不同粒径金刚石固结磨料抛光硫化锌晶体研究

磨粒粒径是影响抛光最重要的参数之一,是决定加工效率和工件表面质量的关键要素。采用1~3μm、2~4μm、3~5μm 3种粒径的金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体,分析磨粒粒径对工件表面质量和材料去除率的影响。实验结果表明,磨粒粒径对硫化锌晶体的固结磨料抛光影响显著,随着磨粒粒径的增大,固结磨料抛光硫化锌晶体的材料去除率增大,而表面质量变差。2~4μm金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体可同时获得高材料去除率和优表面质量,材料去除率达到100 nm/min,表面粗糙度为4.37 nm。     

磁力磨削法及其应用

据日本报导,磁力磨削法不仅用于去毛刺,而且能对平面、外圆、内孔、球面、自由曲面进行加工。经磁力磨削法加工的工件表面粗糙度,已可达到R_(max)0.1μm。以磁力磨削外圆为例.如图1所示,工件装夹在磁极N-S中间,在工件与磁极之间充满着磁性磨粒,当工件是磁性体时,磁性磨粒就会沿磁力线排列成刷子状,形成磁力磨削刷,对工件表面产生压力P_x。当工件在磁极中间旋转时,这时磨粒就会受到切向磨削阻力P_y的作用,从而产生磨削作用。为了加强磨削作用,工件还作轴向低频振动。磁力磨削过程中,磨粒还受到因磁埸分布不均而产生的磁力F_m的作用,从而防止了磨粒向磨削区外流出,使磁性磨粒     

永磁场磁力研磨316L不锈钢实验研究

基于磁力研磨,采用永磁极吸附雾化法制备的新型球形磨料,对316L不锈钢进行光整加工.研究了当加工时间和磁感应强度为定值时,主轴转速、加工间隙、磨料粒径、磨粒相粒径对表面粗糙度和材料去除量的影响及其变化规律.并利用正交设计得出优化的加工参数:转速S=1 000 r/min,加工间隙δ=1.5 mm,磨料粒径为150～124μm时(磨粒相粒径为6μm),工件经研磨后平均原始表面粗糙度可由研磨前的0.275μm下降到0.038μm(工件最初表面粗糙度值为2.76μm).     

氧化锆陶瓷磨削表面质量仿真与实验研究

研究高速磨削条件下砂轮线速度、切削深度等工艺参数对氧化锆陶瓷工件加工表面质量的影响。通过对单颗磨粒切削氧化锆陶瓷试件过程进行仿真,确定磨粒切削深度与切削速度对磨削力和磨削表面形貌的影响。同时,采用金刚石砂轮对氧化锆陶瓷进行平面磨削实验,获取磨削力和表面形貌等实验数据,对仿真结果进行实验验证。随着切削深度从2μm增大到8μm,单颗磨粒磨削力呈单调递增的趋势,工件表面质量逐渐恶化;当切削深度保持在2μm时,砂轮线速度对工件表面形貌影响不大;当切削深度加大到4μm以上时,提高砂轮线速度可以有效减轻磨削表面的破碎损伤。     

基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法

利用固结磨粒自旋转磨削加工方法，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现了蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。采用不同磨粒粒径的金刚石砂轮实现了蓝宝石晶片较高的材料去除率或较好的表面质量。开发了高磨粒浓度Cr2O3砂轮，采用化学机械磨削对金刚石磨削后的蓝宝石晶片进行平坦化加工。实验结果表明，化学机械磨削能够去除金刚石磨削的表面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

游离磨料和固结磨料研磨后亚表面裂纹层深度研究

不同研磨方式加工K9玻璃产生不同的亚表面裂纹层深度,亚表面裂纹层深度的测量对确定材料下一步的加工去除量和提高加工效率具有重要意义。利用磁流变抛光斑点法测量游离磨料和固结磨料两种方式研磨后的亚表面裂纹层深度,每种研磨方式选用粒径分别为W40和W14的两种磨料。结果表明:磨粒粒径为W40和W14的游离磨料研磨后K9玻璃的亚表面裂纹层深度分别为20.1μm和3.646μm,而对应固结磨料研磨后的深度分别为3.37μm和0.837μm。固结磨料研磨在加工过程中能有效减小K9玻璃的亚表面裂纹层深度,提高加工效率和工件表面质量,改善器件的性能。     

集群磁流变效应抛光垫的磨粒“容没”效应机理研究

针对集群磁流变抛光加工方法,研究了集群磁流变效应抛光垫对磨粒的"容没"机理。通过建立磨粒"容没"模型,并在磁流变抛光工作液中掺杂大尺寸磨粒对K9光学玻璃与硅片进行抛光加工实验,发现在粒径为0.6μm的磨粒中掺杂粒径为1.8μm的金刚石粉进行抛光后的表面质量优于粒径为1.1μm的磨粒加工的表面质量,且发现随着掺杂磨粒尺寸的增大,加工表面的Ra、Rv值虽有增大,但增长幅度远小于同等状况下游离磨粒加工的增长幅度。研究结果表明:集群磁流变效应抛光垫的磨粒"容没"效应能够使粒径不同的磨粒均匀作用于工件表面,显著减小甚至消除大尺寸磨粒对加工表面造成的损伤。     

