蓝宝石基片的单面研磨工艺研究

为了实现蓝宝石基片的快速平坦化,对蓝宝石基片进行系统的单因素单面研磨试验,研究了磨料种类、磨料粒径、研磨盘转速、研磨压力以及磨料质量分数等研磨工艺参数对蓝宝石基片材料去除率和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:金刚石磨料适合蓝宝石基片的单面研磨;随着磨料粒径的增大,材料去除率逐渐增大,表面越来越粗糙;随着研磨盘转速的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度值在20～60 r/min区间变化不大,稳定在Ra 0. 12～Ra 0. 13μm之间,而在60～100 r/min区间波动较大,当研磨盘转速为60 r/min时,材料去除率最大;随着研磨压力的增大,材料去除率逐渐增大,而表面粗糙度值越来越低;随着磨料质量分数的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度先增大然后趋于平缓,当磨料质量分数为3 wt%时,材料去除率最大,且表面粗糙度值相对较小;最后通过正交试验优化了工艺参数,在优化的工艺条件下依次选用粒径为W40、W14、W3的金刚石磨料对蓝宝石基片进行粗研、半精研及精研,取得了表面粗糙度为Ra 7. 9 nm的平坦表面。     

陶瓷圆柱滚子超精研磨工艺试验

针对传统磨具很难对陶瓷圆柱滚子进行光滑无损伤表面加工的问题,提出了使用纳米多晶金刚石磨具对圆柱滚子进行研磨,为提高磨具中磨粒的分散性,采用聚丙烯腈凝胶法制备纳米多晶金刚石磨具,研究不同磨具砂结比、研磨压力、研磨速度条件下对圆柱滚子表面粗糙度和材料去除率的影响,并与酚醛热压磨具进行对比。试验结果表明:凝胶磨具中纳米金刚石分布均匀,没有出现明显的团聚现象。当砂结比为10、驱动辊转速为300r/min、研磨压力为0.5 MPa时,对陶瓷圆柱滚子研磨30 min,表面粗糙度Ra的值从0.32μm降到0.07μm。     

光纤连接器端面超声研磨工艺

通过实验研究了光纤连接器端面研磨时,在研磨界面上引入超声波的情况下研磨压力和研磨液对材料去除率和表面粗糙度及连接器性能的影响规律。通过实验得出,单位研磨面积上最佳研磨压力值为0·102N/mm2;在磨料粒度≥1μm时,以水作研磨液的研磨效果比油好,当磨料粒度<1μm时,以油作研磨液的研磨效果比水好;选用适当的工艺参数可获得插入损耗小于0·05dB,回波损耗小于-60dB。     

氧化铝陶瓷基片高效减薄和超光滑抛光加工研究

对氧化铝陶瓷基片进行了系统的单面研磨抛光和双面研磨抛光试验,结果表明,单面研磨抛光相对双面研磨抛光具有明显的效率优势,获得单面研磨的优化条件为:研磨压力15.19 kPa,研磨转速40 r/min,研磨液流量10 ml/min,研磨液浓度8wt%;以粒度W40、W20和W5的金刚石磨料在优化工艺条件下进行粗研磨、半精研磨和精研磨,减薄加工获得表面粗糙度Ra0.12μm的研磨片,进而采用W0.5的SiC磨料进行单面抛光可以获得平均表面粗糙度Ra10 nm的光滑表面。     

研磨压力对固结聚集体磨料垫自修正影响

固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径,研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫,在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验,比较两者的材料去除率及加工稳定性;制备了4种陶瓷结合剂含量的聚集体金刚石,并制备成固结聚集体金刚石磨料垫,探索了不同压力下的固结聚集体金刚石磨料垫的自修正性能;分析了研磨后的工件表面粗糙度和表面微观形貌。结果表明:采用固结聚集体金刚石磨料垫,研磨后工件表面粗糙度低,去除效率稳定;在15~21 kPa的压力下,结合剂含量次高的聚集体金刚石研磨效率高,材料去除率达到8.94~12.43μm/min,加工性能较稳定,研磨后的工件表面粗糙度R a在60 nm左右;在3.5~7 kPa压力下,结合剂含量次低的聚集体金刚石研磨性能较稳定,材料去除率在2.67~3.12μm/min,研磨后的表面粗糙度R a在40 nm左右。高结合剂含量的聚集体金刚石磨粒更适合高研磨压力条件,而低结合剂的聚集体金刚石磨粒更适合于低研磨压力。     

