单晶SiC基片的铜基研磨盘加工特性研究!

采用铜基螺旋槽研磨盘对6H-SiC单晶基片的Si面和C面进行了单面研磨加工,研究研磨压力、研磨盘转速和金刚石磨粒尺寸对SiC基片材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明,单晶SiC的C面和Si面具有明显的差异性,C面更易加工,其材料去除率比Si面大。研磨压力是影响材料去除率和表面粗糙度的主要原因,研磨压力越大,材料去除率越高,但同时表面粗糙度变大,较大的研磨压力会导致划痕的产生。在达到最佳表面粗糙度时,C面加工所需的转速比Si面大。磨粒团聚会严重影响加工表面质量,采用粒度尺寸3 μm的金刚石磨料比采用粒度尺寸1 μm的金刚石效果好,经粒度尺寸3 μm的金刚石磨料研磨加工5 min后,Si面从原始粗糙度R_a 130 nm下降到R_a 5.20 nm,C面下降到R_a 5.49 nm,表面质量较好。      

基于金刚石固结磨具的圆柱滚子高效研磨工艺研究

针对圆柱滚子高精密研磨加工过程中效率低下的问题,在双平面偏心盘式圆柱滚子抛光方法基础上,提出基于金刚石固结磨料磨具的圆柱滚子研磨方法。自制金刚石丸片,用上下盘黏附的金刚石丸片对圆柱滚子进行超精密研磨加工,研究丸片中不同金刚石微粉粒度代号、砂结比及研磨液黏度对圆柱滚子表面粗糙度、材料去除率、平均圆度误差及批直径变动量的影响。结果表明:圆柱滚子的材料去除率和表面粗糙度均随金刚石微粉粒度代号增大而增大;金刚石丸片的砂结比太大或太小都会导致圆柱滚子材料去除率下降,进而影响其表面粗糙度;合适的研磨液黏度,可以改善研磨时的润滑性能,防止大颗粒磨粒划伤工件表面。当金刚石微粉粒度代号为M2/4,丸片砂结比为1.6,研磨液黏度为5.380 mPa·s时,圆柱滚子的材料去除率达1.70 μm/min,表面粗糙度R_a从0.081 μm下降到0.025 μm,平均圆度误差从1.085 μm下降为0.553 μm,批直径变动量R_DWL从6 μm 下降为2 μm,圆柱滚子研磨效率和精度显著提高。      

基于无理数转速比的导磁轴套磁粒研磨试验

目的 解决大型导磁类零件内表面的精密研磨加工困难、加工效率低等问题。方法 采用旋转磁极方法对内表面进行磁粒研磨。工件由车床主轴驱动旋转,将磁极伸入工件内部,并在电机驱动旋转的同时,随着车床刀架往复进给,驱使磁极与工件内表面之间填充的磁性磨粒摩擦工件表面,完成对工件内表面的光整加工。利用ADAMS软件对有理数和无理数转速比下的研磨轨迹进行模拟,讨论不同转速比对研磨轨迹和工件表面质量的影响;采用响应面法将影响研磨的主要工艺参数(工件转速、磁极转速、磁性磨粒粒径)进行优化设计;通过研磨试验分析表面形貌和表面粗糙度数据,验证优化后工艺参数的可靠性。结果 采用响应面法分析可知,当工件转速为98 r/min、磁极转速为2 435 r/min、磁性磨粒粒径为190 μm、磁粒研磨加工时间为40 min时,工件的表面粗糙度从原始Ra 3.32 μm降至Ra 0.198 μm,表面粗糙度改善率(ΔRa)为94.04%。工件表面划痕、加工纹理等表面缺陷得到了有效去除,加工后工件表面更加光亮、均匀,大幅提高了工件的使用寿命。结论 当磁极与工件的转速比为无理数时,其研磨效果最好,研磨轨迹的干涉效果更好,单位面积内的交错次数更多,交织出的网状结构网格更均匀、致密,未加工区域面积更小。采用响应面法能够对试验结果进行优化参数数学建模设计,拟合出的最佳工艺参数组合可提高大型导磁材料轴套类零件的加工效率和表面质量。     

