磁控微粉砂轮固化工艺对砂轮磨削性能的影响

目的研究砂轮在固化过程中,固化温度和固化时间对砂轮磨削性能的影响。方法通过测试两种固化工艺制备的砂轮的抗压强度、硬度以及其加工硬质合金YG8的磨削比、表面粗糙度、加工非球面的形状精度随固化温度的变化,来评价固化温度对磁控微粉砂轮磨削性能的影响。结果砂轮的磨削性能与其固化温度、时间有直接关系。磨削比随着固化保温时间的增长呈先增长后下降的趋势。固化温度决定砂轮固化速率和砂轮对过度固化的敏感程度,170℃固化能使砂轮在较短时间达到最佳磨削性能,但是固化时间超过8 h时,其性能会迅速衰减。130℃固化有利于防止砂轮过度固化而造成性能急剧降低。通过对固化工艺的研究,170℃/5 h+130℃/5 h固化工艺下制备的砂轮磨削性能最佳,该砂轮磨削YG8得到最佳的面形精度为365 nm,最佳表面粗糙度为3 nm。结论砂轮在固化过程中,固化温度与固化时间直接影响树脂的固化反应速率与固化程度,通过对固化工艺的实验研究,在本实验条件下得到了最优的固化工艺参数。     

凝胶注模制备多孔Ni-Ti合金的研究

多孔Ni-Ti合金由于其优异的形状记忆性能而广泛应用于医用植入材料领域。本文以TiH2粉及雾化Ni粉为原料,采用凝胶注模成型技术,制备出Ni-Ti凝胶生坯,通过后续真空干燥、脱脂以及烧结工艺成功制备出性能优异的医用植入多孔Ni-Ti合金。运用XRD、SEM对多孔Ni-Ti合金进行了成分及微观结构表征,分析了不同烧结温度对于多孔Ni-Ti合金孔隙率、机械性能、组织成分及微观形貌的影响。结果表明,随着烧结温度的增加,孔隙率降低,抗压强度和杨氏模量增加。对固相体积分数为45vol. %的生坯在1050 ℃条件下高真空烧结保温2h,制备出孔隙率为42.65%,抗压强度为202.65 MPa,杨氏模量为17.14 GPa,主相为NiTi相的多孔Ni-Ti合金,基本满足人体骨性能需要。     

Pt催化作用下无氢碳化制备纳米WC粉及其烧结性能研究

针对无氢碳化中反应速率缓慢、颗粒长大的问题,在无氢碳化过程中添加少量Pt作为催化剂,制备纳米WC粉。采用热压烧结对WC粉进行烧结得到无粘结相硬质合金。研究了Pt添加对WC粉的形貌和烧结性能的影响,以及Pt和烧结温度对烧结样品的致密化,组织和力学性能的影响。结果表明,少量的Pt可显著降低无氢碳化温度,制备的WC粉粒径细小且均匀。随着烧结温度升高,无粘结相硬质合金的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度与断裂韧性增加,但烧结温度过高,出现异常长大晶粒和W₂C,导致无粘结相硬质合金的断裂韧性严重下降。最佳烧结工艺为,烧结温度1700 ℃,保温60 min,压力40 MPa,所得无粘结相硬质合金致密度达到98.8%,平均晶粒尺寸为263.6 nm,维氏硬度和断裂韧性分别为2887 kg.mm^_-2和7.1 MPa.mm^_1/2。     

晶须增强光敏树脂结合剂超薄金刚石切割砂轮片的研究

本文以快速原型制造技术为基础,研究以光敏树脂作为结合剂的超薄金刚石切割砂轮片的快速制造技术。通过在液态光敏树脂基体中加复合晶须的方法,以提高金刚石切割砂轮片结合剂机械性能,研究了REV晶须添加量对金刚石切割砂轮片强度及磨削性能的影响。对单晶硅片的切割加工试验表明,利用晶须增强光敏树脂结合剂可以显著改善光敏树脂结合剂超薄金刚石切割砂轮片的磨削性能。     

