磨料射流铣削工艺参数优化

目的对表面粗糙度和材料去除率作为输出参数的磨料水射流铣削45#钢过程进行研究,旨在寻找最优加工参数。方法对射流去除材料机理进行了分析,设计并进行了以磨料粒度、射流压力、横向进给距离、靶距为加工工艺参数的田氏正交实验。采用Minitab对不同实验参数组合下磨料水射流加工45#钢的表面粗糙度、材料去除效率进行了数据分析,并从材料去除机理方面,对4种加工工艺参数对于铣削表面质量和材料去除效率的影响程度和影响趋势,以及各因素之间的交互作用进行了分析。结果对射流铣削面表面粗糙度影响较显著的因素是横向进给距离,射流压力次之;对于材料去除效率,磨料粒径的影响最显著,横向进给距离次之。结论综合材料去除效率和表面粗糙度值,选出最优加工参数:磨料粒径2000目,射流压力120~160 MPa,喷嘴横移距离1.0~1.5 mm,靶距约30 mm。     

医用钛合金动态磁场集群磁流变抛光加工研究

目的 获得超光滑表面且无毒性残留的医用钛合金.方法 采用半固着磨料的新型动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用TC4钛合金,研究磨料种类、粒径、抛光时间、加工间隙和抛光盘转速等工艺参数,对医用钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,使用扫描电镜对抛光前后的医用钛合金表面进行成分分析.结果 医用TC4钛合金表面形貌受磨料形状和硬度的综合影响,Al2O3磨料相对SiC、SiO2和B4C磨料能获得更高质量的表面.随着Al2O3磨料粒径的增大,表面粗糙度先减小、后增大,5μm的Al2O3抛光效果最佳.加工间隙从0.8 mm增大到1.2 mm,表面粗糙度先减小、后增大,在1 mm时加工效果最优.抛光盘转速从15 r/min增大到35 r/min,表面粗糙度先减小、后增大,在25 r/min时加工效果最优.当使用粒径为5μm的Al2O3磨粒,在1 mm的工作间隙和25 r/min的抛光盘转速下抛光4 h时,医用钛合金表面粗糙度Ra从原始的110 nm降低到2.87 nm,表面粗糙度的下降率为97.39％.结论 应用动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用钛合金,能够获得无异质成分残留的超光滑表面.     

钴铬钼合金磁流变抛光工艺研究

目的 去除难加工材料钴铬钼合金车削后形成的规则性螺旋刀痕并获得超光滑表面。方法 采用磁流变抛光方法,对车削后的钴铬钼合金表面进行抛光加工。研究了磁体排布方式、加工间隙、抛光装置、转速和磨料粒径等工艺参数对钴铬钼合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,寻找获得超光滑表面的工艺参数组合,并对抛光后的钴铬钼合金表面使用表面轮廓仪进行测量。结果 钴铬钼合金表面形貌受各方面因素的综合影响,双磁体异向排布的磁通密度向工件集中,使得磁性羰基铁颗粒与金刚石磨料在抛光过程中结合力更强,增大了有效工作区域;表面粗糙度随着加工间隙的增加(从1 mm增大到4 mm)先减小后增大,在2 mm时得到优化的加工效果;表面粗糙度随着抛光装置转速的增加(从400 r.min^–1增大到1 000 r.min^–1)先减小后增大,在600 r.min^–1时得到优化的加工效果;相比于0.5、1.5、2.5 µm粒径的金刚石磨料,使用2 µm的金刚石磨料进行抛光时表面粗糙度最小。当使用双磁体异向排布,在工作间隙为2 mm、抛光装置转速为600 r.min^–1、金刚石磨料粒径为2 μm的工艺参数组合下对钴铬钼合金采用磁流变抛光加工120 min时,其表面粗糙度从初始的640 nm 降低至5 nm。结论 应用磁流变抛光方法抛光钴铬钼合金可以得到超光滑表面。     

钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

基于响应面法的镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨工艺参数研究

目的 研究磁粒研磨工艺参数对超细长镍钛合金血管支架管材内壁表面粗糙度的影响.方法 搭建镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨加工实验设备,使用自由降落气固两相流双级雾化快凝磁性磨料制备方法,制备了铁基金刚石磁性磨料,对内径为1.0 mm、外径为1.2 mm、长度为1800～2000 mm的镍钛合金血管支架管材内壁进行磁粒光整加工.以表面粗糙度为评价指标,设计4因素3水平的响应曲面实验,探究管材旋转速度、磁极进给速度、磨料填充量和磨料粒径对表面粗糙度的影响规律及其相互作用关系,并建立4个工艺参数关于表面粗糙度模型的回归模型.使用Design-Expect 12软件对工艺参数进行优化,得到最优工艺参数组合,并加以试验验证回归模型的准确性.结果 根据响应面分析结果,管材旋转速度与磁极进给速度、管材旋转速度与磨料填充量以及管材旋转速度与磨料粒径,对表面粗糙度的交互影响作用显著.以表面粗糙度为评价指标,各工艺参数对表面粗糙度的影响因素大小排序为:管材旋转速度>磁极进给速度>磨料填充量>磨料粒径.以表面粗糙度值最小为目标,得到工艺参数组合为:管材旋转速度100 r/min,磁极进给速度5 mm/min,磨料填充量0.1 g,磨料粒径100.00μm.预测表面粗糙度Ra为0.101μm,试验实际表面粗糙度Ra为0.112μm,实际值与预测值的误差为10.9％.结论 使用磁粒研磨法对镍钛合金血管支架管材内壁进行光整加工,解决了超细、超长的镍钛合金血管支架管材内壁的光整加工问题.响应曲面法可对镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨工艺参数进行优化,建立的表面粗糙度模型具有良好的预测能力,对实际工程应用具有指导意义.     

熔融石英玻璃衬底的平面研磨加工实验研究

熔融石英玻璃衬底的研磨加工是其超光滑抛光加工的基础工序。采用游离磨料对熔融石英玻璃进行单面粗研和精研加工,研究磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量和研磨时间对石英玻璃表面质量和材料去除率的影响。结果表明:粗研过程中,随着磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量的增大,工件材料去除率先增大后减小;随着加工时间的延长,表面粗糙度R_a逐渐达到稳定水平。在磨料质量分数4%、研磨液流量20 mL/min、研磨盘转速60 r/min、加工30 min时,熔融石英玻璃衬底的表面粗糙度R_a达 0.11 μm。在熔融石英玻璃衬底的精研过程中,选用平均粒径3 μm的CeO₂加工50 min后的表面粗糙度R_a最低,为4.11 nm。      

离心研磨加工钛合金表面粗糙度的试验研究

目的 探究离心研磨自动化加工工艺对钛合金表面粗糙度的影响.方法 选取了影响离心研磨加工效果的主要工艺参数(磨料材质、磨料粒径、滚筒转速),并使用单因素试验法对TC21钛合金进行了离心研磨加工试验.以表面粗糙度为评价指标对工艺参数进行了分析和优化.采用优化后的工艺参数对TC21钛合金进行了表面离心研磨加工,在此基础上研究了表面二次细化加工对TC21钛合金表面粗糙度的影响,并对比了加工前后工件的表面粗糙度值和表面形貌.结果 确定了较优的离心研磨TC21钛合金的工艺参数,即:磨料材质选用氧化铝,磨料粒径为5 mm,滚筒转速为240 r/min.采用优化后的工艺参数进行了离心研磨加工试验,TC21钛合金表面粗糙度值由1.412μm低至0.513 μm;表面二次细化加工后,工件表面粗糙度值由0.513 μm降至0.267 μm,加工纹理和缺陷消失.结论 采用优化后的工艺参数对TC21钛合金取得了较好的离心研磨加工效果,结合表面二次细化加工,使TC21钛合金表面粗糙度值降低两级,并修复了表面缺陷,验证了使用离心研磨工艺加工TC21钛合金的可行性.     

