弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化

尽管磁力研磨具有随形加工特性，但使用小磨头磁力研磨大扭曲度工件时，磨头在工件不同位置处的间隙差异，给磁力研磨加工带来了挑战。为了改善磁力研磨的加工表面质量，进一步减小工件间隙差异对表面粗糙度的影响，设计了一种以聚氨酯弹性体为磁极载体的弹性磁极磨头，对其磁场进行仿真分析并验证。在试验中使用黏结法制备的金刚石磁性磨料，比较不同加工间隙下聚氨酯弹性磁极磨头与普通磁极磨头的研磨加工性能，探索主轴转速、进给速度和磨料粒度对钛合金表面粗糙度的影响规律。结果表明：在工艺参数相同的情况下，聚氨酯弹性磁极磨头的加工性能优于普通磁极磨头的；使用聚氨酯弹性磁极磨头，在主轴转速为800 r/min，加工间隙为2.0 mm，进给速度为5 mm/min，磨料粒径范围为62～90μm时，磁力研磨加工效果最优，经过12 min的研磨加工，TC4钛合金的表面粗糙度R_a从最初的0.350μm降至0.039μm，表面粗糙度改善率达到89%。试验结果验证了聚氨酯弹性层的弹性及仿形特性对TC4钛合金加工表面质量的提升作用。     

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。     

微磨料水射流对工件表面抛光作用的研究

采用碳化硅固体磨粒、纯水和水溶性乳蜡(水蜡)混合而成的液体磨料,液体磨料的浓度按固体磨粒与添加液的质量比1∶ 2的比例混合,工件材料采用热作模具钢4Cr5MoSiV1,被抛光工件表面分别为未经热处理的模具钢表面和电火花加工后的工件表面.实验研究了不同粒度的固体磨粒、添加液浓度、抛光时间等对抛光性能的影响.研究表明,经过90 min的抛光,两种抛光面的表面粗糙度值Ra都呈显著下降.对于电火花加工表面,抛光90 min后的粗糙度值由最初的Ra=1.0 μm下降到Ra=0.08 μm;对于未经热处理的工件表面,抛光90 min后的粗糙度值由最初的Ra=0.36 μm下降到Ra=0.06 μm.证明微磨料水射流对工件表面具有良好的抛光作用.研究还表明,磨料液成分、抛光时间以及被抛光工件材料以及工件表面原始粗糙度等对抛光性能有重要影响.对于硬度和粗糙度较高的工件表面,宜采用具有较粗的固体磨料粒子和较高浓度添加剂的磨料液;对于硬度和粗糙度较低的工件表面,宜采用较细的固体磨料粒子和添加剂浓度较低的磨料液.对于较低硬度的工件表面,采用蜡敷磨粒的磨料液可缩短抛光时间和提高抛光的表面精度.     

磁性剪切增稠光整介质的制备与加工特性研究

目的 解决Ti-6Al-4V器件的纳米级表面光整效率低的问题.方法 开发了一种磁性剪切增稠光整介质,利用设计的磁场发生装置,在主轴转速100 r/min、工作间隙0.5 mm的加工参数下,探究不同磨料粒径和磨料质量分数的光整介质对表面粗糙度的影响.结果 当磨料的质量分数为45％时,在碳化硅粒径为80μm、羰基铁粉粒径为150μm条件下,工件表面粗糙度值由初始的173 nm下降到92 nm;在碳化硅粒径为30μm、羰基铁粉粒径为50μm条件下,工件表面粗糙度值由初始的170 nm下降到79 nm;在碳化硅粒径为4μm、羰基铁粉粒径为5μm条件下,加工效果最优,Ti-6Al-4V工件的表面粗糙度由初始的169 nm下降到61 nm,表面粗糙度降低了64％.结论 在磨料粒径相同的条件下,随着磨料质量分数的提高,加工效率增加;在磨料质量分数相同的条件下,磨料粒径越小,获取的表面粗糙度值越小.通过金相显微镜和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察发现,工件表面的划痕显著减少,验证了所研制介质的有效性.     