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。     

固结金刚石聚集体磨料垫高效研磨氧化锆陶瓷背板

氧化锆陶瓷背板的高效低损伤研磨加工是其在5G通讯应用中的前提。针对氧化锆材料的硬脆特性造成磨粒磨损严重的特点,以金刚石单晶和聚集体为磨料,制备固结磨料垫（FAP）,并对比研究其加工性能,探索了研磨液中碳化硅磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用金刚石聚集体作为固结磨料垫的磨料,辅以碳化硅砂浆,能够明显提高研磨速度,改善表面加工质量。采用粒度230/270的金刚石聚集体固结磨料研磨垫,辅以颗粒尺寸3~5 μm的绿碳化硅砂浆,氧化锆陶瓷研磨时材料去除率达2.5 μm/min以上,表面粗糙度值R_a为74.9 nm。      

铁电效应对钽酸锂固结磨盘加工的影响研究

目的 研究铁电效应对钽酸锂加工的潜在影响。方法 选用3000#的金刚石粉料制作的金刚石丸片,将其固结在设计的夹具中制成一种新型固结磨盘,并与游离磨料研磨加工结果进行比较,然后采用恒温水浴装置将冷却液温度控制在低温状态,并添加电解质溶液,以材料去除率、表面形貌及粗糙度作为指标,进一步分析铁电效应对固结磨盘加工钽酸锂的结果影响。结果 游离磨料加工10 min后,钽酸锂晶片表面粗糙度Sa从初始的419.112 nm降至232.319 nm,材料去除率MRR为36.78 μm/h,晶片表层存在磨粒嵌入、大量凹坑及深划痕等缺陷,且研磨过程中易破损。同样的加工条件下,固结磨盘研磨钽酸锂晶片的表面粗糙度Sa从419.112 nm降到97.004 nm,材料去除率MRR为57.19 μm/h,相对于游离磨料加工结果,晶片表面磨粒嵌入情况极少,划痕深度变浅、凹坑数量减小,表面更光滑。在冷却液温度为5 ℃并添加0.5%（体积分数）的电解质溶液时,使用固结磨盘研磨10 min后,表面粗糙度Sa进一步下降到37.943 nm,材料去除率为58.75 μm/h。材料表面无磨粒嵌入,无较深沟槽和凹坑,仅存在少许浅划痕。结论 相同加工条件下,固结磨料比传统游离磨料研磨后的表面粗糙度值更低,表面质量更好,去除率更高,加工效率和成品率更优。低温状态和加入电解质溶液能够有效抑制钽酸锂的内应力,防止裂纹产生及扩展,改善晶片的表面损伤,进一步提高了晶片表面质量。     

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10 kPa压力下,采用初始粒径为3～5 μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0 μm/min, 表面粗糙度值R_a为130.0 nm。      

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。     

基于Hilbert曲线磁粒研磨轨迹均匀性实验研究

目的 改善传统平面磁粒研磨中轨迹均匀性较差、材料去除不均匀等问题。方法 首先,基于Hilbert分形曲线加工平面,对Hilbert分形曲线进行几何特征的修改,进一步改善研磨轨迹的均匀分布;其次,传统磁粒研磨平面时采用圆柱磁极,其半径方向线速度的差异会导致材料出现去除量不一致等问题,使用环形磁极进行研磨,对不同长径比环形磁极进行三维静磁场模拟仿真,对比不同长径比的磁感应强度和1 mm处的磁场强度曲线,选取最佳的长径比进行研磨,在一定程度上保证材料的均匀去除;最后,利用ADAMS软件进行单个磨粒运动轨迹的仿真,建立笛卡尔坐标网格划分,利用离散系数 进行轨迹密度的数值分析,对研磨轨迹均匀性进行评价。结果 长径比为3∶4的环形磁极的磁感应强度最大,可达300 mT左右。在相同条件下,分别沿传统直线往复式路径、Hilbert曲线和改进的Hilbert曲线进行仿真,经离散系数 的评定,沿改进Hilbert曲线的研磨轨迹均匀性显著提高,离散系数 为0.407,较传统往复式的离散系数提高了约43.2%,较Hilbert曲线路径的离散系数提高了约10.7%。沿改进的Hilbert曲线的9个检测点的表面粗糙度降幅基本一致,降幅曲线平缓。原始表面的加工纹理、缺陷被完全去除,研磨后表面形貌均匀平坦。结论 沿改进的Hilbert加工路径进行研磨,研磨轨迹复杂多样,且分布相对均匀,确保了表面材料去除量的均一性,表面质量较好。     