游离和固结金刚石磨料抛光手机面板玻璃的试验研究

选取不同粒径的金刚石微粉,采用游离磨料和固结磨料两种抛光方法加工手机面板玻璃,比较其材料去除率和抛光后工件表面粗糙度。结果表明：在相同的抛光工艺参数下,磨粒粒径在游离磨料抛光中对材料去除率和抛光后表面质量作用显著,而在固结磨料抛光中作用不显著;采用金刚石固结磨料抛光垫抛光能获得表面粗糙度约为Ra1.5 nm的良好表面质量,并在抛光过程中较好地实现了自修整功能。     

磨料水射流切割面粗糙度研究

对在磨料水射流切割过程中进给速度和磨料流量两点进行了讨论。磨料颗粒采用直径为80目的石榴石。测量了切割不同深度的粗糙度。实验结果表明:对切割表面影响最大的是切割速度。同时也研究了切割面粗糙度和磨料水射流其他参数之间的关系。     

磨料粒径及形状对磨料水射流切割钛合金表面微观形貌的影响

采用不同粒径与形状的磨料颗粒,在磨料水射流切割平台上切割钛合金,用超景深显微镜等设备分析,以研究不同的磨料粒径及形状对钛合金表面微观形貌的影响。研究表明:磨料粒径越大,钛合金表面所形成的划痕越长,80目磨料颗粒形成的微划痕长度约为160目磨料的5倍。且球形磨料颗粒所形成的划痕末端堆积较少,其表面线粗糙度低于9.5 μm;具有棱边的磨料颗粒所形成的划痕有唇状或鳞片状金属堆积,其表面线粗糙度在9.5～13.0 μm间;柱体形的磨料颗粒冲击形成的划痕带有尖锐的棱角,其表面粗糙度大于13.0 μm。      

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明:随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0?mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为:磨粒粒径,1.0 μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。      

陶瓷球高效研磨技术的研究

为提高陶瓷球研磨过程中的加工效率,本文提出了一种采用固着金刚石磨料的高效研磨技术.采用4～8 μm粒径的金刚石微粉作为磨料,以光固化树脂作为结合剂,在300～500 nm波长紫外线照射下,使光固化树脂快速固化,制作固着磨料研磨盘(金刚石浓度100%),以Ф5 mm氮化硅陶瓷球为加工对象,在自行设计的实验台上进行了加工实验.实验结果表明,在保证表面质量的前提下(Ra～40 nm),材料去除率可达100 μm/h,其研磨效率约为相同加工条件下传统游离磨料加工的20倍.对加工后陶瓷球表面的观察发现,氮化硅陶瓷球材料主要是以二体磨损的形式去除的.     

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的 实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法 选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果 在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89 μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19 μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论 采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。     

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.     

磁性磨具光整加工中基于Halbach Array的磁场设计与实验研究

目的提高磁性磨具表面光整加工技术对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率,解决以往永磁式磁性磨具光整加工中磁场强度弱、磁能利用率低的问题。方法首先对30CrMnSi导磁工件的材料去除机理进行分析,探讨了磁感应强度B对工件材料去除的重要性。然后基于海尔贝克阵列(Halbach Array)进行了磁场的设计,通过理论计算和仿真分析,确定了永磁单元尺寸和磁场布置方案。最后以自制粘接性磁性磨料,对30CrMnSi板材进行单因素光整加工实验。结果根据磁场计算和仿真结果,确定了Halbach Array永磁阵列两个周期为最佳的磁场布置方案,并获得了理想的磁场强度和最佳的磁场分布。对30CrMnSi板材的加工实验表明,粗糙度下降百分比(%ΔRa)随着磁极转速和磨粒目数的增大而增大;磁性磨料中铁磁相与磨粒相质量比为3∶1、磁极转速为500 r/min、磨粒目数为240目时,加工效果最好,获得了Ra=0.129μm的表面,粗糙度最大下降百分比为90.74%。结论使用HalbachArray的方法对永磁场进行设计,可以增大加工区域的磁场强度并改善磁场分布,从而提高对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率。     

连杆大头孔磨料流加工的理论探讨及实验研究

针对H12V190Z柴油机连杆大头孔表面的磨料流加工方法进行了研究,利用CFD软件对其加工流场进行了模拟仿真,得到了流体磨料在流场中的压力和速度分布。结合工艺实验验证了经磨料流加工后连杆大头孔加工表面的粗糙度值有明显的减小,提高了连杆表面的质量,大大缩短了加工时间,提高了加工效率。     