聚集体金刚石磨料研磨加工性能研究

为实现蓝宝石等硬脆材料的高效率、低表面粗糙度研磨加工,提出利用陶瓷结合剂和微细金刚石磨料(粒径3μm)烧结制成聚集体金刚石磨料(平均粒径30μm)进行研磨加工新工艺。通过与3μm和30μm等2种单晶金刚石磨料对蓝宝石基片进行研磨加工对比实验,系统研究聚集体金刚石磨料的研磨性能。结果表明：聚集体金刚石磨料具有较高的材料去除率,相同条件下聚集体金刚石磨料加工15 min时材料去除率为1.127μm/min;聚集体金刚石磨料具有较好的加工稳定性,研磨120 min时材料去除率为0.483μm/min,相比于加工15 min时下降57.14%,而3μm单晶金刚石磨料则下降78.02%;聚集体金刚石磨料与3μm单晶金刚石磨料研磨蓝宝石的表面粗糙度相近,分别为R_a 9.45 nm和R_a 8.75 nm,远低于30μm单晶金刚石磨料的R_a 246 nm。聚集体金刚石磨料能实现低加工表面粗糙度和高材料去除率的机理可以归纳为：多磨粒微刃产生去除作用可以获得低表面粗糙度,同时具有自锐性,提高材料去除效率并保证加工过程的稳定。     

微晶玻璃固结磨料研磨加工亚表面损伤预测研究

目的 快速、准确预测微晶玻璃在研磨加工过程中的亚表面损伤状况,制定合理的加工工艺。方法 通过建立微晶玻璃的离散元模型,仿真分析了研磨压力等研磨工艺参数对工件亚表面损伤的影响规律,并采用角度抛光法对研磨后微晶玻璃的亚表面损伤状况进行了实验验证。结果 采用W14金刚石固结磨料垫研磨微晶玻璃,当研磨压力为10 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为1.75μm,当研磨压力降低至3.5 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为1.38μm;随着研磨压力的降低,亚表面微裂纹数量减少。研磨残余应力层分布深度大于微裂纹层的,且在微裂纹的尖端存在较大的残余拉应力。结论 角度抛光法得到的亚表面裂纹层深度与仿真结果一致,偏差范围为-10.87%～11.29%,残余应力仿真结果与试验结果的偏差为7.89%。离散元仿真能够比较准确地预测固结磨料研磨微晶玻璃的亚表面损伤状况,为其研磨抛光工艺参数的制定提供了理论参考依据。     

不锈钢纤维丝径对多孔表面池沸腾换热性能的影响

以85%和90%两种孔隙度的不锈钢纤维多孔表面为研究对象,针对8、12、20、28μm的4种不同丝径样品的池沸腾传热性能进行分析。结果发现:当测试样品的孔隙度、厚度等参数一致时,不锈钢纤维丝径小于20μm,不锈钢纤维多孔表面的传热性能随丝径的增大而增强。影响纤维多孔表面池沸腾换热的因素很多,因此其传热性能并不是随纤维丝径的增大而增强,当纤维丝径大于20μm,其传热性能呈减弱趋势。     

DD9镍基单晶高温合金的缓进给磨削烧伤实验

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Ra在0.8μm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50～110μm，塑性变形层厚度为1～10μm。推荐的DD9磨削工艺参数组合为：砂轮线速度vs=20 m/s，进给速度vw=250 mm/min，磨削深度ap=0.6 mm。     

