磁力研磨光整加工ZrO2陶瓷材料试验研究

目的利用磁力研磨光整加工技术提高ZrO_2陶瓷材料的表面质量,并探究主要工艺参数对ZrO_2陶瓷表面质量的影响规律,得到磁力研磨光整加工陶瓷材料的最优工艺参数组合。方法采用开米字槽的研磨磁极头,利用球形磁性磨料对ZrO_2陶瓷材料进行磁力光整加工。借助XK7136C数控铣床对工件材料进行加工试验,探究其表面改性能力。借助白光干涉仪和扫描电镜对抛光后的表面形貌进行检测分析,采用单因素试验法探究主轴转速、加工间隙、磨料填充量和进给速度对表面粗糙度的影响,并设计合理的交互正交优化试验,寻求最佳的工艺参数组合。结果在磁力研磨光整加工ZrO_2陶瓷材料过程中,当转速S=1000 r/min,加工间隙δ=2.5 mm,磨料填充量m=2.5 g,进给速度v=15 mm/min时,工件平均表面粗糙度可由研磨前的1.950μm下降到0.493μm。通过白光干涉仪和扫描电镜等对材料表面的检测分析可知,加工后工件的表面毛刺大大减少,表面质量得到了改善。结论采用磁力研磨光整加工技术和最佳参数组合,可以有效地降低ZrO_2陶瓷材料的表面粗糙度,得到高质量的表面。     

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。     

球形固结磨料磨头研磨TC4钛合金的工艺探索

TC4钛合金是典型的难加工材料,在传统加工中存在难切削、工件表面易烧伤等问题。采用自行设计的球形固结磨料磨头开展TC4钛合金研磨实验,探索不同粒径、磨料种类及研磨工艺参数对TC4钛合金研磨材料去除率及表面质量的影响,分析研磨的材料去除机理,优化研磨工艺。发现20～30 μm碳化硅磨粒的研磨效果最佳,优化后的工艺方案为磨头转速2000 r/min,研磨夹角30°,研磨时间10 s。在此工艺参数下研磨材料去除率为22.2 mg/min,工件表面粗糙度R_a值为0.7 μm,兼顾了对材料去除效率和表面质量的要求。      

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。     

仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究

目的 改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法 应用Ansys Maxwell模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果 模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径180 μm、磁极转速1 000 r/min、研磨间隙2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度Ra由原始的10.70 μm降为0.52 μm,且其表面缺陷得到有效去除。结论 采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。     

超声复合磁力研磨加工镍基合金GH4169异形管

为解决镍基合金GH4169异型管内壁难研磨及研磨不均匀问题,采用超声复合磁力研磨光整加工方法进行试验。分析在超声复合磁力研磨条件下,主轴转速、加工间隙、超声频率和超声振幅对异形管内壁表面质量的影响。结果表明：在超声轴向频率为19 kHz、振幅19 μm,主轴转速1000 r/min,磁性磨粒平均粒径250 μm,加工间隙2 mm加工条件下,加工30 min后,管件内壁表面粗糙度Ra由原始的2.4 μm降至0.31 μm。通过在管件内部添加圆柱形辅助磁极,使得内外两磁极形成闭合磁场回路,增加磁场力的作用。辅助磁极连接高频轴向超声振动,使得吸附在磁极上的磁性磨粒在旋转运动和轴向高频振动复合作用下划擦、研磨管件内表面。由于研磨轨迹发生交叉复杂化,使得异型管内壁研磨后的表面质量和表面粗糙度得到明显提高;管件内壁表面残余应力由拉应力+52 MPa转变为压应力-48 MPa,表面应力状态得到较好的改善。     

