创新实验申请书.doc

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项目编号

南京航空航天大学

研究生创新基地（实验室）开放基金

申请书

项目名称：

自润滑锯片及其加工性能的研究

申请人姓名：

徐宝德

申请人学号：

SQ10058021023

电子信箱：

xubaode123456@

电话：

15295539554

所在学院：

机电学院

导师姓名：

苏宏华

电子信箱：

shh@

电话：

13505153960

申请日期：

2011年11月4日

2011年10月制

一、简表

研

究

项

目

项目名称

自润滑锯片及其加工性能的研究

申请经费

一万元

起止时间

2011年11月至2012年11月

申

请

人

姓名

徐宝德

学号

SQ10058021023

性别

男

出生日期

1988年7月28日

研究生类别（A、博士生B、硕士生）

B

学科专业

机械制造及其自动化

研究方向

高效精密加工技术

所在学院

机电学院

联系电话

15295539554

电子信箱

xubaode123456@

项

目

组

成

员

姓名

学号

出生年月

研究生类别

所在学院、单位

项目中的分工

签字

徐宝德

SQ10058021023

1988.07

硕士生

机电学院

锯片结构设计与制作

丁兰英

B0705103

1973.12

博士生

机电学院

锯片锯切性能实验

戴逢明

SX1105035

1988.10

硕士生

机电学院

自润滑机理研究

研

究

项

目

简

介

（限300字以内）

金刚石锯片广泛应用于石材的加工，而石材加工是消耗金刚石最多的一个行业，因此金刚石锯片性能的好坏将直接影响到石材的加工成本。

传统的金刚石锯片主要有电镀型或者焊接型两种，其缺点在于或者是金刚石把持力不强，或者是金刚石无序排序，或者是由于加热高温而导致的金刚石表面石墨化，这些都将导致金刚石的快速消耗而降低其使用效率。

因此，针对以上问题，本课题拟设计一种自润滑锯片，其优点在于采用单层钎焊工艺来克服电镀工艺对金刚石把持力不强和多层时节块自身强度低等问题；采用金刚石的有序排布来最大限度的提高金刚石的有效利用率；采用固体润滑技术来减少加工时由于摩擦所产生的热量。

二、项目意义、特色和创新性

石材加工是消耗金刚石量最大的一个行业，约占金刚石总消耗量的70%-80%。

石材加工时其锯切加工的成本耗费一般都要占到制品总的成本的50%-60%上下，其中金刚石成本占据很大一个比重。

因此，如何在保证加工效率的同时下尽可能降低金刚石的消耗时就成为石材加工行业的一个突出问题。

本课题的提出正是为了解决这个问题。

本项目成员均隶属于徐九华教授领导的机电学院高效精密加工研究所，本课题组长期以来对金刚石钎焊砂轮的制备原理、方法及其优势与应用进行了深入的研究，广泛开展了与国际学者的交流、沟通与学习，吸收了国内外的创新理念与先进技术。

目前，课题组已熟练掌握了40/45#的金刚石钎焊技术，开发了多种具有显著优势的金刚石钎焊工具，在该领域走在了国际前列。

该项目方向的拟定是基于课题组对硬脆性材料加工特性、金刚石钎焊工具先天优势及固体润滑技术的润滑特点的潜心观察与研究而提出的，其具有显著的创新性和针对性。

课题内容主要由锯片结构设计、固体润滑剂的添加方式、自润滑机理研究、磨粒磨损机理和石材锯切实验等五部分组成，该研究过程循序渐进、理论实验结合，具有现实可行性。

课题拟采用40/45#金刚石颗粒与Ag-Cu-Ti钎料进行焊接，设计“百叶轮式”创新锯片结构，辅以自润滑材料填充百叶轮间隙，对石材进行加工，预计在保持加工效率的情况下大幅提高锯片寿命及降低加工成本。