磁性磨粒辅助磁针磁力研磨的应用研究

目的解决磁针磁力研磨工艺中磁针对工件表面碰撞损伤及存在研磨盲区的问题。方法在磁针中加入磁性磨粒增加磁针束的柔性,同时磁针为磁性磨粒提供研磨压力和切削力。将三相正弦交流电接入定子线圈,利用交流电的相位差产生旋转磁场,驱动混合磨料对微小复杂工件进行研磨。在混合磨料总质量不变的条件下,依次采用磁针、磁性磨粒和不同质量混合比的混合磨料进行对比试验。结果相较于单一磨料,使用混合磨料加工40 min后的工件表面形貌较好,表面粗糙度值下降幅度大,且有较大的材料去除量。当磁针与磁性磨粒的质量混合比为1∶2时,加工后的工件表面形貌最佳,无明显加工纹理和磁针碰撞痕迹,工件表面粗糙度值由原始的1.0μm下降到0.54μm左右,材料去除量为2.8 mg左右,微小沟槽内无研磨盲区。结论在电磁研磨工艺中,使用磁针和磁性磨粒质量比为1∶2的混合磨料可提高研磨效果,避免磁针的碰撞对工件表面造成损伤,磁针可将磁性磨粒挤入工件微小沟槽,无研磨盲区。     

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0.84 μm,材料去除率为3.21 μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。      

电磁纯铁表面渗氮工艺分析

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计等，对规格、尺寸相同的国内、进口电磁工件的表面及截面形貌、相组成、硬度等进行测试分析，根据Fe-N二元相图研究了两种工件的表面处理工艺。结果表明，两种样品的基体均为α纯铁，表面处理后的表面形貌和物相组成基本一致，但国内电磁工件扩散层之外只有一层由γ′-Fe相组成的厚度为8～9μm的白亮化合物层，其显微硬度为323 HV0.05,而进口电磁工件的白亮化合物层与扩散层之间存在一层厚度为12～13μm的过渡层，该过渡层为γ-Fe冷却后形成的屈氏体组织，显微硬度为312 HV0.05。可以推断，国内工件采用了常规低温(低于590℃)渗氮工艺，而进口工件由于渗层更深且存在由屈氏体组织组成的过渡层，其表面处理方法为高于590℃的高温离子渗氮工艺。     

风淬转炉渣作为喷砂磨料的可行性及效果研究

目的实现风淬转炉渣的再利用,论证风淬转炉渣作为喷砂磨料的可行性及应用效果。方法对比风淬渣和韩国PS球、铜炉渣等磨料在成分、微观结构、物化参数以及抗破碎性方面的异同,并以风淬渣作为磨料对工件进行喷砂处理,检验处理效果。结果风淬渣具备磨料的特性,一次破碎回收率可达70%,用风淬渣作为磨料处理的工件,清洁度可以达到Sa2.5级,表面粗糙度可达到粗级以上。结论将风淬渣作为磨料,能够满足工业清理和涂装需求,实现钢渣资源的有效利用。     

磨料条件下DLC复合微织构表面的磨损机理*

钛及其合金具有优良的性能被广泛应用于武器装备领域，但在磨料条件下易黏着、不耐磨的特性限制了其使用。为了提高钛在磨料作用下的减摩抗磨性能，以 TA2 钛为研究对象，使用激光加工技术在 TA2 样品表面上制备点阵微织构，然后采用磁控溅射技术在点阵微织构表面制备类金刚石碳（Diamond-like Carbon, DLC）薄膜，形成 DLC 复合微织构；采用 MS-T3000 摩擦磨损试验机研究了 DLC 复合微织构表面在磨料作用下的摩擦磨损性能，并通过扫描电子显微镜、能谱分析、 拉曼测试、有限元分析等手段研究钛表面 DLC 复合微织构的摩擦磨损机理。结果显示 DLC 复合微织构表面可有效提高钛在磨料条件下的减摩抗磨性能，且同等条件下，点阵密度对 DLC 复合微织构样品表面摩擦因数的影响最大，单位面积点阵边缘密度值与样品表面磨损率有关，且二者基本呈正线性关系。揭示了 DLC 复合微织构在磨粒磨损条件下的摩擦磨损性能， 并从织构边缘的破坏提出磨损机理，研究结果可为钛在磨料磨损条件下的应用提供理论和设计依据。     