选区激光熔化TC4钛合金表面磁力光整加工的表面质量

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(SLM成形后)下降到约0.6μm,使带有球状体和凹坑等缺陷的粗糙表面演化为有划痕和孔隙的细表面。然后在不同的磁力光整加工工艺参数下,利用XK7136C数控铣床改造的磁力光整加工系统,采用雾化法制备的新型Al2O3/铁基球形磁性磨料对钛合金试样进行磁力光整加工,分析加工后钛合金试样的粗糙度、表面形貌以及残余应力,并确定最佳工艺参数。结果表明：当磁力光整加工工艺参数分别为主轴转速1 000.00 r/min,加工间隙1.50 mm,进给速度15.00 mm/min时,磁力光整加工效果最好,钛合金试样表面粗糙度由初始的0.6μm降低到0.065μm,试样表面均匀,划痕和表面缺陷被有效去除,达到接近镜面效果。试样表面的残余应力由最初的拉应力+297.4MPa转变为压应力-237.8MPa。利用磨削加工和磁力光整加工技术对SLM制备的TC4钛合金试样进行光整加工,可...     

永磁场磁力研磨TC11钛合金的实验研究

目的解决钛合金机械加工后表面质量差的难题。方法采用磁力研磨工艺对TC11钛合金进行了表面光整加工。以表面粗糙度为主要评价指标,研究了磁力研磨工艺参数对钛合金表面质量的影响,并对工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数对钛合金进行了表面光整加工,研究了磁力研磨工艺对钛合金金相组织的影响。结果当加工间隙为3 mm时,研磨压力适宜,加工后工件表面粗糙度值最小。采用粒径为100目的磨粒使工件表面研磨加工后纹理更细,表面粗糙度值最低。提高主轴转速,工件表面材料去除率增加,当主轴转速为1500 r/min时,加工后工件表面粗糙度值最小。对比工件加工前后的金相组织,加工后试样表面组织晶粒变细,晶界增多,工件表面应力状态由张应力转变为压应力。结论实验确定了较优的工艺参数组合,即:加工间隙为3 mm,磨粒粒径为100目,主轴转速为1500 r/min。采用永磁场磁力研磨工艺,能够大幅降低TC11钛合金表面粗糙度,并使钛合金表面组织得到改善。     

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。      

CVD金刚石膜激光平整化效率和粗糙度

对化学气相沉积(CVD)多晶金刚石膜进行激光平整化的正交试验,使用场发射环境扫描电子显微镜(SEM)进行形貌分析,激光共聚焦扫描显微镜测量线粗糙度R_a、面粗糙度S_a和切缝锥度,分析激光参数对CVD膜平整化的影响。结果表明:影响切缝锥度的因素依次为脉冲宽度、脉冲频率、进给速度和激光电流,影响线粗糙度R_a的因素依次为进给速度、激光电流、脉冲频率、脉冲宽度。正交试验优化后,当激光电流为64 A、脉冲宽度为400 μs、脉冲频率为275 Hz、进给速度为100 mm/min时,可获得最佳的切槽表面形貌。采用该优化参数进行面扫描,测得面粗糙度S_a为11.7?μm;进一步增加入射角度至75°时,面粗糙度S_a降低至1.9 μm,实际去除效率达到1.1 mm3/min。      

石墨砂轮精密磨削铁氧体的实验研究

本试验使用石墨白刚玉砂轮精密磨削铁氧体,可实现简化工艺的目的。实验结果表明:在磨削速度24 m/s、工件速度1~10 m/min、切深2.5~7.5 μm的普通磨削工艺条件下,铁氧体零件的表面粗糙度值均达到R_a 0.18 μm以下。最小的表面粗糙度值可以达到R_a 0.09 μm,磨削表面呈镜面。因此,该磨削工艺可以完全满足铁氧体零件的表面加工质量要求。      

线速度对金刚石线锯及硅片表面质量的影响

为了考察线速度对金刚石线锯切割过程的影响,研究了不同线速度条件下金刚石线锯的磨损情况以及硅片表面质量情况,通过SEM及粗糙度仪对切后线材、硅片等进行微观及量化分析。结果表明:线速度由1 300 m/min提高至1 800 m/min,金刚石线锯磨损量由3.5 μm逐渐降低到2.5 μm,降幅为28.6%;金刚石线锯切割硅材料为塑性及脆性模式混合去除,硅片表面的形貌呈现沟槽状、连续划痕并伴随大量凹坑;随着线速度的增加,硅片表面粗糙度逐渐减小,算数平均粗糙度R_a、最大高度R_z以及最大表面粗糙度R_t数值分别下降了33.7%、37.8%、45.6%,表面凹坑数量随着线速度的增大也逐渐减少。      