光纤端面研磨加工的表面质量

研究光纤端面研磨时高质量表面的形成机理已成为提高光纤连接器质量和制造效率的重要课题。选用粒度为0．5-6．0μm金刚石磨料砂纸,在KE-OFP-12型光纤连接器研磨机上对光纤端面进行研磨,发现光纤研磨加工存在脆性断裂、半脆性半延性和延性等三种材料去除模式,且材料去除模式主要由磨料粒度控制,磨料粒度为3μm 时,为其脆延转换的临界点,并从理论上对其进行了分析。试验证明以延性去除得到的光纤表面粗糙度远低于以脆性断裂去除得到的表面粗糙度,是提高光纤研磨表面质量的有效途径。光纤以延性模式研磨加工时,光纤表面粗糙度可达到5nm,其表面看不到任何划痕,可使光纤连接器的插入损耗及回波损耗等光学性能满足高速、宽带光纤通信的要求。     

聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究

针对聚晶金刚石复合片精加工后需达到镜面级表面的指标要求,基于正交试验法优化聚晶金刚石复合片精加工工艺参数,采用极差分析法处理试验数据,并绘制试验指标与各试验因素间的关系曲线图,得出了各因素对表面粗糙度的影响规律,并以此为基础优化工艺参数,进行聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究。研究表明:抛光盘转速和研抛时间对工件表面粗糙度影响较大,各因素对表面粗糙度的影响程度按从大到小的顺序依次为:抛光盘转速、研抛时间、研抛压力和抛光液磨料粒度。采用优化后的最优工艺参数组合进行加工试验,当研抛压力为90 kPa、抛光盘转速为1 200 r/min、抛光液磨料粒度为1μm、研抛时间为30 min时,得到了表面粗糙度Ra为0.019μm的质量表面,达到了聚晶金刚石复合片镜面加工(Ra0.02μm)的效果。     

6061铝合金微细刨削的表面粗糙度试验研究

试验研究了6061铝合金的微细刨削性能。在定制的精密雕铣床上,使用金刚石刀具在不同的切削条件下,对6061铝合金进行切削深度(0.005~0.1)mm的微细刨削,观察切削参数对工件表面粗糙度的影响。使用激光共聚焦显微镜对金刚石刀具以及各种切削条件下的加工表面进行分析。试验结果表明:切削速度和切削深度对铝合金工件刨削表面粗糙度影响很小,进给量是影响微细刨削铝合金表面粗糙度的主要原因。一般情况下,越小的进给量获得表面粗糙度值越小,但是进给量小到一定程度时,表面粗糙度趋于稳定。此时,工件表面的微裂痕,坑洞、划痕和材料本身的杂质是影响其表面粗糙度的主要因素。另外,单晶金刚石刀具的刃磨质量要优于聚晶金刚石刀具,因此可以获得更小的表面粗糙度值。结论表明,使用单晶金刚石刀具对6061铝合金进行切削速度v=2000mm/min、切削深度ap=10μm、进给量f=10μm的微细刨削可以获得Ra37.3nm的表面。     

硬脆性材料用柔性磨具研磨的加工表面粗糙度建模

通过分析磨粒与工件表面的作用过程,建立了硬脆性材料柔性磨具加工表面粗糙度的理论预测模型.以橡胶结合剂金刚石研磨盘为柔性磨具、蓝宝石衬底为工件,在不同弹性模量、磨粒浓度、磨粒粒度和研磨压力下开展研磨试验,将不同研磨条件下的表面粗糙度试验值与理论预测值进行比较,发现试验结果与理论模型预测结果的趋势一致,且预测误差为7.71...     

直联减速电动机在激光宽带扫描转镜研磨机改进中的应用

研磨是用游离磨粒和研具对工件表面进行微量去除的工艺方法，可以获得高精度的1件，尺寸精度可达到亚微米级精度，表面粗糙度值达Ra=0．01μm，它是传统的光整、精密加工方法之一。     

硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能

针对传统金刚石砂轮磨削硅片存在的表面/亚表面损伤问题,研制了一种用于硅片化学机械磨削加工的新型常温固化结合剂软磨料砂轮。根据化学机械磨削加工原理和单晶硅的材料特性,设计的软磨料砂轮以氧化铈为磨料,二氧化硅为添加剂,氯氧镁为结合剂。研究了软磨料砂轮的制备工艺,分析了软磨料砂轮的微观组织结构和成分。通过测量加工硅片的表面粗糙度、表面微观形貌和表面/亚表面损伤,进一步研究了软磨料砂轮的磨削性能。最后,与同粒度金刚石砂轮磨削和化学机械抛光(CMP)加工的硅片进行了对比分析。结果表明,采用软磨料砂轮磨削的硅片其表面粗糙度Ra1nm,亚表面损伤仅为深度30nm的非晶层,远好于金刚石砂轮磨削硅片,接近于CMP的加工水平,实现了硅片的低损伤磨削加工。     

湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding, MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂...     