基于神经网络遗传算法的磁粒研磨TC4材料工艺参数优化

目的利用磁粒研磨光整加工技术提高TC4材料的表面质量,使用BP神经网络建立加工工艺参数和表面粗糙度之间的关系,使用遗传算法寻找最优工艺参数组合。方法使用双级雾化快凝法制备的金刚石磁性磨料对TC4材料工件进行L9(34)正交试验,借助Matlab软件建立结构为4-12-1的BP神经网络,根据正交试验结果训练BP神经网络,探究工艺参数主轴转速n、加工间隙δ、进给速率v、磨料粒径D和表面粗糙度Ra之间的关系。使用决定系数R2评判BP神经网络训练结果,基于训练好的BP神经网络使用遗传算法对工艺参数进行全局寻优。使用计算得到的优化工艺参数进行试验,并测量工件表面粗糙度,与计算得到的表面粗糙度做对比。结果BP神经网络的预测误差在1.5%以下,通过决定系数R2优化的模型可在训练样本较少的情况下进行有效可靠的预测。遗传算法优化的结果,在主轴转速为1021.26 r/min、加工间隙为1.52 mm、进给速率为1.04 mm/min、磨料粒径为197.91μm下,获得最佳表面粗糙度,为0.0951μm。使用调整后的工艺参数,在主轴转速为1020 r/min、加工间隙为1.50 mm、进给速率为1.0 mm/min、磨料粒径为196μm下,试验得到的表面粗糙度为0.093μm,与计算得到的最佳表面粗糙度误差为2.21%。结论采用磁粒研磨光整加工技术与寻优参数结合,可以有效提高TC4材料加工后的表面质量。     

自制聚氨酯磨棒磨削合金灰口铸铁的表面粗糙度实验研究

为研究聚氨酯磨棒对合金灰口铸铁表面磨削质量的影响机制,自制了聚氨酯磨棒,并在磨棒中分别添加粒径为1、6和9μm的金刚石磨粒对合金灰口铸铁进行磨削加工,利用光学显微镜和白光干涉仪对磨削加工后的合金灰口铸铁表面形貌及平均表面粗糙度R_a进行分析比较。结果表明:使用粒径9μm的金刚石磨粒磨削工件表面,其磨削痕迹较深,表面粗糙度较差;相比之下,使用粒径6μm的金刚石磨粒磨削工件,可得到最佳的表面粗糙度,其R_a值可达0.01μm;而使用粒径1μm的金刚石磨粒,其磨削能力最差,材料被推挤到磨料的两侧,造成实际的表面粗糙度不够理想。     

固结磨料研磨中去除机理探索

结合目前实验室的实际加工条件建立了用FAP(fixed abrasive pad,固结磨料抛光垫)研磨抛光时磨粒嵌入工件表面的切深数学模型,提出了当不考虑抛光垫的弹性变形且FAP中添加的磨粒粒径范围在10～14μm之间时,磨粒压入工件的最大深度值在0.4μm左右。当考虑抛光垫的弹性变形时,磨粒嵌入工件的深度普遍减小,从而使得加工后工件的表面质量得到明显提高,主要表现在加工后工件表面划痕数量和划痕深度大大减小,表面粗糙度值降低。为了验证模型的正确性,在研磨抛光实验过程中收集了大量磨屑并对其拍摄大量SEM照片,通过图像处理和分析证明了在加工产生的磨屑中,91%以上(均值96.5%)的磨屑厚度小于0.3μm,非常好地吻合了本文中所建立的切深数学模型。     

磁性电子元器件精加工用抛光剂性能研究

研制出了适合于磁性电子元器件表面平坦化加工用的抛光剂，该抛光剂磨料选用超细α-Al2O3微粉。通过对磨料化学纯度的处理、表面包裹处理、抗静电处理、分散剂等方面研究试验，对抛光剂悬浮性、酸碱性、润滑性、可擦性等方面进行检测，结果表明：该抛光剂具有高浓度、低粘度和高分散稳定性，抛光效率高，具有良好的抗静电性和可擦性。抛光荆pH=6—8。抛光效率≥1．2μm／s，工件表面粗糙度Ra≤0.04μm。     

