磨料射流光整加工技术及设备

磨料射流光整加工技术是利用高压流体驱动含磨料的浆液从喷嘴喷出来抛光工件，磨料射流光整加工设备由高压水泵（或高压气泵），工作流体控制及传输装备，喷枪，磨料供给、回收、沉淀及循环装备，防护装备和相应电控系统构成．配合不同粒度的磨料，表面粗糙度可达Ra0．2um，除加工外，也可用于零件的除绣、除漆、毛化处理及去毛刺．     

复合光整加工的数学模型

给出了复合光整加工的数学模型 ,通过对数学模型进行了分析,得出复合光整加工优于单一加工的主要原因是：复合光整加工使工件表面各点被除去的概率随高度的变化而有较大的变化;磨料轨迹交叉越多,工件表面高度越大的部分去处的概率越大。     

微磨料水射流三维加工的实验研究

对微磨料水射流技术三维加工进行了实验研究。实验采用特殊设计的微磨料水射流切割头,水喷嘴内径为127μm,聚焦管内径为300μm,碳化硅固体磨料粒子平均直径25μm。微磨料水射流切割头利用螺杆泵送原理直接将微细磨料主动送入切割头混合腔,通过水射流对磨料粒子加速、混合并经聚焦管喷出形成微磨料水射流。螺杆由步进电机驱动,通过控制步进电机转速来精确控制磨料流量。将切割头置于高精度四轴联动数控平台的刀架上,实现对工件的加工。研究表明,通过改变磨料流量可较好地控制微磨料水射流的能量密度。对特定材料,首先设定走刀速度,改变磨料流量就能获得不同的切割深度,实现微磨料水射流车削、磨削、铣削、雕刻等三维加工。微磨料水射流在半导体材料加工、微型电子机械制造以及光学器件生产上具有广阔应用前景。     

基于人工神经网络的磨料水射流精密特种加工

磨料水射流是一种先进的绿色加工工具.为了获得较高的表面精度,必须精确控制水射流加工的各种工艺参数.一种可行的办法是建立水射流加工过程中的主要参数之间的非线性关系,通过加工速度的补偿来间接控制工件表面质量.本文基于人工神经网络理论,建立了水射流加工过程的神经网络模型.在获取大量样本数据的基础上,对网络模型进行训练.经过训练的水射流加工神经网络模型可以准确预测与给定压力、磨料流量、工件厚度、期望的表面粗糙度所对应的切割速度,实验验证获得满意结果.     

磁性研磨的加工特性

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，具有表面质量好，适应性能广泛的优点。     

磨料水射流喷头的研究

在磨料水射流加工中，喷头性能对加工影响很大．本文对射流喷头进行了结构参数设计和性能实验，得出了动力泵压力P与磨料水射流出口处均匀速度V4和磨料喷嘴直径d4的经验公式．与作者推导的理论公式相比，经验公式更符合实际，可以作为设计喷嘴和调整加工状态的依据．试验还证明了现有计算水喷嘴直径的公式是切实可行的，以及喉管距Lc和混合腔直径d3在一定范围内变化时，其加工状态稳定．     

磨料水射流微细雕刻技术的研究

根据磨料水射流加工的特点，建立了磨料水射流加工的神经网络模型。用训练好的神经网络模型来预测给定加工条件下的进给速度，并根据加工路径和机床的特性对进给速度进行修正，并编写数控代码。通过控制水射流的进给速度来间接控制其刻蚀深度，同时获得加工轨迹的圆滑过渡，从而实现磨料水射流的雕刻工艺。本文以不锈钢为原材料，以JJ-I数控水射流机床为实验平台，根据机床的特性手工编程，成功雕刻出微型摩托车图形。     

螺旋面磨料流光整加工仿真与试验

针对难加工复杂螺旋面光整加工成本高及质量难保证等问题,提出基于磨料流加工技术的螺旋面光整加工方法.通过建立有无螺旋引流段的"夹具-螺杆"仿真模型,对比分析2种模型中螺旋面磨料介质流场分布规律,优选出适用于螺旋面均匀化光整加工的夹具结构,在此基础上开展挤压螺杆的磨料流加工与砂带磨削对比试验.结果表明:磨料介质静压力沿流动方向逐渐减小,且等值线近似沿螺旋槽宽度方向分布;增加螺旋引流段后螺旋面进出口回流区被消除,提高流场均匀性;磨料流加工后螺旋表面粗糙度由10.5μm降为0.45μm,螺旋槽最小直径一致性好,且加工质量和效率优于人工砂带磨削.     

磁力研磨机理及研磨装置设计的研究

在磁力研磨加工中，磁力研磨装置的性能对加工质量的影响很大．根据磁性研磨光整加工的工作原理，提出一种由普通车床改装的用于圆柱面加工的磁力研磨装置的设计方法．经过实验验证，该设备很好地满足了磁性研磨光整加工的表面精度要求．     

微磨料水射流技术及其应用

介绍了微磨料水射流技术及其在半导体制造工艺中的应用.在分析研究微磨料水射流技术国内外发展基础上,提出了微磨料水射流的产生方法及关键技术.对增压发生器的压力、喷嘴直径、微磨料粒子的精度、浆液磨料制备方法、浆液磨料的输送及质量流量的控制、工作平台的运动精度等关键技术进行了分析讨论.研究表明,为了产生射束直径100 μm以下的微磨料水射流,必须采用湿式磨料,同时完全避免空气进入.采用300 nm至8 μm氧化铝浆液磨料和Φ40-50 μm喷嘴,应用运载方法可以产生束径达Φ40-50 μm级的微细加工磨料水射流.在同样水压力下,其切割的能量密度是普通磨料水射流的4～5倍.微磨料水射流在半导体材料加工、微型电子机械系统制造以及光学器件生产上具有广阔应用前景.     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

