氮化硅陶瓷球研磨液的机理研究

氮化硅陶瓷球是混合轴承中的关键元件，对于氮化硅陶瓷球的研磨加工，研磨液的选用是获得高质量加工表面的关键因素之一。文中简述了陶瓷球的特性和成球原理，理论分析了陶瓷球在研磨加工过程中的材料去除理论。对研磨液的成分及作用进行分析，对研磨液的作用机理进行分类，为配制氮化硅陶瓷球专用研磨液提供理论基础。     

氮化硅陶瓷球精加工表面缺陷的研究

将3种不同直径的氮化硅球坯采用循环加工方法研磨成G5级轴承用陶瓷球。研究了研磨过程中陶瓷球的磨损行为并将磨损缺陷按光学显微镜下的形貌分成5类。采用扫描电子显微镜观察分析各种缺陷并用陶瓷材料断裂力学解释凹坑与裂纹缺陷的形成。研究结果表明，异常的磨粒作为尖锐压头产生凹坑。各种裂纹主要是由起钝压头作用的上研磨盘产生的。材料的晶体结构变化产生雪花缺陷，雪花缺陷抵抗磨粒磨损的能力较差。精研过程中不正确的加工压力和没有破碎的硬磨粒产生擦伤和划痕缺陷。提高球坯圆度，降低粗研加工的载荷和速度可以减少裂纹缺陷。提高磨粒质量可以减少精研中各种机械加工缺陷。     

研磨SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的有限元仿真研究

SiCp/al复合材料两相性能差异大,研磨缺陷多,通过表面微弧氧化,生成硬脆的陶瓷氧化膜,建立两相延性耦合去除的研磨条件,故基于ABAQUS有限元仿真软件,建立单磨粒研磨SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的三维模型并进行仿真实验,得到了陶瓷膜在材料去除过程中的表面应力变化规律,通过改变研磨加工工艺参数,得到不同工艺参数与切削力的关系,仿真结果表明：当其他条件一定时,研磨速度越快,磨粒切削力越小;研磨压力越大,磨粒切削力越大;磨粒越大,磨粒切削力越大。     

基于不同磨料的氮化硅陶瓷球精研工艺研究

为探究磨料对氮化硅陶瓷球精研加工的影响,从而提高氮化硅陶瓷球的表面质量和材料去除率,以基液种类、磨料种类和研磨盘转速为主要影响因素设计正交试验,并分析各因素对表面粗糙度Ra的影响程度。以表面粗糙度Ra和材料去除率为评价指标,通过单因素试验优化研磨参数。根据正交试验结果,得到精研加工过程中各影响因素对于表面粗糙度Ra的影响程度,从大到小排列依次为:磨料种类>基液种类>研磨盘转速。综合考虑陶瓷球精研加工的要求,确定最佳的研磨参数组合为:煤油基液、碳化硅磨料以及150 r/min的研磨盘转速。在金刚石、碳化硅、氮化硼、氧化铬和氧化铁这5种磨料中,氧化铁磨料修复粗研过后的氮化硅陶瓷球表面缺陷的效果最好。     

陶瓷球材料去除形式的实验研究

文中探讨了陶瓷球研磨过程中工艺参数对陶瓷球表面材料去除形式的影响,利用球-盘式陶瓷球单球磨损试验装置,对不同研磨液磨料浓度和压力条件下对氮化硅陶瓷球的磨损形式进行了研究,以确定各种加工条件下的材料磨损形式.     

单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究

为探索氮化硅陶瓷单颗磨粒切削加工的机理,进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的仿真与试验。选用截角八面体模拟金刚石磨粒,基于Johnson-Holmquist ceramic硬脆材料本构模型,采用有限元网格法进行单颗磨粒直线切削仿真,分析工件材料的切屑去除、划痕形貌、应力动态变化与分布、切削力变化等现象,以及工艺参数对切削力的影响。制备单颗金刚石磨粒工具,在平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的试验,进一步分析划痕形貌、切削力的变化,并验证有限元仿真的正确性。研究表明,划痕光直平整,塑性隆起很少,边缘存在较大尺寸的破碎,划痕内有局部小尺寸的破碎;划痕的深度和宽度比磨粒的切削深度和宽度尺寸略大。应力与切削力存在动态波动。随着砂轮速度的增加,切向力和法向力减小;随着切削深度的增加,切向力和法向力增大。切削力比在4～6之间变化。     

