砂轮磨粒尺寸及形状对磨削加工的影响

利用计算机数字模拟技术作为手段分析研究磨粒尺寸大小及形状对磨削加工过程和被磨削表面的影响,结果得出磨粒径大小影响到砂轮表层的磨粒中实际参加切削的磨粒数目,磨粒粒径越小,被加工表面粗糙度越小,由大大小小不同粒径磨粒的成的砂轮与单一粒径磨粒的砂轮相比,其被加工表面粗糙度要小得多,磨粒几何形状和磨粒表面微观粗糙度的被加工表面粗糙度影响不大。     

单晶硅磨抛协同加工的分子动力学

磨削与抛光是实现单晶硅材料超精密表面加工的重要工艺方法,磨抛协同加工过程中由磨粒运动状态主导的二体与三体磨损机制对材料去除效率以及表面加工质量具有重要影响。采用分子动力学方法,建立固结与游离运动状态双磨粒协同作用下的单晶硅表面超精密磨抛加工过程仿真模型,分析磨粒切入深度、横向与纵向间距干涉等因素对磨削力、材料相变、表面损伤及材料去除行为的影响规律,阐释单晶硅磨抛协同超精密加工表面形貌演化规律。研究表明：受磨粒运动状态驱动的单晶硅材料表层损伤原子数量随固结及游离磨粒切入深度增大而增加,磨粒切入深度对工件的材料去除、裂纹生长及损伤行为影响显著;法向和切向磨削力随磨粒切入深度增加而增大,且在同等切入深度变化时法向磨削力增加幅度大于切向磨削力; 通过单晶硅金刚石结构分析磨粒间干涉区域的损伤情况可知,随着磨粒间纵向间距增加时,工件所受干涉作用减小,六角金刚石晶体结构减少;相比较固结磨粒,游离磨粒对工件的损伤区域更深,产生瞬态缺陷原子更多。研究结果可为实现超精密磨抛协同加工工艺高材料去除效率和高表面质量提供理论基础。     

有序化砂轮磨削筋条表面中力对表面的效应

为了提高筋条减阻表面的加工质量,对磨粒有序化砂轮的磨削力对工件表面几何形状的影响规律进行研究。首先,根据筋条减阻表面的参数,设计能够实现筋条减阻表面加工的错位排布砂轮;其次,建立了筋条减阻表面磨削过程的简化模型,并基于有限元对工件表面形貌进行了力学仿真;最后,研究磨削速度、磨削深度、磨粒角度、排布参数等对筋条表面几何形状的影响规律,综合探讨磨削力和表面形貌之间的关系。结果表明,在磨削速度增大时,工件表面材料的隆起变形高度随着磨削力的减小而增大;在磨削深度增大时,材料的隆起变形高度随着磨削力的增大而增大;在磨粒角度增大时,材料隆起变形高度随着磨削力的增大,先增大后减小;在磨粒排布参数增大的过程中,材料隆起变形高度随着磨削力的增大而增大。     

磨粒流抛光阀块内孔道的数值模拟与试验研究

针对液压阀块孔道内部结构复杂难以进行精密加工的问题,提出利用磨粒流精密抛光技术来实现加工工艺。使用流体仿真软件Fluent进行数值模拟,研究进口压力、磨料浓度、磨粒粒度等对磨粒流加工效果的影响。以液压阀块内的孔道为研究对象,对不同的进口压力、磨料浓度、磨粒粒度下内孔道磨粒流的速度、湍流动能、静压、壁面剪切力进行仿真,得出结论：当入口压力为8 MPa、磨料浓度为0.1、磨粒粒度为200目时,阀块内孔道的抛光效果较好。以该参数进行相应的磨粒流加工实验,结果表明：阀块孔道内壁面的表面粗糙度明显降低,提高了孔道内壁面的表面质量。     

游离磨粒精密光整加工方法综述（续）

指出了磨粒精密光整加工是先进制造技术的重要组成部分之一,是保证产品精度和表面质量的重要方法。磨粒光整加工在改善表面精度和提高表面层力学机械性能的同时,又提高了加工精度和表面完整性。论述了磨粒精密光整加工技术的原理、特点、关键技术及在工业生产中的具体应用,其目的是在装备制造业中,利用磨粒进行光整加工实现低成本、高表面完整性、高效率精密加工。     