化学机械研抛过程流体和磨粒分布特性仿真

为深入理解化学机械抛光过程中的摩擦磨损机理,仿真研究了不同工况对抛光作用的影响规律.建立考虑多相流和离散相的三维CFD模型,研究不同工况下晶片和抛光垫间抛光液的速度和压力分布以及抛光磨粒的分布规律.结果表明:膜厚越小,抛光垫和晶片的转速越大,磨粒的分布密度越小.对流体速度和压力分布规律以及磨粒分布特性进行仿真分析,研究抛光过程中磨粒对晶片表面的动压作用过程.用疲劳断裂能量守恒理论,建立可定量分析各种工况下材料去除率的预测模型,采用Matlab软件对去除率模型进行仿真计算,得到不同工况下碳化硅晶片的去除率曲线.结果表明,抛光垫转速越大,膜厚越小,材料去除率越大,但去除率随着抛光的进行呈现减小的趋势.相比抛光垫转速对去除率的影响,膜厚对去除率的影响较小.     

叶轮表面各种抛光方法的去除机理研究及磨料的研制

从力学去除机理对振动抛光和磨料流抛光进行了分析研究,提出了旋转磨粒流抛光,从而增加了运动行程长度,提高了材料去除率;同时,能使工件表面更加平整,也会改善表面的应力状态.分析了如何配制最合适的磨料流加工研磨磨料,通过几种不同配料的对比实验,最后提出了一种润滑油、橡胶和磨粒的混合模型,可以兼顾高强度、高扯裂性、氧化安定性和润滑性.     

射流等离子体工艺参数对物理抛光效果的影响

为实现超光滑表面光学元件的高精度无损加工,将大气射流等离子体炬技术引入到超光滑光学元件加工中.以石英玻璃为加工对象,对大气射流等离子体炬的物理抛光去除效应进行了研究,分析了大气射流等离子体炬放电功率、抛光时间、样品处理位置等工艺参数的变化,对石英玻璃刻蚀速率和表面粗糙度的影响.实验结果表明,以空气为工作气体时,对石英玻璃的刻蚀速率最高可达4.6nm/min.经抛光处理后的石英表面粗糙度受到工艺条件的影响,在等离子炬功率为420～460W,作用距离16～22mm范围内,石英玻璃的表面粗糙度有明显下降,随着抛光时间的增加,呈现出收敛性.     

不锈钢振动辅助力流变抛光

为进一步提高力流变抛光效率与抛光质量,提出振动辅助力流变抛光方法。对不锈钢振动辅助力流变抛光加工过程中,工件材料去除过程及不同工艺参数对抛光特性影响进行研究。基于振动辅助力流变抛光原理及试验,以材料去除率和表面粗糙度为评价条件,分析了抛光速度、振动频率和振幅3个关键参数对抛光影响规律。基于田口法设计试验,采用信噪比评估试验结果并得出优化的工艺参数,通过方差分析法得出各因素的权重。结果表明：抛光速度对材料去除率影响最大,振幅次之,振动频率影响最小;抛光速度对表面粗糙度影响最大,振动频率次之,振幅影响最小。在优选的抛光参数组合下,抛光速度40 r·min^-1、振幅0.35 mm、振动频率80 Hz,加工30 min后工件表面粗糙度由(80±10) nm下降至(7.1±0.9) nm,其材料去除率达到68 nm·min^-1。受振动的抛光液中粒子间发生相对相位差并形成一定的剪切速率,使抛光液产生流变效应并把持游离磨粒。在相对运动作用下对工件表面施加压力及剪切力,以塑性去除方式实现不锈钢材料去除。利用所提方法,在优化工艺参数下可有效去除不锈钢表面划痕,...     

荧光分析法在化学机械平面抛光技术中的应用

化学机械平面抛光技术是通过化学力和机械力获得平滑表面的平坦化技术。化学作用和机械作用是材料整个去除现象的主要因素,使这两个作用达到平衡,可以获得无损伤超平滑的加工表面。因此,为了解化学机械平面抛光的全过程,本文提出采用荧光分析法即激光诱导荧光法,来研究抛光液和抛光垫对材料去除、加工参数对表面质量和加工效率的影响,从而来量化抛光液,提高抛光质量与效率。     

Numerical Simulation Research of Liquid-Solid Two-Phase Flow in Abrasive Water Jet Nozzle

According to the Lagrange discrete phase model of multiphase flow,mathematical model of the abrasive water-jet(AWJ)nozzle based on the multi-phase movement was introduced,then the boundary conditions was determined and the liquid-solid turbulence which is isothermal,can not be compressed and steady-state in the cone-cylinder nozzles of the export of the pre-mixed AWJ was simulated applying the software FLUENT.The results showed that:the axial velocity and dynamic pressure of the continuous phase in the nozz...     

单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

光学玻璃表面液流悬浮研抛加工

在研究表面光整加工方法的基础上,提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法。研制了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统,并对光学玻璃(K9)进行了液流悬浮研抛试验。对研抛过程进行了分析,探讨了脆性材料的去除机理,即在磨粒冲击和剪切作用下,工件表面是以冲击和剪切的塑性去除方式加工的。试验结果表明:利用液流悬浮SiC纳米磨料研抛的方法可以实现光学玻璃的纳米去除和超光滑表面加工。     

MCGS和PLC在抛光机器人上的应用

抛光轨迹和抛光力是抛光工艺中的两个重要参数,本文通过运用MCGS组态软件,触摸屏,PLC控制器等软硬件设备对原有的抛光机器人运动控制系统进行了改进,实验结果表明该系统达到预期要求,更具实用性。