基于3D打印航空发动机喷油管磁力研磨试验研究

目的针对镍基合金GH4169航空发动机喷油管进行磁力研磨光整加工试验研究,分析内置辅助磁极磁力研磨对工件内表面及交叉孔相贯线去毛刺的效果。方法利用磁粒研磨内置辅助磁极光整加工对工件内表面及内交叉孔相贯线处进行磁力研磨加工,通过研磨粒子与工件之间的划擦、磨削等运动,提高工件表面质量和去除内交叉孔相贯线处的毛刺。结果磁轭转速为1000 r/min,加工间隙为6 mm,采用圆柱形辅助磁极及平均粒径为250μm的磁性磨料时,其加工效果比传统的加工效果好,且效率更高,工件表面粗糙度从原始的5.8μm降至0.47μm(Ra0.5μm),内交叉孔相贯线处的毛刺明显被去除,且由于磁性研磨粒子的研磨作用,可对其进行二次光整加工。结论通过磁力研磨内置辅助磁极光整加工方法,原始工件内表面存在的褶皱、微裂纹明显得到改善,交叉孔相贯线处的毛刺也明显被去除。试验选用磁性研磨粒子粒径为250μm时,研磨效果最佳。通过磁力研磨光整加工后,管件能够得到良好的表面效果,提高了管件的综合性能。     

抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响试验

抛光垫是影响抛光加工效率和表面质量的关键因素之一,但影响规律和作用机理尚不清晰。为研究抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响规律,制作有、无固结磨料的表面六边形微细结构抛光垫,分别对YG15硬质合金、单晶Si和单晶4H-SiC三种硬度差异较大的工件进行抛光试验。结果表明：各抛光垫对不同硬度工件抛光效果的影响规律一致,随着抛光工件的硬度增大,各抛光垫的材料去除率（MRR）减小,表面粗糙度Ra增大。抛光垫内的固结磨料能将MRR提高5～10倍,但也会导致Ra增大5～20倍。抛光垫表面微细结构会使得抛光过程中有效接触面积Ap和有效磨粒数Ns减小而导致MRR下降,而抛光垫硬度的增加能够部分弥补抛光垫表面微细结构造成的影响,抛光工件硬度越大,弥补效果越好。增加游离磨料能够有效降低抛光后Ra并提高硬度较大工件的MRR（上升约8%）,但对硬度较小工件的MRR有抑制作用（下降约27%）。根据抛光试验结果,建立工件-磨料-抛光垫接触模型,深入分析抛光垫表面微细结构、表面硬度对不同硬度工件抛光MRR和表面质量的作用机理,为不同工件抛光时抛光垫的选择提供了理论基础。     

基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨研究

目的 获得更低粗糙度的TC4钛合金零件表面。方法 采用黏结法制备不同粒径的磁性磨料，依次运用粒径为150～250μm和63～106μm的磁性磨粒以及这两种粒径的混合磨料进行磁力研磨对比实验，分析基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨可行性。基于磁性颗粒动力模型，根据最小能量原理分析了混合粒径磁力链的微结构，并利用体式显微镜对单粒径和混合粒径磁力链进行对比分析。结果 单粒径和混合粒径磁力研磨在12 min时钛合金工件表面粗糙度均约为0.11μm，此时单一粒径趋于平衡，而混合粒径磁力研磨的表面粗糙度继续下降，在16 min左右达到最低，为0.084μm，比单一粒径降低了20%，工件表面初始划痕和凹坑得到了更好的去除，加工后表面纹理更为致密。大粒径磁力链颗粒能量最小，约为-3.6×10^-13J，其次是混合粒径磁力链结构，颗粒能量约为-2.1×10^-13J，而小粒径磁力链结构颗粒能量约为-0.45×10^-13J，是大粒径和混合粒径磁力链的5～9倍，这说明小粒径颗粒不易形成单独磁力链。结论 混合粒径磁力链中，小粒径颗粒不易形成...