外圆纵向磨削工艺对18CrNiMo7–6钢表面完整性的影响

为了探究工件转速 n_w 、磨削深度 a_p和纵向进给速度 v_f等磨削工艺参数对18CrNiMo7–6钢表面粗糙度和表层残余应力的影响,用端面外圆磨床开展其单因素外圆纵向磨削试验。结果表明:随着n_w的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,当n_w为120 r/min时,R_a达到最小值,此时工件表面的残余压应力最大;当n_w大于120 r/min时,工件表面残余应力出现起伏。随着a_p的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,工件表面残余拉应力随着磨削深度的增大而增大。随着v_f的增大,工件表面粗糙度 R_a先减小后增大,当v_f为210 mm/min时,R_a值最小;且随v_f的增大,工件表面残余压应力逐渐减小,并最终转变为逐渐增大的残余拉应力。      

基于灰色理论的铁氧体切割工艺参数优化

针对铁氧体的高精度环形金刚石线锯切割工艺参数优化问题,以其切割后的面形精度和表面粗糙度作为评价指标,采用正交试验法研究主轴转速、进给速度和张紧力等工艺参数对切割表面质量的影响,并基于灰色理论对多工艺目标进行数据分析和综合评判,得到工艺参数组合优化方案为:主轴转速,1 000 r/min;进给速度,1.0 mm/min;张紧力,90 N。切割试验结果表明:用优化后的参数组合得到的面形精度PV为7.37 μm、表面粗糙度R_a为0.882 μm,加工表面质量提高,验证了铁氧体切割工艺参数优化的有效性和实用性。      

基于响应曲面法的304不锈钢化学机械抛光工艺参数优化

采用响应曲面法,以材料去除率R_MRR和表面粗糙度R_a为评价指标,研究抛光过程中抛光盘转速、压力、时间等3种参数对R_MRR和R_a的影响。根据抛光试验结果,建立材料去除率和表面粗糙度的回归模型,得出其响应曲面和等高线图,并进行详细分析。结果表明:回归模型较显著,证明了响应曲面法预测及优化304不锈钢化学机械抛光工艺参数的可行性及可靠性;据此得出R_a和R_MRR优化后的最佳工艺参数;R_a和R_MRR的试验值与预测值比较,相对误差在±10%以内,表明响应曲面得到的模型精度高,可用于化学机械抛光工艺参数优化与结果预测。      

环形磁流变抛光工具的加工性能研究

半球谐振子的加工效率是影响半球谐振陀螺仪应用的主要因素。在环形磁流变抛光方式的基础上,提出平面化类比的简化加工抛光器并探索其加工性能。通过单因素探索试验和正交试验研究磁感应强度、抛光器转速、加工间隙、金刚石粒径等因素对抛光性能的影响。结果表明:使用环形磁流变抛光器抛光熔石英,当磁场磁感应强度较强,抛光器转速350 r/min,加工间隙0.6 mm,金刚石粒径为0.5~1.0 μm时,石英材料去除率为191.2 nm/min,表面粗糙度R_a值为3.31 nm,抛光效果良好。      

颗粒增强钛基复合材料车削试验研究

为研究切削参数对颗粒增强钛基复合材料已加工表面粗糙度的影响规律，通过对切削力和切削温度开展试验研究，探究钛基复合材料的切削加工性。结果表明:在车削钛基复合材料时，随切削速度提高，切削力先增大后减小；切削温度随切削速度的升高而升高，且在较高速度范围内温度升高放缓；切削力随着颗粒含量的升高明显增大，但切削温度有所降低；切削参数在v=80～100 m/min，a_p=0.30～0.60 mm，f=0.06～0.10 mm/r范围内，已加工表面粗糙度R_a可在0.5 μm以下。      

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。