碳化工艺对木陶瓷性能影响的研究

利用冷杉砂光木粉浸渍酚醛树脂制造木陶瓷预制件,在真空条件下碳化处理制备了多孔木陶瓷.采用差示扫描量热法(DSC)研究了木粉和酚醛树脂的热解特性,根据原料的热解特性制定了木陶瓷的碳化工艺,并讨论了碳化过程中升温速率和最高碳化温度对木陶瓷尺寸收缩、碳得率、尺寸稳定性、力学性能、耐磨性、电磁屏蔽性能和微观结构的影响.结果表明,木陶瓷碳化初始阶段(室温～120℃)快速升温至120℃,120℃以上升温速率为2～5 ℃/min时,木陶瓷的碳得率较高,尺寸稳定性较好;碳化温度在800℃时可以制得尺寸稳定的木陶瓷,但随着碳化温度的升高,木陶瓷的尺寸收缩增加不大,碳得率降低,抗压和抗弯强度增大,耐磨性和电磁屏蔽效能增大;烧结温度达到1400℃时,木陶瓷出现了石墨化倾向.     

树脂结合剂金刚石砂轮精密磨削单晶硅片的磨削力研究

通过对树脂结合剂金刚石砂轮磨削单晶硅片的轴向磨削力Fz的变化规律的研究,分析了单晶硅片在磨削过程中轴向磨削力与磨削工艺参数之间的关系。通过改变砂轮的轴向进给速度、砂轮线速度和砂轮粒度等工艺参数,找出了这些工艺参数对轴向磨削力Fz的影响规律,并建立了轴向磨削力的经验公式。结果表明:树脂结合剂金刚石精密磨削单晶硅片时,轴向磨削力随着砂轮的轴向进给速度vf和磨粒粒径的增大而增大,随着砂轮线速度vs的增大而减小,且这三个工艺参数中,砂轮轴向进给速度vf对轴向磨削力的影响最大。     

烧结温度对TiAl基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结炉在1200～1350℃下对Ti-48Al-2Nb-2Cr预合金粉末和多层氧化石墨烯组成的混合粉末进行烧结,研究了烧结温度对石墨烯增强的TiAl基复合材料组织演变及压缩性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料组织由近γ等轴晶组织逐渐向全片层组织转变,在室温下复合材料组织对其抗压强度和断裂应变的影响较小,而在850℃/0.001 s~(-1)压缩条件下,不同组织的复合材料抗压强度和断裂应变发生显著变化,其中1300℃下烧结获得的细小全片层组织具有最高的高温抗压强度和断裂应变。烧结温度对TiAl基复合材料的组织与性能具有重要影响。     

高强度碳化硅泡沫陶瓷的制备及其抗压强度研究

选用Al2O3、Y2O3作为烧结助剂,通过有机模板复制法及多次浸渍涂覆工艺制备出高强度碳化硅泡沫陶瓷材料。系统地研究了原料组成、烧结温度等工艺参数对制得的碳化硅泡沫陶瓷物相组成、宏观结构、微观结构的影响,同时对陶瓷的气孔率、力学性能等进行了测试。结果表明:通过选取不同PPI值的有机泡沫模板,泡沫陶瓷宏观孔径可控;随着涂覆次数的增加,陶瓷体孔径减小、孔棱直径增加;随着烧结温度的提高,孔棱致密度增加,抗压强度显著提高;在1700℃下获得了20PPI值,气孔率为77%,抗压强度达2.48MPa的碳化硅泡沫陶瓷。     

放电等离子烧结温度对钨合金的组织及动态力学性能的影响

以纳米93W-4.9Ni-2.1Fe 合金粉末为原料,研究放电等离子烧结温度对钨合金组织和动态力学性能的影响。结果表明,采用放电等离子烧结方法可制备出组织均匀的细晶钨合金。当烧结温度在950~1400 ℃时,随着烧结温度的增加,钨颗粒平均尺寸由2 μm增大到10 μm,试样动态抗压强度随之降低;动态压缩过程中,烧结温度在1000~1200 ℃的试样塑性均较好,而当烧结温度超过1300 ℃时,试样的塑性很低,表现为明显的脆性状态     

