机匣零件气道面及支板面的机器人磨抛加工

提出机匣零件气道及支板面机器人磨抛加工技术。针对机匣的气道面及支板面开发高带宽长悬伸自适应磨具,根据力控磨具的受力分析进一步设计PID力控制器,采用Robotmaster进行磨抛刀路规划,在机匣试验件上开展力控磨抛方案和无力控磨抛方案的对比试验。结果显示:力控磨抛方案的精度为±1.5 N, 且平均表面粗糙度为1.450 μm;而无力控磨抛方案中的力为20.0 N, 平均表面粗糙度为2.069 μm。力控磨抛后的机匣表面质量更高。      

不锈钢细口圆桶容器内壁抛磨装置

针对化工、制药、食品等行业中所用不锈钢容器表面质量不好、产品易污染的问题,设计并研制了简易、轻巧的小口径不锈钢圆桶容器内壁抛磨装置。经该装置抛磨后,可去除小桶内壁表面氧化层、降低表面粗糙度值,解决了传统工艺中的技术难题,对提高产品质量具有现实意义。     

航空发动机叶片自适应磨抛定量去除研究北大核心

航空发动机叶片磨抛是叶片加工的最后一道成型工艺,加工质量直接决定叶片的工作寿命。叶片加工后的形状精度在叶片加工质量中起到了关键性作用,传统的恒力恒速度的磨抛工艺仅对余量分布均匀的工件有较好的磨抛效果。针对工件余量分布不均匀的问题,采用“测量-规划-加工”一体化的思路,对加工前的三坐标测量数据采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面进行表面重构,根据规划的理论刀路点信息,计算刀路点的余量信息,根据先验的材料去除率模型信息,规划砂带线速度,以控制每个区域内的表面去除量。为验证所提出方法的有效性,利用机器人与带有力控的磨抛单元开展了实验,结果表明研究所提出的方法可以有效控制磨抛加工的去除余量。     

滚抛磨块物理性能及其对7075铝合金滚磨光整加工的影响

目的 探索不同材质滚抛磨块的物理性能,及其对7075铝合金滚磨光整加工效果的影响.方法 相同条件下,使用不同材质滚抛磨块对7075铝合金试件进行滚磨光整加工实验和摩擦磨损实验,测试铝合金试件加工前后的粗糙度和材料去除量.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS),表征加工前后试件表面和磨痕形貌及元素成分的变化.结果 加工初始表面粗糙度Ra为1.200μm的铝合金试件,棕刚玉磨块的加工效率最高,加工极限Ra最低为0.262μm,对试件的材料去除量最大,呈递增趋势.白陶瓷磨块加工后,试件表面光亮度最好,氧化铝加工次之,棕刚玉加工最差.氧化铝磨块加工后,试件表面出现Fe元素堆积,棕刚玉磨块加工后,试件表面存在凹坑缺陷,凹坑内C、O元素质量分数分别达到了20.85％和41.86％.结论 加工初始表面较粗糙的铝合金试件,白陶瓷磨块加工效率及加工极限适中,加工后,试件表面无缺陷,表面光亮度最好.颗粒强度较小的滚抛磨块自锐性较好,加工效率高,但其表面致密性较差,磨耗大,不仅使得磨块利用率低,并且更易与试件表面发生吸附和氧化作用,在试件表面形成杂质颗粒和金属氧化物,降低试件表面光亮度.     

固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

目的 改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法 采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度,并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜（SEM）分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌,并利用能谱分析仪（EDS）对试样膜层化学成分进行分析。结果 在抛磨纳米WS2粉体过程中,WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷,并极大地降低试样表面粗糙度,进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%,摩擦系数降低79.2%,抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%,摩擦系数降低93.6%,抗粘着时间增加233%。另外,制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损,并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论 在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦,延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。     

结合CSSA-BP神经网络的砂带磨抛表面粗糙度预测研究

镍基合金在航空涡轮机、压气机的叶片制造中广泛应用，提升其加工效率与质量是行业热点。为实现航发叶片恒力磨抛的表面粗糙度准确预测，提出一种基于改进麻雀搜索算法（CSSA）优化BP神经网络的预测模型，开展机器人砂带磨抛工艺参数预测研究。选取4个主要影响因素为变量进行正交试验和极差分析；利用BP神经网络建立表面粗糙度预测模型，引入Tent混沌映射和种群多样性变异，进行麻雀搜索算法的改进，再通过CSSA对预测模型进行优化。结果表明：优化后的粗糙度预测误差降低了85.9%，相比优化前提升明显，可准确预测所输入工艺参数对应的粗糙度值。     

