磨粒粒径对固结磨料研磨石英玻璃的加工性能影响

固结磨料研磨垫的磨粒粒径是影响其加工效率和表面质量,以及下阶段抛光过程的重要因素。使用5μm、14μm和30μm三种粒径的金刚石固结磨料研磨垫加工石英玻璃,分析磨粒粒径对工件表面质量、材料去除率、声发射信号、摩擦系数和磨屑的影响,并结合磨粒切深选择最佳磨粒粒径。结果表明:随着磨粒粒径增大,材料去除率和表面粗糙度值均增大,声发射信号的均值和振幅显著提高,摩擦系数到达稳定水平需要的时间延长。14μm粒径磨粒的切深分布接近石英玻璃的脆塑转变临界切深201.2nm。选用粒径14μm的金刚石固结磨料研磨垫加工石英玻璃,其材料去除率为5.65μm/min,石英玻璃的表面粗糙度值Ra为66.8nm,满足硬脆材料的高效、高质量研磨要求。     

双向复合振动辅助磁力研磨加工的试验研究

目的进一步提高研磨加工效率,并获得更好的工件表面质量。方法提出双向复合振动(磁极垂直于加工表面的法向超声振动和平行于加工表面的切向振动相结合)辅助磁力研磨法实现对工件表面的研磨抛光。以钛合金工件为研究对象,进行了四种不同工况的研磨加工试验,并对试验结果进行了对比和分析。结果采用双向复合振动辅助磁力研磨法研磨钛合金工件,研磨加工60 min后,工件表面粗糙度值Ra由研磨前的3.78μm降至0.36μm,有效去除了原始加工纹理,获得了较好的表面形貌。工件表面的残余应力由拉应力转化为压应力。结论双向复合振动辅助磁力研磨法既能增加磁性磨粒的瞬时研磨压力,提高研磨加工效率,又能促进磁性磨粒的翻滚与更替,随时改变磁性磨粒的切削刃和切削方向,使磁性磨粒的运动轨迹互相交织,去除工件表面材料更均匀,同时还能有效地改善工件表面的应力状态。     

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。     

基于弹性基体磨具的3D打印高温合金叶片磨抛试验

目的 验证弹性基体磨具自适应磨削抛光加工增材制造镍基高温合金叶片的工艺可行性。方法 以硅橡胶基体磨具弹性磨抛技术为基础,建立弹性磨具与叶片接触的有限元模型,分析磨具与工件接触区域内应力和材料去除分布。以有限元分析结果为指导,研究磨具接触变形和材料去除对轨迹规划的影响,确定合理的轨迹步长和间距,并通过控制工件位姿角的变化,保证在磨抛过程中磨具与工件的接触状态不变。以GH4169镍基合金叶片为加工对象,采用硅橡胶弹性固结磨料磨具在小型四轴加工平台上进行磨抛试验。结果 仿真结果表明,弹性磨具与曲面工件之间的接触区域为椭圆形,应力和材料去除分布都由椭圆心到周围逐渐减小;当弹性磨具的压缩量为3 mm时,基于弹性接触有限元分析结果确定的最优轨迹间距为9 mm。试验结果表明,采用自适应磨抛轨迹抛光后,叶片表面无明显划痕和抛光纹理,表面粗糙度Ra由开始的1.846μm降至0.182μm,标准差由0.108μm降至0.026μm,材料去除率为3.432×10⁹μm³/min。结论 硅橡胶弹性固结磨料磨具可用于GH4169镍基合金叶片的超精密磨抛,基于弹性磨具接...     