热压烧结工艺参数对超硬磨料砂轮节块性能的影响

金属基金刚石砂轮具有把持力大和使用寿命长等特点,其传统制备方法常采用高温烧结成型,但高温烧结会对磨粒产生较大的热损伤,影响砂轮的性能和使用寿命。热压烧结比常压高温烧结的成型温度低,能有效减少金刚石磨粒的热损伤问题。本研究采用热压烧结方式来制备铜基结合剂金刚石砂轮节块,磨粒平均粒度尺寸为27 μm。设计三因素三水平正交试验,探讨热压烧结工艺参数对金刚石砂轮节块密度、硬度和抗弯强度等物理、力学性能影响。结果表明:当烧结温度为650℃、烧结压力为25 MPa、保温时间为150 s时,金刚石砂轮节块的力学性能最好,并且实现了金刚石磨料与结合剂间牢固的冶金结合。      

陶瓷-金属结合剂CBN结块的研制及其性能研究

目前钢轨打磨使用的主要是树脂砂轮,具有材料去除率低、磨削温度高等问题。因此,利用钎焊超硬磨料技术研制新型陶瓷-金属结合剂CBN磨具,并对比陶瓷-金属CBN结块和树脂锆刚玉结块在相同条件下的磨削性能,如材料去除率、磨屑分布和磨削温度等。试验结果表明:相比于树脂锆刚玉结块,陶瓷-金属结合剂CBN结块的材料去除率可提高124%,磨削温度峰值可降低15～50 ℃。      

有序排布钎焊金刚石磨盘的实验研究

将有序排布理论运用到钎焊技术,成功制备适合黑色金属、钢铁材料磨拋的新型工具—有序排布单层钎焊金刚石磨盘;将平面单颗磨粒有序排布方式与磨料群可控排布方式相结合,设计出一种新型磨盘顶端平面排布方式,并确定排布参数;对船用钢板Q345低合金高强度结构钢进行磨拋试验,对比分析新型钎焊金刚石磨盘与传统树脂砂轮片的磨削性能。结果表明:新型磨盘较树脂砂轮片噪音提高,磨屑规则(主要呈带状),磨粒以磨损失效为主,几乎无整颗磨粒脱落,磨削效率约为树脂砂轮片的1.5倍。     

钢轨打磨用新型复合砂轮及其磨削试验

利用钎焊技术和传统热压技术研发出一款钢轨打磨用新型复合砂轮,复合砂轮除含传统树脂砂轮的成分外还含金属结合剂金刚石插片,用其在钢轨打磨试验机上与传统树脂砂轮进行工件打磨对比试验,分析工件打磨后的打磨温度和表面粗糙度变化,并对钢轨打磨后的磨屑进行电镜、能谱分析。试验结果表明:与纯树脂砂轮相比,采用新型复合砂轮打磨工件,其打磨温度峰值下降10%左右,砂轮中插片数越多下降比例越大;工件表面粗糙度下降比例在9%以上,且随着砂轮中插片数量的增加而增大;同时,磨屑中球状磨屑比例更低,球状磨屑中O元素质量分数更小。      

陶瓷金刚石砂轮在YG10X顶锤磨削加工中的应用

采用自行设计的陶瓷结合剂金刚石砂轮加工硬质合金顶锤,用低浓度金刚石砂轮加工其平面,用高浓度金刚石砂轮加工其外圆,并与树脂金刚石砂轮的磨削加工进行对比。实验结果表明:同等条件下陶瓷金刚石砂轮的锋利度要高于树脂金刚石砂轮的锋利度,其加工速度更快,且磨削产生的热要远低于树脂砂轮的;平面磨削中,陶瓷金刚石砂轮通过调整工艺参数或调细金刚石粒度能够获得更好的表面粗糙度;外圆磨削中,陶瓷砂轮较树脂砂轮加工效率提升约50%,当陶瓷金刚石砂轮浓度达到200%时,砂轮性价比最高。      

钢轨打磨用钎焊金刚石砂轮研究

为解决传统树脂砂轮打磨钢轨时存在的打磨效率低、易烧伤钢轨和粉尘污染大等问题,分析利用钎焊金刚石技术的优势制备新型钢轨打磨用砂轮的可行性。结合磨粒有序排布工艺,制备具有开槽结构的新型钎焊金刚石砂轮,并对U71Mn钢轨钢进行打磨对比试验。结果表明：相较于树脂锆刚玉砂轮,新型钎焊金刚石砂轮能提高50%左右的打磨效率,并有效降低磨削温度,避免钢轨烧伤。在钢轨打磨过程中,新型钎焊砂轮排屑效果显著,基本不发生磨屑黏附现象;但砂轮开槽导致磨削振动增大,加剧金刚石磨粒破碎,并增大钢轨表面粗糙度。新型砂轮磨屑多为带状,磨屑体积大且无熔融小球。     