工件旋转法磨削硅片的磨粒切削深度模型

半导体器件制造中,工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平坦化加工和背面薄化加工最广泛应用的加工方法。磨粒切削深度是反映磨削条件综合作用的磨削参量,其大小直接影响磨削工件的表面/亚表面质量,研究工件旋转法磨削的磨粒切削深度模型对于实现硅片高效率高质量磨削加工具有重要的指导意义。通过分析工件旋转法磨削过程中砂轮、磨粒和硅片之间的相对运动,建立磨粒切削深度模型,得到磨粒切削深度与砂轮直径和齿宽、加工参数以及工件表面作用位置间的数学关系。根据推导的磨粒切削深度公式,进一步研究工件旋转法磨削硅片时产生的亚表面损伤沿工件半径方向的变化趋势以及加工条件对磨削硅片亚表面损伤的影响规律,并进行试验验证。结果表明,工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片半径方向从边缘到中心逐渐减小,随着砂轮磨粒粒径、砂轮进给速度、工件转速的增大和砂轮转速的减小,加工硅片的亚表面损伤也随之变大,试验结果与模型分析结果一致。     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

采用粘结法的磁性磨粒制备工艺及实验研究

现有的粘结法制备工艺存在混合不均等问题,且磁介质相和磨粒相在破碎过程中会发生分离,易造成浪费,为此,提出了一种新的粘结法磁性磨粒制备工艺。在相同条件下,运用两种不同工艺分别制备了两种磁性磨粒,并进行了实验研究。采用扫描电镜、三维超景深显微镜观测试件表面,并用电子天平测试试件光整加工前后的质量变化。实验结果表明,采用新粘结法工艺制备的磁性磨粒对试件进行光整加工10 min后,表面粗糙度值Ra从0.800 μm减小到0.076 μm,材料去除率的最大值为0.67 μm/min。与现有粘结法工艺制备的磁性磨粒相比,新粘结法制备的磁性磨粒的微观结构良好、各成分分布均匀,加工性能更加优异。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

磨削速度对碳化硅陶瓷磨削损伤影响机制研究

碳化硅陶瓷高速磨削过程中,磨粒对工件材料强力冲击,应变率剧增、复杂显微结构对应力波传送响应转变,材料力学行为发生变化,目前高速磨削对材料去除机制影响的物理本质认识还不清楚。为此,开展磨削速度对SiC陶瓷磨削裂纹损伤影响机制研究。通过单颗磨粒磨削SiC陶瓷试验,分析了磨削速度对SiC陶瓷磨削表面形貌、磨削亚表面裂纹损伤深度、磨削力和磨削比能的影响规律。试验结果表明,当SiC陶瓷材料以脆性方式去除时,磨削速度对裂纹损伤影响最为显著,随着磨削速度从20 m/s增加到160 m/s,磨削亚表面裂纹损伤深度从12.1μm快速降低到6μm。采用Voronoi法建立了金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型,当磨粒切厚为0.3μm,磨削亚表面损伤以微裂纹为主;当磨粒切厚为1μm时,随着磨削速度增加,磨削亚表面裂纹损伤深度从14.7μm降低到4.6μm,磨削亚表面宏观沿晶裂纹逐渐变为微观裂纹。基于位错理论和冲击动力学理论,揭示了高速磨削过程中位错密度的增加和晶界反射应力波对应力场削弱作用是高速磨削SiC陶瓷裂纹损伤“趋肤效应”产生的机理。     

超硬涂层磨削工艺实验研究

针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层,采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验,研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明:不同粒度砂轮磨削时,随着磨削深度和工件进给速度增加,法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大,表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势,平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大,且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率,600目砂轮具有较好的加工效果,其对应的优化磨削参数为:磨削深度为10μm,工件进给速度为8 m/min。     

磨削烧伤和磨削裂纹产生的原因及预防

磨削加工在机械加工中占有相当重要位置,淬火后工件表面的加工,及较高的尺寸精度和表面粗糙度,主要是靠磨削来保证。磨削加工所用的砂轮表面,是由无数磨粒组成的,每个磨粒相当一把刀具,所不同的是,大部分磨粒具有负前角和小后角。由于磨粒在砂轮表面的分布有高有低,很不规则,在磨削过程中,有些磨粒切削工件形成切屑,有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹,还有一些磨粒即不切削也不刻划工件,而只是与工件表面产生滑擦,因为磨削速度很高(为车、铣床速度的20倍),这种刻划和滑擦将产生高达1000℃左右的温度,会引起被磨工件表层金相组织的变化。磨削所消耗的能量也是比较大的。因此,磨削过程比其他金属切削加工过程更为复杂。 1.磨削烧伤和磨削裂文产生的原因     