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。      

基于微切削模型的不锈钢研磨表面残余应力规律

目的 基于单颗粒微切削模型,研究分析研磨工艺对HR-2抗氢不锈钢工件表面残余应力的演化规律与产生机制的影响.方法 建立研磨磨粒单颗粒微切削残余应力数学模型,采用正交试验获得研磨工艺参数与表面残余应力大小、磨粒微切削切深和切向力回归方程,利用单因素试验对研磨工艺进行验证,获得研磨工艺参数对表面残余应力大小、表面磨粒切深和切向力的影响规律,并开展单因素试验结果与数学模型计算结果对比研究.结果 试验中,磨粒粒径从10μm变化为50μm时,残余应力从–130 MPa变化至–345 MPa;研磨压力从10 N变化至50 N时,残余应力从–135 MPa变化至–253 MPa;而转速的变化对残余应力结果的影响规律不显著.不同工艺参数试验中,模型所得计算值和试验值误差基本在10％以内.结论 根据正交试验结果和单因素试验得出,研磨工艺对残余应力影响的显著度从高到低为磨粒粒径>研磨压力>研磨转速,磨粒切深和切向力与残余应力关系显著,建立的单颗粒研磨模型可以预测不同研磨工艺参数条件下的残余应力产生规律.     

固结磨料研磨抛光K9玻璃的超精密加工工艺研究

采用PHL-350型平面高速研磨抛光系统,通过固结磨料研磨抛光方法进行了超精密加工K9玻璃试验研究。探讨了不同粒径和不同磨粒研磨抛光垫在加工中对K9玻璃材料去除率和表面质量的影响。获得了高效率、低成本、高质量的K9玻璃的超精密加工工艺:首先使用M20/30金刚石研磨垫研磨,然后使用3μm CeO2抛光垫抛光。加工后K9玻璃的表面粗糙度优于RMS 0.6 nm,微观损伤少。     

磁力研磨精密抛光φ4×150mm TC4管内表面的实验研究

目的提高磁力研磨法光整小直径TC4管内表面时的研磨效率。方法将多个径向充磁的磁极组成柔性磁极链放置在工件的内部,致使整个加工区域的磁感应强度得到大幅度增强,再配合多种运动,完成对小直径细长管内表面的高效精密抛光。利用响应面法分析了工件转速、磨粒粒径和研磨液用量的交互作用对研磨效率的影响规律。结果在磨粒的平均粒径保持不变时,转速在18 000~20 000 r/min范围内时,表面粗糙度值趋于稳定,研磨液用量为8 m L时,表面粗糙度值达到最低。研磨液用量保持不变、转速在18000~20 000 r/min范围内时,表面粗糙度趋于稳定。磨粒的平均粒径为250μm时,表面粗糙度值达到最低。工件转速不变、研磨液用量为8 m L、磨粒的平均粒径为250μm时,工件表面粗糙度值达到最低。经过40 min的研磨,工件各位置的表面粗糙度值Ra稳定至0.35~0.2μm。结论优化后的工艺参数组合为:工件转速20000 r/min、研磨液用量8 m L、磁性磨粒的平均粒径250μm。加工后工件内表面加工均匀性显著提升,原始缺陷被完全去除,达到最佳效果。     

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。     

旋转磁极在SUS304管内表面精密抛光中的应用

用传统磁力研磨方法对管内表面进行抛光处理时,加工效率低且加工后表面质量差。针对该问题,文章采用旋转磁极辅助磁力研磨装置,对SUS304管内表面进行抛光试验研究。分析了3种不同加工方式下工件内表面的表面质量、表面微观形貌以及材料去除量的变化。结果表明:添加旋转辅助磁极后管内表面上无"彗尾"划痕现象,经过40min的加工,工件内表面质量得到明显改善,表面粗糙度值由R_a1.3μm降至R_a0.2μm,加工效率显著提升,材料去除量可达到100mg。     

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。      

MPCVD多晶金刚石片的研磨均匀性分析

在游离磨料研磨过程中,研磨的驱动方式及工艺参数等直接影响加工后工件的平面度和表面粗糙度。为了探究基于旋摆式驱动的游离磨料研磨工艺参数对MPCVD多晶金刚石片平整化的影响,建立旋摆式驱动平面研磨过程中的单磨粒运动学模型,根据实际研磨过程采用多磨粒随机分布模型进行计算机仿真计算,引入多磨粒轨迹的均匀性离散系数对磨粒轨迹均匀性进行分析。结果表明:当转速比取值等于0.5时,磨粒轨迹离散系数最大;当转速比小于等于0.5时,离散系数与转速比为正相关;研磨盘摆动弧线的弦长大于金刚石片直径时,磨粒相对于整个金刚石片表面的运动轨迹分布较为均匀;计算机仿真计算得到了研磨最优参数,并通过2英寸MPCVD多晶金刚石片研磨试验验证了仿真结果的有效性。研磨后金刚石片表面PV值为2.4 μm,表面粗糙度R_a达到139 nm,材料去除率d_MRR为10.1 μm/h。      