钛合金材料页轮磨抛材料去除深度模型

针对钛合金材料页轮磨抛表面去除量难控制的问题,从页轮磨抛的运动过程出发,结合Preston方程、Hertz接触理论及线接触变形等理论方法,建立页轮磨抛的材料去除深度模型。首先,分析磨削过程中页轮的运动和材料去除过程,并通过Preston方程简化磨抛过程,得到材料去除深度与页轮的线速度、接触压强、进给速度之间的关系;其次,通过Hertz接触理论及线接触变形得到接触压强和预压量的关系式,再将预压量代入接触压强,构建材料去除深度理论模型;最后,采用正交试验法和单因素试验法验证该理论模型的准确性,并通过极差分析法分析各参数对页轮磨抛去除深度的影响程度。结果表明:材料去除深度与预压量和页轮线速度成正比,与页轮进给速度成反比,且各参数对页轮磨抛去除深度的影响程度基本相当。模型预测的材料去除深度与试验结果的平均相对误差为6.25%,说明理论模型可准确预测磨削去除深度。      

石材加工磨块粒度合理间隔及适宜抛前粗糙度

磨头磨料粒度间隔及抛前粗糙度的确定,对加工生产率和工件表面质量有直接影响。本文在理论分析的基础上,推导出磨削加工各工步间磨块粒度合理间隔的数学表达式,并提出了适宜抛前粗糙度概念和确定途径。此二结果均有实用价值。     

焊缝磨抛机器人视觉算法开发及视觉系统测试实验

将视觉系统搭载于磨抛机器人,实现磨抛机器人在复杂的工业环境下对大型结构件实施焊缝自动磨抛和提高磨抛效率及精度的有效方法。通过结构光光心提取、ROT定位、列高斯差分及焊缝边缘位置提取等算法,成功实现对结构光光心及特征线的提取和对焊缝边缘点的检测,并开展了磨抛机器人视觉系统测试实验研究。实验结果表明:所搭建的视觉系统能够满足焊缝磨抛过程中对焊缝跟踪和测量的要求,且算法快速精确,系统稳定可靠。     

安装角度对交叉孔试件振动抛磨效果的影响分析

为探究试件安装角度对交叉孔转接部位抛磨效果的影响,基于离散单元法对交叉孔试件振动抛磨加工工艺进行仿真分析。研究发现：与安装角度为0°,90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位的加工均匀性较好,且转接部位磨损深度的最小值大于安装角度为0°,90°时磨损深度的最小值。基于单因素试验方法,采用ZLC100卧式振动抛磨设备对不同安装角度的交叉孔试件进行抛磨加工试验。结果表明：与安装角度为0°,90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位毛刺的去除效果较好,转接部位倒圆角效果较明显,测得转接部位圆角半径在0.3～0.7 mm范围内,大孔和小孔内侧表面8个区域表面粗糙度归一化值R_a^*有明显的下降趋势,试验得到的结论与仿真分析的结论相符合。     

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。     

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率,提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合,采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min,振动频率40 kHz,抛光液pH值9,转速比0.95;在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.92 nm;与无振动辅助的固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明:振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触,在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。      

叶片进排气边抛光工艺及其参数优化

叶片是航空发动机关键零部件之一,具有复杂的几何形状、极高的几何精度和表面质量要求。其中,叶片进排气边作为影响整机性能的关键区域,其较小的半径尺寸、急剧的曲率变化使得数控自动化抛光难以实现。为此,提出一种采用电镀超硬磨料柔性抛光轮定轨迹抛光的方法。通过优化线速度和预压量等抛光工艺关键参数,建立相应的抛光去除量和表面粗糙度变化曲线。实验结果表明,随着线速度和预压量的增加,进排气边的去除量也随之增加。不同尺寸半径试件(R2 mm,R1.5 mm,R1 mm)表面粗糙度在线速度为12.56 m/s和预压量为0.3 mm时呈现出最低值(Ra1.05μm,Ra 0.86μm,Ra 0.81μm)。通过不同尺寸半径试件抛光参数优化方法研究,为实现叶片进排气边的高精度数控自动化抛光提供了有利支撑。     