游离磨粒精密光整加工方法综述

指出了磨粒精密光整加工是先进制造技术的重要组成部分之一，是保证产品精度和表面质量的重要方法。磨粒光整加工在改善表面精度和提高表面层力学机械性能的同时，又提高了加工精度和表面完整性。论述了磨粒精密光整加工技术的原理、特点、关键技术及在工业生产中的具体应用，其目的是在装备制造业中，利用磨粒进行光整加工实现低成本、高表面完整性、高效率精密加工。     

磨粒有序排布曲面砂轮设计及磨削性能实验研究

提出一种曲面砂轮表面磨粒有序化排布的设计方法,制备磨粒有序排布和无序排布的2种曲面砂轮。通过磨削实验,从磨削力、砂轮磨损及工件加工形状误差等3个方面对比研究。结果表明:在整个磨削过程中,磨粒有序排布的曲面砂轮的磨削力总体上小于磨粒无序排布的曲面砂轮的磨削力。磨粒有序排布曲面砂轮的磨粒磨损一致性优于无序排布曲面砂轮的。整体磨削过程,磨粒有序排布曲面砂轮加工工件形状精度的平均值较磨粒无序排布曲面砂轮的加工形状精度提高了34%。通过对曲面砂轮表面的磨粒有序化设计,可以有效提升曲面砂轮的使用性能。      

电泳技术在脆性材料磨削中的应用

利用超微磨粒的电泳特性,在加工过程中使超微磨粒的向工具泳动并沉积在工具表面,形成一动态的超微磨粒层,对脆性材料表面进行精密加工,本文介绍超微磨粒层的形成机理的特性,并通过对硅片进行电泳磨削的实验数据,着重讨论该技术的工艺特性及其对脆性材料加工质量的影响。研究结果表明,该技术能量明显地降低被加工表面的粗糙度。     

脆性材料磨粒加工的纳米尺度去除机理

以共价键或离子键结合的脆性单晶、多晶和光学玻璃是能源、通信、交通和医疗领域新兴微电子和光电器件的核心材料。为满足高性能器件的制造需求,脆性材料通常需要经过磨削、研磨、抛光等超精密磨粒加工,获得具有原子级光滑的表面、近无损伤的亚表面和微米甚至纳米级的加工精度。优化磨粒加工工艺不仅可以有效地提高加工效率,降低制造成本,还能够延长脆性材料元器件的服役寿命,但开发高效率、低损伤超精密磨粒加工技术需深入理解脆性材料纳米尺度的去除机理。本文基于划擦力学原理,揭示脆性材料纳米尺度磨粒加工去除的本质,阐明磨粒加工过程中脆性材料脆性–塑性转变去除的基本原理,概述单磨粒纳米划擦脆性材料的形变和去除机制,以及磨粒加工过程中脆性材料的去除机理及材料微观结构对其局部变形及后续去除的影响规律,提出实现脆性材料高效延性加工的控制策略,有助于推动脆性材料超精密磨粒加工技术的进一步发展。      

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌及耐腐蚀特性研究

本文主要对磨粒喷射精密光整加工表面进行几何特性评价及耐腐蚀特性研究,通过对表面微观轮廓高度参数、横向间距特性参数以及微观形状特性参数研究表明,磨粒喷射加工表面微观高度特性参数Ra值、Rq可降低50%以上,同时,Rz、Ry、Rt、Rp和Rm也都大幅度下降,喷射加工表面轮廓高度特性参数值比磨削加工明显改善;喷射加工表面轮廓微观不平度的平均间距Sm和轮廓的单峰平均间距S都不同程度降低.轮廓微观不平度间距明显减小,轮廓对于中线的交叉密度增加.利用SHR20步入式恒定湿热淋雨结合试验箱,实验研究了表面形貌对抗腐蚀性能的影响,结果表明,和磨削加工相比,磨粒喷射加工表面耐腐蚀性能明显提高,在相同的腐蚀条件下,喷射光整加工表面腐蚀量最轻,磨削烧伤表面腐蚀量最大.     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工工艺特性研究