小径不锈钢管内壁磁性珩磨磨具研发及试验研究

为满足客户对Ф19～30 mm小径不锈钢管内表面粗糙度值小于0. 5μm的加工要求,研发了一套新型转子磨具。对磨具进行结构设计,利用Ansoft软件对该磨具及其实验装置进行二维磁场分析,得到其磁场分布、珩磨压力和切削力矩等理论参数,验证方案可行性;进行磁性珩磨加工试验,工件内表面平均粗糙度值由0. 866μm降低到0. 474μm,验证了该磨具能够进行稳定加工且具有较好的磨削性能。该磨具的研发拓展了磁性珩磨的应用范围,为后续研究提供了理论依据和实验基础。     

用普通磨床超精度磨削

一般工厂没有高精度磨床,要磨削出表面粗糙度Ra0.025μm的表面是非常困难的。如果将 M131W普通外圆磨床经过检修、调整,并对砂轮合理的精、细修整,就能达到预定的要求。 一、超精磨削的原理 超精磨削是利用在砂轮工作面修整大量等高的磨粒微刃从工件表面切除微薄的余量。。从而获得很高加工精度的方法。此外,还由于在无火花磨削阶段,仍有很明显的摩擦、滑挤、抛光和压光等作用,故加工所得的表面光洁度更佳。 图1为磨粒上微刃的示意图。在普通磨床上要磨削表面粗糙度为 Ra 0.025μm的表面工件,先用锋利的金刚石,以很小而均匀的进给量精密地…     

点磨削工件微观形貌仿真与试验研究

点磨削属于外圆磨削技术的一种,其砂轮与工件轴线之间存在变量夹角α,加工过程中磨粒的运动轨迹发生改变。为探索α对工件表面粗糙度的影响,利用砂轮与工件之间的运动关系及坐标转化,将磨粒运动函数等效为抛物线,得出点磨削的切削路径。基于砂轮表面磨粒分布状态,沿砂轮轴向扩展有效干涉痕迹,得到工件的三维几何仿真形貌。将45钢淬火后作为工件材料,选择典型磨削参数,利用试验对模型进行验证。结果表明:仿真与实际工件微观形貌呈现相似特征,两形貌表面高度概率密度分布十分吻合,在不同磨削速度下,两结果之间平均相差7.8%。当α在0°～4°变化时,Ra的浮动范围小于0.1μm,工件表面粗糙度不会发生明显改变,几何仿真模型为实际磨削工件形貌分析提供了一种辅助和验证方法。     

高硬钢的超精密磨削

采用新型高刚性Tetraform“C”磨床对高硬轴承钢M50进行超精密磨削可获得理想的表面粗糙度(Ra<10nm)。试验表明,采用粒度76μm磨粒的CBN(立方体氮化硼)砂轮,以500μm的砂轮切深就可稳定获得Ra<10nm的表面粗糙度。这个结果相对于先前欲获得纳米表面粗糙度就必须损失加工效率的理论有了一个显著的飞跃。一般认为杯形砂轮磨削包括主磨削和光整磨削,形成了镜面,磨削的最终表面粗糙度决定于磨钝的CBN磨粒的修光作用,磨削结果表明,光整磨削区工件的脱碳对磨削表面粗糙度影响很大。采用在线电解修整砂轮能够很好的解决这一问题,它能使CBN磨粒突出并且尖锐。尽管磨粒的修光作用减弱使得零件表面略显磨痕,但这一方法保证了零件表面组织的完整。     

磁性磨粒光整加工钛合金板的实验研究

利用磁性磨粒光整加工的方法研磨抛光钛合金板,并测量了抛光后的工件表面粗糙度。由于钛合金是非导磁性工件,可以通过增加永磁铁来改善加工区域的磁场特性,并用仿真软件模拟了增加永久磁铁和不加永久磁铁时加工钛合金的磁感应强度的大小。最后,采用正交试验方法来评估在磁性磨粒光整加工过程中旋转速度、加工间隙、磨粒类型及加工时间对工件表面粗糙度的影响。为了获得较好的加工表面,用方差分析和SN比寻求较好的试验条件。结果表明,磁性磨粒光整加工能够有效的抛光钛合金表面,获得理想的表面粗糙度。     

砂带磨削加工表面粗糙度预测与验证

为了研究砂带磨削过程中主要工艺参数对磨削表面粗糙度的影响规律,建立了砂带磨削工件的表面轮廓模型,通过对砂带磨粒运动轨迹的研究分析,由单个磨粒的运动方程建立多个磨粒的运动方程。采用单因素试验法,由仿真软件合成磨削加工表面的三维形貌与粗糙度值的变化趋势,通过建立表面粗糙度回归数学模型与叶片磨削试验进行理论分析验证。结果表明,不同工艺参数磨削后工件表面粗糙度的仿真值与试验结果吻合度较好,为实际砂带磨削工艺参数的选择和优化提供理论依据与参考。