陶瓷球材料性能和显微结构对其磨削加工的影响

通过试验探索了氧化锆、氧化铝、氮化硅和碳化硅四种陶瓷球材料的性能和显微结构对加工效果的影响;采用扫描电镜观察了研磨后球的表面特征.结果表明:在相同的研磨条件下,具有长柱状晶粒的氮化硅陶瓷球加工速率最低,但圆度和表面粗糙度最容易控制;氧化锆和氧化铝陶瓷球表面质量次之,碳化硅陶瓷球加工速率最高,圆度和表面粗糙度最难控制.     

原材料粉末对氮化硅陶瓷球性能的影响

分别采用国产和进口氮化硅原材料粉末制备不同规格的氮化硅陶瓷球,研究原材料粉末对氮化硅陶瓷材料力学性能、烧结致密化、组织结构和陶瓷球表面质量的影响。结果表明:随着氮化硅陶瓷球尺寸增大,原材料粉末对陶瓷球质量影响增大;对于大尺寸陶瓷球,使用进口原材料粉末能明显提高材料的力学性能、组织均匀性,能够促进烧结致密化,提高陶瓷球表面质量。     

单颗磨粒超声辅助磨削SiC陶瓷材料去除机理

为研究不同磨削速度下超声振动作用对SiC陶瓷磨削过程中材料去除机理的影响,采用钎焊单颗金刚石磨粒工具,基于连续变磨削深度试验方法,在SiC陶瓷抛光表面开展了超声辅助磨削与普通磨削对比试验。结果表明,随着单颗磨粒磨削深度的逐渐增大,SiC陶瓷超声辅助磨削与普通磨削时的材料去除机理均经历了“塑性去除→脆-塑转变→大尺寸脆性断裂”的变化;在磨削速度为1 m/s时,相比于普通磨削,单颗磨粒超声辅助磨削可显著增大SiC陶瓷的脆-塑转变临界切厚及相应的磨削划痕横截面积,并减小切向磨削力与磨削比能;而随着磨削速度的增大,超声辅助磨削与普通磨削在单颗磨粒磨削划痕尺寸、磨削力之间的差异逐渐减弱。     

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

光纤端面研磨加工机理研究

给出了研磨光纤时的材料去除机理,选用粒度为微米及亚微米级的金刚石磨料砂纸,在研磨压力为0.48Mpa时,在KE-OFP-12型光纤连接器研磨机上对光纤端面进行了研磨实验.结果表明:光纤研磨加工的材料去除存在脆性断裂、半脆性半延性、延性等3种模式.材料去除模式主要取决于磨料的平均粒度,磨料粒度为3μm时,为脆性断裂到延性研磨的临界转换点.并从理论上对结果进行了分析,光纤以延性模式研磨加工时,光纤表面粗糙度Ra可达到纳米级,其表面看不到任何划痕,而光纤以脆性断裂模式研磨加工时,其表面粗糙度只能达到亚微米级,证明材料以延性模式去除是提高光纤表面质量的有效方法.     

磨粒粒径对蓝宝石研磨均匀性影响的试验研究

通过蓝宝石衬底的单面研磨试验研究,分析了W14和W3.5的B₄C磨粒研磨后蓝宝石表面的微观形貌和宏观形貌,W14的B₄C磨粒加工后蓝宝石表面微观裂纹密集且交错分布,体现了以滚轧和挤压为主的材料脆性去除作用,相同条件下,W3.5的B₄C磨粒加工的蓝宝石表面划痕均匀,表面无微观裂纹,实现了以切削为主的材料延性去除形式。测试分析结果表明：磨粒粒径的选择对蓝宝石的研磨表面状态具有重要影响,其选择准则除考虑要达到的粗糙度等级之外,还必须同时考虑与研磨盘的嵌入作用及其对加工表面状态的影响;W3.5的B₄C磨粒研磨加工后的蓝宝石表面宏观和微观均匀性良好,表面粗糙度、平面度等符合抛光前道工序的要求。     