研究了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工工艺特性，分析了磨粒尺寸、磨料流体浓度、加工循环、砂轮速度、携带流体对加工表面质量的影响。利用平面磨床M7120对Q235A进行喷射加工实验，用TALYSURF轮廓仪测量加工后的微观几何参数值，用扫描电镜和金相显微镜观察表面微观形貌。实验结果表明，选用质量分数10％W7Al2O3微粉与防锈润滑液进行喷射加工20～30循环，不仅保持或获得高的表面肜状精度，而且又可高效的获得具有粗糙度Ra0．15～1．6μm的无缺陷加工表面，明显去除磨削加工过度塑性变形，减少表面层污染和磨削烧伤，实现高效、高精度、低粗糙度，并且磨削和抛光可以集成的表面精密光整加工新方法。     

丝锥刀具旋转磨粒流去毛刺和钝化抛光技术

目的 高效、低成本地消除丝锥、铰刀、钻头、铣刀等金属加工刀具磨削后产生的表面毛刺、亚表面烧伤等加工缺陷,实现刀具的高效钝化抛光。方法 基于磨粒流加工（AFM）技术,提出一种刀具旋转磨粒流抛光（R–AFM）原理和方法。通过模拟仿真方法获得优化的刀具运动轨迹,进一步研发可装夹40把刀具的多工位旋转磨粒流高效抛光专用设备;以高速钢丝锥为研究对象,选用新研制的GC磨料介质作为钝化抛光介质,采用正交实验设计法,通过极差分析和方差分析,探究工件转速、加工时间、磨粒粒径及磨粒质量分数等工艺参数对刃口钝圆半径的影响规律;再选用正交试验获得的工艺参数组合,采用自主研制的WS和GC磨料介质,分别对丝锥刀具进行钝化抛光试验,分析2种新型磨料介质的钝化抛光特性;最后,基于前面的实验结果和理论分析,优选刀具钝化抛光复合加工的工艺参数,并验证刀具的钝化抛光效果。结果 各工艺参数对刀具刃口钝圆半径的影响程度依次为刀具回转速度、钝化抛光时间、磨粒质量分数和粒度。高硬度的GC磨料介质具有材料去除率高、对刃口的钝化能力较强等特点。在保持切削刃锋利度的前提下,采用低硬度的WS磨料介质,其毛刺去除效果更好。采用优化的工艺参数...     

HR-2钢精密零件表面磁力研磨磨粒加工机理研究

磁性研磨是一种利用磁场中的磁性磨料对具有相对运动的工件表面进行光整加工的新技术。本文对磁性磨粒的加工机理进行了分析，对奥氏体不锈钢精密薄壁零件表面进行了磁性研磨工艺试验。通过试验找出了磁性原料：铝镍钴（AlNiCo）；磁性磨料粒度：60^#-70^#；在工件转速、磁感应强度、研磨时间等工艺参数为定值时，加工的奥氏体不锈钢精密薄壁零件的表面粗糙度达到了Ra0．1μm的要求。     

应用数字图像识别法检测金刚石磨粒的形状与粒度

提出一种金刚石磨粒尺寸的检测方法，并建立相应的测试系统，目的在于快速检测出超硬磨料的形状和粒度。应用数字图像识别技术，通过MATLAB软件编程，对CCD采集到的金刚石磨粒数字图像进行图像增强、二值化、滤波、边界检测等图像处理，设定金刚石磨粒的等效形状，检测金刚石磨粒的形状与粒度。选择晶形较规则的等积形金刚石磨粒作为实例，将金刚石磨粒的面积等效为正六边形。结果表明金刚石磨粒的粒径满足正态分布，应用数字图像识别技术检测金刚石磨粒的形状与粒度是可行的。     

非固结磁性磨粒的加工性能试验

探讨了非固结磁性磨粒的构成,利用正交试验对影响磁性磨粒加工性能的因素:颗粒大小、质量比、结合剂等进行试验分析。结果表明:当铁磁相Fe粉的目数为200目,磨粒相SiC的目数为120目,铁磁相与磨粒相的质量比为3∶1,加工时间3 min时加工效果最佳;同时再加入偶联剂会得到更好的加工效果,而被加工材料以45钢的光整效果最好。相对于烧结法和黏结法的磁性磨粒,该方法工艺简单、成本较低,同时又有较好的加工性能,这对于简化磁性磨粒制备工艺,以及磁性磨粒光整加工技术在精加工中的应用具有现实意义。     