项目意义主要包括以下二点：

（1）独特的锯片结构设计，拓宽了锯片的设计思路；

（2）将固体润滑技术应用于锯切加工中，可用于评价固体润滑技术在机械加工领域的应用前景；

本课题组在钎焊技术方面已有十几年研究经验，并取得了一系列成果，对该领域的国内外最新研究与应用成果一直给予密切关注。

课题组多位老师长期从事钎焊方面的工作，熟悉钎焊技术在锯切和磨削中的优势所在，对钎焊技术在机械加工中的应用前景寄予了厚望。

本项目具有鲜明的特色：

（1）结合课题组在钎焊技术的优势所在，实现以单层钎焊代替多层钎焊锯片的功能；

（2）将固体润滑技术引入到锯片加工中，思路独特，新颖，具备理论与应用双重创新。

本项目的创新性主要体现在以下个方面：

（1）独特的结构设计。

借鉴百叶轮的结构，设计了独特的锯片结构，巧妙实现了自润滑材料填充；以单层钎焊实现多层钎焊砂轮的功能，以无序磨粒排布实现有序磨粒排序的功能。

（2）引入自润滑功能。

将固体润滑剂与粘结剂（包括树脂粘结剂和金属粘结剂）结合，使得锯片具备自润滑功能，改善了锯片的锯切性能，提高了金刚石的使用寿命。

三、研究内容及时间安排

项目的主要研究内容由其两大创新点衍生而来，分为三部分，各部分工作之间是并行与串行结合的关系。

具体而言：

（1）设计合理的自润滑锯片结构。

为克服单层钎焊金刚石锯片只有一层磨粒层的缺憾，依靠单层钎焊金刚石工艺，设计锯片结构以实现多层钎焊金刚石锯片的功能，结构设计目的在于“如何实现磨粒在锯片周向和径向上的有序排布”，“如何克服锯片焊接时对锯片基体的影响”以及“如何保证外层磨粒丧失锯切工作能力时能及时脱落”等。

（2）选择合适的固体润滑剂及确定其填充方式。

添加固体润滑剂的作用在于减少摩擦来降低加工区域的温度，因此，选用何种润滑剂及其用量的多少来最大限度的达到润滑效果、如何实现固体润滑剂与锯片表面的完整结合以及如何保证在加工过程中润滑剂的消耗速度与金刚石的损耗速度相一致便成为所需解决的问题。

（3）自润滑锯片的切削性能实验。

对所制备的自润滑锯片进行锯切花岗石的锯切性能实验，以传统的电镀型锯片相比，观察其锯切力、锯切效率、锯切功率及锯片寿命，从而对锯片的结构、固体润滑剂的种类及其填充方式进行优化。

该项目前期准备工作已于2011年9月陆续开展，目前工作进展顺利，已完全锯片的整体结构设计，进入到锯片的制作阶段。

具体工作的时间安排如下：

2011.11-2011.12进行金刚石的钎焊实验及锯片所需的工装夹具设置及制作，以便掌握熟练的锯片制作方法。

2011.12-2011.04通过对比实验来初步评价自润滑锯片的性能，以找出其优缺点。

2012.04-2012.08基于上述所发现的缺点进行锯片的工艺及参数优化。

（如优化金刚石的周向距离、金刚石排布方式及固体润滑剂的填充方法等）。

2012.08-2012.11完成自润滑锯片的自润滑机理及磨粒磨损特性分析。

补充实验，完成项目的总结报告。

四、研究方案及需要解决的关键技术问题

依据项目主要研究内容所制定的总体研究路线如下图1所示。

图1总体研究路线

其具体研究路线如下图2所示。

图2具体研究路线

具体的研究方案由以下几部分组成：

1.锯片的结构设计方案

锯片的结构设计是该项目的主要创新点之一，在前期工作中，设计了如图3所示的整体式锯片结构方案。

其缺点在于由于锯片本身比较溥且具有较浅的台阶，导致基体的加工相当困难，必须制备专用的夹具来加工；同时整体焊接时，锯片基体的强硬度会降低，且产生较大的变成，因而影响锯片的加工效率。