Ultraprecision surface finishing of nano-ZrO2 ceramics using two-dimensional ultrasonic assisted grinding

Based on the model of a grain cutting trace in workpiece during two-dimensional ultrasonic assisted grinding, microscopic cutting trace of the grain is analyzed, and the grain cutting trace of spiral line is defined, the motion model of the contact between single abrasive particle and workpiece in a vibration period is established during two-dimensional ultrasonic assisted grinding, and the results show that the grain motion mode of two-dimensional ultrasonic assisted grinding is similar to the rotary cutting mode. Grinding experiments on surface quality of nano-ZrO₂ ceramic are carried out using diamond grinding in different condition, both with and without ultrasonic vibration. Experimental results show that the surface quality after two-dimensional ultrasonic assisted grinding is superior to that after diamond grinding, and it is easier for two-dimensional ultrasonic assisted grinding as material removal mechanism employs ductile grinding mode.     

工程陶瓷磨削试验参数的合理选择

为了合理设计工程陶瓷磨削试验方案,从材料去除机理、单颗磨粒切削深度、砂轮表面磨粒突出高度等方面分析探讨了工程陶瓷磨削试验参数的选择依据。     

超声研齿不灵敏性振动切削机理与实验

提出了超声研磨螺旋锥齿轮的理论与方法。分析了超声研齿不灵敏性振动切削机理。超声振动使研磨切削抗力减小,动态啮合精度提高,因此,使研磨效率与齿面质量得到相应提高。进行了普通与超声研齿对比试验表明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的三倍,齿面微切削与塑性流动纹理明显,点蚀深度、划痕长短均匀,齿面质量明显优于普通研磨齿面,即粗糙度低至0.2μm,轮廓支承长度率Rmr(c)=100%,水平截距c=1.2μm。     

Mechanisms in oxide-carbide ceramic BOK 60 grinding

The paper presents an experimental study of micro-cutting intended to aid the optimization of the grinding process of the oxide–carbide ceramic BOK 60. The necessity for investigating the mechanisms occurring between the abrasive material and the ceramic is imposed by the fact that grinding is the dominant technology used to achieve the required quality of the workpiece surface finish. The investigations were carried out to determine the normal and tangential cutting forces, the critical penetration depth, and the crack generation angle on the workpiece surface as a function of the grain penetration speed and depth. The micro-cutting process was performed with a single diamond cone-shaped grain at varying depths of cut. It was found that the critical grain penetration depth separating ductile flow from brittle fracturing ranges from 3 to 5?μm, while radial cracks on the ceramic’s surface are distributed at an angle from 35° to 75°, measured relative to the direction of the diamond grain’s motion.     

硬盘巨磁电阻磁头的超精密抛光工艺

硬盘巨磁电阻磁头的抛光可分为自由磨粒抛光和纳米研磨,在自由磨粒抛光中,精确控制载荷和金刚石磨粒的粒径,可以避免脆性去除实现延性去除。通过控制抛光过程中的抛光盘表面粗糙度、金刚石粒径大小及粒径分布和载荷等进行滚动磨粒和滑动磨粒比例的调控,获得较好的磁头表面质量和较高的材料去除率。在自由磨粒抛光阶段,先采用铅磨盘抛光,然后用锡磨盘抛光,以纳米研磨作为最后一道抛光工序对磁头表面进行研磨,获得了亚纳米级粗糙度的磁头表面。用两种工艺制作的纳米研磨盘进行加工,分别获得了0.37nm和0.8nm的磁头表面粗糙度,去除率分别为5.3 nm/min和3.9nm/min。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理研究

基于磨粒特征尺寸与砂轮、工件间液膜厚度比值的变化,研究了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理。分析了在两体加工及三体加工模式条件下,单颗磨粒运动特点以及磨粒由两体研磨加工向三体抛光加工转变的临界条件。实验证明,砂轮约束磨粒喷射光整加工中,随着加工循环的增加,工件表面微观形貌变化规律与理论分析相同,实验结果和理论分析吻合很好。