纳米结构金属陶瓷(n-WC/Co)涂层材料精密磨削的试验研究

本文对纳米结构金属陶瓷（n-WC/Co）涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究。对常规结构金属陶瓷(n-WC/Co）和n-WC/Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验,分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度,工件进给速度,金刚石砂轮结合剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响,结合被磨试件表面的扫描电镜（SEM）的观察,分析了n-WC/Co涂层材料磨削的材料去除机理,研究结果表明：在相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力;在其它磨削条件相同的情况下,用金属结合剂砂轮磨削工件所需的磨削力要比树脂结合剂砂轮,陶瓷结合剂砂轮所需的磨削力大些,磨粒尺寸小的砂轮磨削工件所需的总磨削力要比磨粒尺寸在的砂轮所需的磨削力大些,磨削力随砂轮磨削深度,工件进给速度的增加而增大;一般情况下,n-WC/Co涂层材料精密磨削过程的材料去除机理中,占主导方式的是塑性成形的材料去除方式。     

随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘（textured-fixed abrasive plate, T-FAP）,并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化铝磨料制备磨盘,使用MATLAB图像分析和磨抛轨迹仿真方法研究磨盘磨削过程中表面磨损时变图案特征对其加工性能的影响,并通过铝制工件的平面磨削实验对磨盘磨削过程中的材料去除率及工件表面粗糙度进行分析。实验结果表明：相比传统固结磨料磨盘,采用随机网格结构磨盘加工的工件表面粗糙度为0.84μm,材料去除率为3.21μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。     

蓝晶石在树脂高速砂轮制造中的应用

本文介绍了蓝晶石作为活性材料和补强材料在树脂高速砂轮制造中的应用。在砂轮使用速度80 m/s的条件下,对不同粒度、不同配方的蓝晶石补强的磨钢坯锆刚玉砂轮性能进行了测试和分析。结果表明:采用蓝晶石作为砂轮补强材料制造的规格600 mm×75 mm×203 mm磨钢坯砂轮,通过了使用速度为80m/s的回转强度3 820 r/min检测,满足了用户使用要求。文中还介绍了蓝晶石应用于高速砂轮制造中的条件,并对蓝晶石作为砂轮活性填料在钛合金磨削中的作用进行了论述。     

金刚石/氧化铈复合磨料的制备及性能测定

为提高金刚石树脂磨具的使用寿命和工作效率,采用真空法制备金刚石/氧化铈复合磨料。通过亲水性测定仪、单颗粒抗压测定仪、万能材料试验机、立式万能摩擦磨损试验机等设备对材料性能进行测试,并利用X射线衍射仪对其进行表征。实验结果表明:镀覆后,金刚石/氧化铈亲水性大大提高;当氧化铈质量分数为15%时,其亲水性和单颗粒抗压强度最大;当氧化铈质量分数为5%时,所制得的树脂磨具具有最大的抗折强度;当氧化铈质量分数为10%时,所制得的树脂磨具具有最大的磨削比。综合考虑,当氧化铈质量分数为10%时,利用金刚石/氧化铈复合磨料制备的树脂磨具具有较好的综合性能。     

Li-Ti铁氧体陶瓷精密磨削的试验研究

铁氧体陶瓷的应用因其表面加工质量难以保证而受到很大限制。本文采用80/100#树脂结合剂金刚石砂轮和W 20石墨白刚玉砂轮对Li-Ti铁氧体陶瓷进行了磨削试验。研究了单位宽度磨削力、表面粗糙度和单位宽度材料去除率随磨削参数的变化规律,观察并分析了铁氧体工件磨削后的表面微观形貌。结果表明:Li-Ti铁氧体的表面粗糙度值可达到Ra0.084μm,实际单位宽度材料去除率达到90%,材料以塑性方式去除;采用上述砂轮可实现铁氧体陶瓷的高效精密磨削。