因此，这种方案被舍弃。

锯片基体

自润滑填充剂

金刚石磨粒

图3整体式锯片结构

另一种方案是拼接式锯片结构，如图4所示。

其特点在于可将金刚石先钎焊在金刚石片上，再将金刚石片通过冷激光焊接技术焊接到锯片基体上，这便可以避免焊接时对锯片基体强硬度及其变形的影响，且锯片基体的制作也相对简单，因此简化了锯片的制作工艺，提升了锯片的制造工艺性。

金刚石片

锯片基体

自润滑填充剂

金刚石磨粒

图4拼接式锯片结构

2.自润滑摩擦磨损试验方案示意图

自润滑机理研究是在锯切摩擦磨损试验平台上完成的，为此预设计的实验平台如图5所示。

自润滑节块是热压烧结的添加了固体润滑剂的金属节块，将其固定在夹持件上，并装好相应的配重以保持其动平衡，试验时，由测力仪测出其力的大小，在三维视频显微镜下观察固体润滑剂在自润滑节块上的分布。

图5锯切摩擦磨损试验平台

3.自润滑锯片的锯切性能实验

最终制备的锯片如图4所示。

在锯切过程中以机床主轴电机电流、锯切力及锯片磨损量为指标，通过不同锯切试验条件下的对比试验来研究讨论锯片的锋利度、锯切力、加工效率和寿命。

在诸多技术难题中，项目重点关注的关键技术问题分别为：

（1）自润滑锯片的结构设计及制作；

（2）固体润滑剂的添加方式，即如何保证固体润滑剂的磨损速度与金刚石的磨损速度保持一致；

（3）锯切过程中固体润滑剂的润滑机理。

五、需要创新基地（实验室）提供的仪器设备

为开展本项目，需要创新基地（实验室）提供的仪器设备包括：

锯片制造类设备：

真空炉（VAF-20）、热压机（SMVB60）、高频焊机（SPG-40AB）、精密卧轴矩台平面磨床（MM7125）

测试分析设备

三向动态测力仪（KISTLER9265B）、动态信号分析仪（HP3562A）、精密研磨抛光机（UNIPOL802）、体视显微镜（NV-3）、表面粗糙度测量仪（PS1）、显微硬度计（HXS-1000）、三维视频显微镜（KH-7700）、试样精密切割机（ISOMET1000）、数字式智能显微硬度计（HXS-1000A）、ZMC-II型磨粒静压强度测试仪、TI-03型磨粒冲击强度测试仪、GXQ-2型金相试样镶嵌机、XD-6型金相显微镜、电子材料万能试验机（CMT6000）、以及扫描电镜（QUANTA200）、透射电镜（HITACHI-800）、X-射线衍射仪（D/MAX-2500）等大型微观分析设备。

六、预期研究成果

通过上述研究，本项目预计能够达到研究目标，并取得如下成果：

（1）获得一种性能优良的自润滑锯片；

（2）制作一套完整的用于生产自润滑锯片所需的工装夹具；

（3）在国内外期刊上发表学术论文2篇以上；

（4）申请相关专利项。

七、经费预算

年度

内容

2011年

2012年

合计（万元）

原材料

0.06

0.06

0.12

设备支行及维护

0.20

0.20

0.40

试样检测费

0.10

0.20

0.30

资料费与评审费

0.06

0.04

0.10

发表学术论文费

0.04

0.04

0.08

总计（万元）

0.46

0.54

1.00

八、导师推荐意见

对本项目的意义、创新性、研究方案、预期成果等签署具体意见

导师（签字）年月日

九、学院推荐意见

学院领导（签字）年月日

十、专家组评审意见

专家组组长（签字）年月日

十一、研究生院审批意见

研究生院领导（签字）研究生院（公章）年月日

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