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0 μm和20~25 μm,研磨压力为14 kPa,研磨液流量为60 mL/min时,材料去除率达到2.64 μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2 nm。      

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。     

SiCp/Al复合材料超声振动研磨工艺研究

针对SiCp/Al材料传统研磨方法加工困难,研磨工具磨损快,加工后难以获得高质量表面等问题,采用超声振动研磨加工方法可以显著改善其加工效果。通过对单磨粒的超声振动轨迹进行分析,得出其运动轨迹为空间椭圆形,可实现磨粒与工件间歇性的接触加工;采用树脂结合剂金刚石磨头对SiC体积分数为40%的SiCp/Al材料进行超声振动研磨加工试验,在不同的主轴转速n、进给速度v和研磨深度a_p以及磨料粒度d下,利用单因素试验法对工件进行研磨,检测加工后工件表面粗糙度,得出各工艺参数对工件表面粗糙度S_a值的影响规律。结果表明:超声振动研磨后的工件表面粗糙度S_a值相较于普通研磨后的79 nm下降为45 nm;超声振动研磨后工件表面粗糙度随n的增大先减小后增大,转速为1 800 r/min时,粗糙度值最小;工件表面粗糙度随v和a_p的增大而增大,随着d的减小而减小。并得出试验参数内的最优参数组合为:n=1 800 r/min,v=5 mm/min,a_p=1 μm,d=4.5 μm。      

陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究

为提高蓝宝石基片的研磨效率和质量,研制2种不同硬度的陶瓷结合剂固结金刚石研磨丸片并制作了相应的研磨盘,对蓝宝石基片进行研磨工艺试验以评估其研磨性能。结果表明:研磨时间延长,蓝宝石的材料去除率(R_MRR)和表面粗糙度(R_a)均逐渐降低最后趋于稳定;研磨盘转速提高,2种研磨盘获得的工件材料去除率均先升高后降低,在研磨盘转速为60 r/min时达到最高,分别为1.81 μm/min和1.27 μm/min,但工件表面粗糙度则持续降低;研磨压力增大,2种研磨盘获得的工件材料去除率持续升高,在研磨压力为34.5 kPa时达到最高,分别为2.03 μm/min和1.49 μm/min,且此时的蓝宝石基片表面粗糙度最低分别为0.165 μm和0.141 μm。对比2种硬度的研磨盘磨损性能可以发现,研磨盘的硬度越高,其材料去除效率越高,研磨盘磨耗比越高,但研磨后的工件表面粗糙度相对较高。      

固结磨料研磨蓝宝石晶片的工艺优化

为了满足蓝宝石晶片高效低损伤的加工要求,采用亲水性固结磨料研磨垫研磨蓝宝石晶片的工艺,研究基体中碳化硅粒度尺寸、基体类型、金刚石粒度尺寸及研磨液中磨料4个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高加工效率和优表面质量的工艺参数。实验结果表明:基体中碳化硅粒度尺寸为10 μm、基体类型为Ⅱ、研磨垫采用F公司粒度尺寸为35~45 μm的金刚石、研磨液中磨料的粒度尺寸为5 μm的碳化硅为最优工艺组合,亲水性固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为431.2 nm/min,表面粗糙度值为R_a 0.140 2 μm。      

固结磨料研磨K9玻璃的工艺优化

固结磨料研磨工艺具有高加工效率及清洁加工等突出优点。采用正交实验法,研究了转速比、研磨压力、研磨液流量等参数对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度Sa的影响。结果表明:研磨的最佳工艺参数组合为:转速比为145/150,研磨压力为0.055 MPa,研磨液流量为60mL/min。在该工艺参数组合下,材料去除速率达到3186 nm/min,Sa值达到19.6 nm。     

研磨机研磨运动轨迹分析

研磨是一种利用磨具通过磨料作用于工件表面,进行微量加工的工艺方法.针对某端面研磨机的设计,提出两自由度差动轮系机构的主传动方案,分析工件与研具之间的相对运动.采用Matlab软件进行运动轨迹仿真,结果表明:研磨机中行星齿轮公转转速与自转转速的比值与研磨运动轨迹及研磨质量密切相关,从而为研磨机的产品设计及工况选择提供了理论依据.