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。      

双粗糙表面磨削过程微凸体曲率半径的影响分析

目的通过建立双粗糙表面磨削模型,获得微凸体曲率半径对材料磨损的影响大小。方法选取磨具上微凸体与工件上不同变化曲率的微凸体分别建立滑动磨削模型I和模型II,考虑了磨削过程中材料的弹性/塑性变形及其断裂失效,运用有限元方法分析探讨滑动过程相嵌微凸体的应变变化以及磨屑脱离情况。结果磨削滑动过程中,在同等接触干涉量δ=1.30μm条件下,接触角较小的微凸体接触对(θ_1≈19.4°)其上微凸体发生磨损断裂,而接触角较大的微凸体接触对(θ_2≈25.5°)其下微凸体发生磨损断裂。磨损微凸体最大的等效塑性应变量发生在次表层的1.5~2.0μm处。结论双粗糙表面磨削过程中,在其他影响因素相同的情况下,曲率半径较小的微凸体更易形成磨屑。磨损微凸体最大的等效塑性应变量发生在次表层的某一深度处,随着塑性变形的增大,应力三轴度减小,导致材料表层下微观裂纹的萌生形成磨屑。     

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。      

Modeling and analysis of the material removal profile for free abrasive polishing with sub-aperture pad

This paper addresses the problem of material removal in free abrasive polishing (FAP) with the sub-aperture pad both theoretically and experimentally. The effects of some polishing conditions upon the material removal are analyzed, including not only the process parameters, which refer to the normal force, angular spindle velocity and angular feed rate, but also the abrasive grain size, polishing slurry properties, topographical parameters of the sub-aperture pad, as well as tool path curvature. Based on the analysis, a model of material removal profile is proposed to facilitate more accurate polishing. First, by analyzing the contact among polishing pad, abrasive grain and workpiece surface in the micro level, the removal depth per unit length of the polishing path is derived, which is defined as the material removal index. Then, the distribution of this removal index can be obtained via modeling the pressure and relative sliding velocity in the contact region of polishing pad and workpiece. After that, the material removal profile can be calculated by integrating the material removal index along the tool path in the tool-workpiece contact region. To verify the effectiveness of the proposed model, a series of polishing experiments have been conducted. Experimental results well demonstrate that our model can accurately predict the material removal depth during the FAP.     

Damage mechanisms during lapping and mechanical polishing CdZnTe wafers

CdZnTe wafers were machined by lapping and mechanical polishing processes, and their surface and subsurface damages were investigated.The surface damages are mainly induced by three-body abrasive wear and embedded abrasive wear during lapping process. A new damage type, which is induced by the indentation of embedded abrasives, is found in the subsurface. When a floss pad is used to replace the lapping plate during machining, the surface damage is mainly induced by two-body abrasive and three-body abrasive wear, and the effect of embed-ded abrasives on the surface is greatly weakened. Moreover, this new damage type nearly disappears on the subsurface.     

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。      

高精度硬质合金球行星精研工艺的研究

研究了钨钴硬质合金球行星精研加工工艺,通过正交设计,以直径去除率DRR、球度改进量Δ(ΔSph)和批直径一致性改进量Δσ为评价指标,研究磨料粒度、研磨盘转速、工作压力三个主要研磨参数对行星研磨加工效率和加工精度的影响情况。研磨试验平均球度ΔSph在0.5μm左右。分析结果表明:磨料粒度相比研磨盘转速、工作压力的影响较大,是行星精研加工质量控制和提高效率最重要的工艺因素。