基于正交实验的机器人砂带磨削工艺分析及优化

针对工业机器人砂带磨削最优工艺参数组合的选择,通过机器人夹持工件进行砂带磨削,采用正交实验和极差、方差分析方法研究砂带线速度、工件进给量、横向进给速度、砂带目数对工件表面粗糙度Ra及材料去除深度MRD的影响,探究其最优工艺参数组合,并通过正交实验数据建立变量与实验结果的线性回归预测模型。结果表明:综合考虑表面粗糙度Ra及MRD的最优加工参数组合为砂带线速度18 m/s,进给量0.5 mm,横向进给速度100 mm/s,砂带目数80#。砂带目数对工件表面粗糙度Ra的影响起主导作用,砂带线速度、工件进给量次之。工件进给量对MRD的影响起主导作用,砂带线速度、砂带目数次之。当砂带目数处于80#～240#时,工件表面粗糙度Ra会随着砂带目数的增大而减小,影响程度有减弱的趋势。当工件进给量处于0.2 mm～0.5 mm时,MRD会随着工件进给量的增大而增大,影响程度有减弱的趋势。     

超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响

为了研究超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响,采用对比试验和建立切削力和材料去除模型理论分析相结合的方法,分析加工后的表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力和亚表面组织,并讨论了加工中超声的作用机理。结果表明：在超声频率为21.91 kHz、振幅10 μm,主轴转速1000 r/min,加工间隙1.5 mm,磁性磨料粒径300 μm条件下,经过40 min加工后,表面粗糙度Ra降低到0.075 μm,与普通磁性磨料光整加工相比降低近60%。超声的引入,增大了切削力和材料去除率,由于加工的尖点效应,使超声辅助磁性磨料光整加工的表面粗糙度快速降低;同时超声振动的碰撞作用使加工后的表面更加均匀光滑,在亚表面可形成一层近20 μm的组织细化层,表面显微硬度可达到450.6 HV_0.2,与普通磁性磨料光整加工相比提高了15%,表面残余应力由普通磁性磨料光整加工的+68 MPa的拉应力变为-34.1 MPa的压应力,可有效改善工件表面完整性,提高加工表面的综合性能。     

固结磨料球对氟化钙晶体摩擦磨损性能的影响

目的通过改变固结磨料球的基体和磨料特性,研究氟化钙晶体的摩擦磨损性能,为超精密加工中研磨抛光氟化钙晶体固结磨料垫的选择提供指导。方法基于固结磨料加工技术制备固结磨料球,并与氟化钙晶体对磨。研究固结磨料球的磨料种类(金刚石和氧化铈两种磨料)、基体硬度、磨粒粒径对摩擦系数、划痕截面积、划痕处粗糙度的影响。结果金刚石磨料对磨的晶体表面划痕截面积S=480μm2,划痕处粗糙度Ra=85.3 nm,摩擦系数的平均值μ=0.537;氧化铈对磨磨料的S=307μm2,Ra=74.7 nm,μ=0.543。与氧化铈相比,金刚石磨料对磨的晶体表面产生划痕截面积、划痕处的粗糙度均较大,摩擦系数达到稳定的时间短,且摩擦系数的平均值较小。随着基体硬度增大,产生的划痕截面积逐渐增大。当基体硬度适中时(Ⅲ型基体),划痕截面积趋于稳定,S稳定在450μm2左右,此时划痕处粗糙度值也最小,为85.8 nm。在基体Ⅲ、Ⅳ两处,划痕截面轮廓的对称性较好。随着基体硬度增加,摩擦系数达到稳定的时间逐渐减小,动荡幅度也减小,但摩擦系数平均值增大。随着磨粒粒径增大,划痕截面积和划痕处的粗糙度值均增大,摩擦系数达到稳定的时间增加,且摩擦系数平均值增大。结论在选择固结磨料垫加工氟化钙晶体时,应选择金刚石磨料和基体Ⅲ,而磨粒粒径则需根据材料去除率和表面质量的要求做出相应选择。     

棕刚玉表面性能对陶瓷磨具强度的影响

通过对磨料表面进行不同的处理,利用扫描电镜(SEM)对界面进行观察和研究.研究表明普通棕刚玉磨料表面存在的Fe,Ti,Ca,Mg等杂质在高温时与结合剂反应,造成磨料与结合剂的反应界面有明显的裂隙、气孔、晶体生成,从而降低砂轮强度;对棕刚玉表面进行适当处理,如酸洗、涂覆,均可提高陶瓷磨具的强度.