨削试验,并观测了工件表面质量的变化情况。试验结果表明:采用此方法能够实现单层钎焊金刚石砂轮的高效精密修整。修整试验结束后砂轮磨粒等高性较好,磨削SiC陶瓷的表面质量得到明显改善,表面粗糙度Ra值达到了0.1μm以下。     

CBN杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削几何学分析

本文建立了CBN(立方氮化硼)杯形砂轮端面磨削轧辊的几何模型，从磨削几何学的角度研究了杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削特性和输人参数对切人线长度和宽度的影响，分析了端面磨削外圆时的磨削接触弧的特点，结果表明，当切深较小时，砂轮与轧辊为点接触；已加工表面的粗糙度主要取决于砂轮外缘的磨粒密度；磨削效率的高低取决于砂轮内缘的磨粒密度；在磨削过程中，应根据其他参数的变化调节砂轮轴线与轧辊间的偏移量H；提高砂轮转速有利于磨削效率的改善。     

工程陶瓷小砂轮轴向大切深缓进给磨削加工的砂轮磨损分析

小砂轮轴向大切深缓进给磨削以较大切深实现了较高的材料去除率,且使用的砂轮直径比常规磨削用砂轮小很多,我们针对这一特点开展了研究。实验通过改变砂轮转速、工件转速和磨削深度等加工参数,对轴向大切深缓进给磨削加工后的砂轮表面进行了形貌观测和磨损分析。分析表明,砂轮各部分的磨损形式与其在磨削过程中所起的作用有关:砂轮端面是磨削加工的主磨削区,磨粒和结合剂主要发生较大程度的磨损;砂轮圆周面主要对已加工表面进行修磨,因而结合剂和磨粒磨损为主要磨损形式;砂轮拐角作为过渡磨削区,承受的磨削力也比较大,而且由于磨粒与结合剂的结合力相对较小,因此易发生磨粒和结合剂的脱落。     

应用弹性砂轮对铝合金镜面磨削工艺研究

目的解决铝合金手机外壳传统抛光工艺中存在的抛光效率低等问题。方法采用聚氨酯弹性砂轮对6061铝合金进行了磨削加工,使用正交试验研究了磨料粒度、进给速度、切削深度、砂轮线速度对加工表面粗糙度及材料去除率的影响。试验中使用折线走刀方式进行加工,可减轻磨料分布不均带来的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,通过计算单位时间内工件的质量变化得出了去除率,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果在选取的16组磨削工艺参数中,可获得的最低表面粗糙度为44.87 nm,最大去除率为0.329 g/min。对表面粗糙度影响最大的因素为磨料粒度,影响最小的因素为进给速度;对材料去除率影响最大的因素为切削深度,影响最小的为进给速度。经过综合优化,最佳工艺参数组合为:砂轮600#,转速2000 r/min,切削深度0.04 mm,进给速度20 mm/min。结论弹性聚氨酯砂轮应用于铝合金磨削可提高加工表面质量,可简化工艺流程,节省备料和安装调整时间,从而提高效率。