电化学抛光铜的实验研究

目的提高铜的表面质量,并将铜的去除量控制在适用范围,研究铜电化学抛光的溶液配比和最佳工艺参数。方法使用自行搭建的电化学抛光系统对工件进行电化学抛光,并使用3D表面轮廓仪和精密电子天平测量工件加工前后的表面粗糙度和质量。采用单因素和正交实验结合的方法设计了实验方案,研究了磷酸浓度、电解液温度、电压、占空比、频率和加工时间对铜表面粗糙度的影响,以及添加剂对实验结果的影响。结果得到磷酸浓度和温度对表面粗糙度的影响曲线。通过极差分析得到了电压、占空比、频率和加工时间对表面粗糙度的影响趋势以及最优参数。在溶液中加入抗坏血酸后,材料去除率可以降低到1000 nm/min以下,但表面粗糙度最高达到75 nm。同时加入抗坏血酸和乙烯硫脲后,材料去除率为400 nm/min,表面粗糙度最低达到17 nm。结论电化学抛光铜的最优参数为:电压10 V,占空比23%,频率23 k Hz,加工时间11~14 min,溶液配比为55%磷酸+0.3%抗坏血酸+0.2%乙烯硫脲。抗坏血酸可以有效地控制材料去除率,抗坏血酸与乙烯硫脲同时作用又可以降低铜的表面粗糙度。     

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。      

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。     

单晶蓝宝石衬底晶片的化学机械抛光工艺研究

目的设计单晶蓝宝石衬底化学机械抛光的合理方案,探究主要抛光工艺参数对抛光衬底的表面质量和材料去除率的影响,并得到一组材料去除率高且表面质量满足要求的抛光工艺参数。方法借助原子力显微镜和精密天平分别对衬底表面形貌和材料去除率进行分析,采用单因素实验法探究了抛光粒子、抛光时间、抛光压力和抛光盘转速对蓝宝石衬底化学机械抛光的表面质量和材料去除率的影响,并设计合理的交互正交优化实验寻求一组较优的抛光工艺参数。结果在蓝宝石衬底化学机械精抛过程中,在抛光时间为0.5 h、抛光压力为45.09 k Pa、抛光盘转速为50 r/min、SiO_2抛光液粒子质量分数为15%、抛光液流量为60 m L/min的条件下,蓝宝石衬底材料的去除率达41.89 nm/min,表面粗糙度降低至0.342 nm,衬底表面台阶结构清晰,满足后续外延工序的要求。结论采用化学机械抛光技术和优化的工艺参数,可同时获得较高的材料去除率和高质量的蓝宝石衬底表面。     

基于光助芬顿反应的碳化硅化学机械抛光工艺优化

目的 高效快速获得紫外光辅助作用下碳化硅(SiC)化学机械抛光(Chemical mechanical polishing, CMP)的最佳加工参数。方法 根据化学作用与机械作用相平衡时达到最佳抛光条件的理论,通过电化学测试的方法探究抛光液pH值、过氧化氢(Hydrogen peroxide, H2O2)浓度、Fe²⁺浓度、紫外光功率等对基体表面氧化膜形成速率(化学作用)的影响;在最大氧化膜形成速率条件下,以材料去除率(Material removal rate, MRR)和表面粗糙度(Average roughness, Ra)为指标,通过调节抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量等工艺参数,探究工艺参数对碳化硅加工过程中氧化膜去除速率(机械作用)的作用规律,寻求机械作用与化学作用的平衡点,获取紫外光辅助作用下SiC CMP的最佳工艺参数。结果 在pH值为3、H2O2的质量分数为4%、Fe²⁺浓度为0.4 mmol/L、紫外光功率为32 W时,化学作用达到最大值。在最大化学作用条件下,抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量分别为38.68 kPa、120 r/min、90 mL/min时,化学作用与机械作用最接近于平衡点,此时材料去除率为92 nm/h,表面粗糙度的最低值为0.158 nm。结论 根据研究结果,电化学测试可以作为探究晶片表面氧化速率较高时所需加工参数的有效手段,进一步调节工艺参数,使化学作用速率与机械去除速率相匹配,高效地获得了材料去除率和表面质量较高的晶片。     

基于响应面法的单晶硅CMP抛光工艺参数优化

为提高单晶硅化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)的表面质量和抛光速度,通过响应面法优化CMP抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量3个工艺参数,结果表明抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响依次减小。通过数学模型和试验验证获得最优的工艺参数为:抛光压力,48.3 kPa;抛光盘转速,70 r/min;抛光液流量,65 mL/min。在此工艺下,单晶硅CMP的材料去除率为1 058.2 nm/min,表面粗糙度为0.771 nm,其抛光速度和表面质量得到显著提高。      

Polishing of Structured Molds

High precision molds for the replication of structured optical elements like Fresnel lenses or prism arrays are generated by diamond machining or precision grinding. In some cases surface quality of the replicated components is not sufficient to meet the increasing demands concerning surface roughness and form accuracy for optical applications. Subsequent polishing of the structures may therefore be necessary. Within this work structured molds were finished by a newly developed abrasive polishing process, by laser polishing, and by abrasive flow machining. This paper focuses on the material removal mechanisms and achievable surface quality in abrasive polishing. Surface quality is compared to that achieved by laser polishing and abrasive flow machining.