陶瓷CBN砂轮的研究进展

陶瓷CBN砂轮在成形加工和精密加工等领域广泛应用，对其进行研究在提高工件加工质量和加工效率方面具有重要意义。分别从CBN磨粒、改性剂的添加、陶瓷CBN砂轮的制备和磨削性能方面，综述近些年陶瓷CBN砂轮的研究进展，并对其未来发展前景进行展望。在CBN磨粒方面，论述了CBN单晶的合成，介绍了CBN磨粒表面处理和加入强磁场时的处理方式；对于改性剂，分别论述了成孔剂、氧化物、金属物质、纳米材料的添加对陶瓷CBN砂轮性能的改善；在陶瓷CBN砂轮制备方面，介绍了其成形和烧结的方法。此外，还介绍了陶瓷CBN砂轮在钢类材料、镍基合金、钛合金等难加工材料上的磨削加工应用，并提出影响其磨削性能的因素。     

磨削对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性

目的研究磨削参数对电化学加工氧化膜去除质量的影响规律,以及各参数对氧化膜去除质量影响的稳定性和敏感性。方法在试件表面形成均匀一致,无缺陷电化学加工氧化膜的前提下,借助自主搭建的机械磨削实验平台,分别研究磨粒尺寸、工件速度、磨削压强和加工时间对氧化膜去除质量的影响,使用精密电子天平和扫描电子显微镜对实验前后的试件进行测量,结合稳定性与敏感性分析理论对实验结果进行分析。结果不同的加工参数对氧化膜去除程度的影响不尽相同,氧化膜既存在不完全去除的现象,也存在完全去除的现象。扫描电子显微镜结果也显示,不同尺寸的磨粒对氧化膜的破坏程度不同,其表面氧化膜的沟槽深浅不同。结论受氧化膜硬度低、容易去除和基体金属硬度高、不容易去除的影响,氧化膜去除质量随着工件速度和加工时间的增加呈现三次曲线的规律增加,随磨削压强和磨粒尺寸的增大呈线性增加趋势。磨削参数对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性不同,而且在电化学机械加工生产应用中不改变磨削工具,所以在磨削参数相对值较低的区间,其对去除质量影响的稳定性由大到小(敏感性由小到大)为:磨粒尺寸、加工时间、磨削压强、工件速度。在磨削参数相对值较高的区间,稳定性由大到小(敏感性由小到大)为:磨粒尺寸、磨削压强、工件速度、加工时间。加工中优先选择稳定性高(敏感性低)的参数作为调整电化学机械加工效果的主要因素,可在提升经济性的同时,提高加工精度。     

磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法研究

针对复杂型面金属零件的光整加工,提出磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法:采用随电解液高速流动的微小磨粒,通过加工过程中的电化学溶解和磨粒连续微量划擦,改善工件表面质量。通过对比试验分析了复合加工、纯电解加工和纯磨粒高速流动加工等3种方法对加工效果的影响,并用单因素法加工不锈钢工件,分析不同试验因素对工件表面粗糙度的影响。结果表明:采用复合光整加工方法能有效提高光整加工效率,降低工件表面粗糙度,获得较好的加工效果;当加工电压为5 V,加工间隙为2 mm,使用粒径为75~106 μm的Al₂O₃磨粒加工5 min时,工件表面粗糙度可以达到0.17 μm。      

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。     

金刚石磨粒工具增材制造技术现状及展望

金刚石磨粒工具是工程陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料高效精密加工的重要手段。日益提升的零件制造质量、成型要求和加工效率给金刚石磨粒工具带来了巨大挑战,工具结构改进已成为应对这一挑战的关键,但却给工具制造带来了难题。近年来,增材制造技术因其优异的复杂结构成型能力而备受关注。采用增材制造技术进行金刚石磨粒工具制备也已被业界视为解决复杂结构磨具高效成型的潜在手段并成为研究热点。立足于目前已有的相关研究报道,以光固化成型技术（SLA）、选择性激光烧结技术（SLS）、激光选区熔化技术（SLM）为主,总结现有增材制造技术在金刚石磨粒工具制备方面的研究进展,分析其在制造工艺上的不同特点,并对未来利用该类技术制备金刚石磨粒工具进行展望与建议。