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。     

陶瓷材料的超精密磨削加工

对陶瓷材料超精密磨削加工的研究结果表明,陶瓷等脆性材料的磨削表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、进给量等因素有关。只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸小于１８ ．５μｍ 时,才能在塑性磨削模式下加工出表面粗糙度为ｒｍｓ４ ．１５ｎｍ 、 Ｒａ３ ．０７ｎｍ 的高质量光滑表面。     

金刚石砂轮中磨粒出刃的分形分析

针对金刚石砂轮微观出刃形貌复杂的问题,提出分形维数和等价出刃尺寸的评价指标。目的是利用分形维数和等价出刃尺寸分别评价砂轮磨粒的破碎程度和砂轮磨粒出刃的均匀程度。试验和分析结果表明,进给深度越大,砂轮出刃的分形维数就越大,表明砂轮磨粒的破碎程度越大,会给加工表面造成较大的粗糙度或划伤表面。进给深度对磨粒出刃的等价出刃尺寸的影响不大。     

Ultra-precision ductile grinding of BK7 using super abrasive diamond wheel

In this paper, a novel conditioning technique using copper bonded diamond grinding wheels of 91 μm grain size and electrolytic in-process dressing (ELID) is first developed to precisely and effectively condition a nickel-electroplated monolayer coarse-grained diamond grinding wheel of 151 μm grain size. Under optimised conditioning parameters, the super abrasive diamond wheel was well conditioned in terms of a minimized run-out error and flattened diamond grain surfaces of constant peripheral envelope. The conditioning force was monitored by a force transducer, while the modified wheel surface status was in-situ monitored by a coaxial optical distance measurement system. Finally, the grinding experiment on BK7 was conducted using the well-conditioned wheel with the corresponding surface morphology and subsurface damage measured by atomic force microscope (AFM) and scanning electric microscope (SEM), respectively. The experimental result shows that the newly developed conditioning technique is applicable and feasible to ductile grinding optical glass featuring nano scale surface roughness, indicating the potential of super abrasive diamond wheels in ductile machining brittle materials. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(10): 95–101 [译自: 机械工程学报]     

基于球切多面体和光密度的砂轮建模与测量

针对金刚石砂轮磨粒形状的不规则性、尺寸的变化性以及空间位置随机分布的特点,采用基于球坐标的随机点产生的空间平面切分实体的方法,建立更接近实际的虚拟多面体磨粒,并建立金刚石砂轮模型;从类似机床刀具切削刃的磨刃二面角出发,运用仿生物学中光密度以及计算机数字图像处理的方法,提出了基于光密度、积分光密度、平均积分光密度的一种新的砂轮形貌评价方法,并通过试验测量研究了磨刃二面角与积分光密度值之间的关系。研究结果表明,磨刃二面角越大,积分光密度值越大,在0~200之间变化。最后结合砂轮表面面积密度、磨粒平均个数、出刃高度、积分光密度值等参数验证了所建立的虚拟多面体磨粒和砂轮模型的有效性。     

全陶瓷球轴承套圈沟道精密磨削用砂轮修整试验

为提高金刚石圆弧砂轮外缘轮廓精度,减少全陶瓷球轴承套圈沟形误差,采用金刚石碟片对树脂基金刚石圆弧砂轮进行修整;对比修整前后砂轮的表面形貌及套圈沟形误差,验证砂轮的修整效果.修整后砂轮表面出现光泽,露出表面的金刚石磨粒明显增多,部分金刚石磨粒破碎,形成新切削刃或脱落,增大容屑空间;修整前沟形误差的平均值为5.823μm,...     

垂直式超硬砂轮圆弧修整器设计与砂轮修整

针对圆弧形超硬砂轮修整难度大、修整精度低的问题,对树脂结合剂圆弧形金刚石砂轮进行了精密修整研究。设计制造了一种垂直式超硬砂轮圆弧修整器,通过修整试验研究了不同粒度的圆弧形砂轮在修整前后表面粗糙度、弧形精度、圆度、表面形貌的变化情况。砂轮修整前后对氮化硅陶瓷轴承套圈沟道进行了磨削,并测量了磨削后的轴承套圈沟形精度。研究结果表明：相比修整前,修整后砂轮表面粗糙度平均值由1.731 8 μm减小至0.772 4 μm,减小了55.4%;弧形精度平均值由33.604 7 μm减小至8.527 6 μm,减小了74.6%,修整后4个砂轮的弧形精度更加稳定,且随着砂轮粒度的减小,弧形精度略有减小趋势;砂轮圆度平均值由43.721 μm减小至18.002 μm,减小了58.8%,修整使大量新的磨粒露出。所设计的垂直式超硬砂轮圆弧形修整器可对圆弧砂轮进行精密修整,可改善圆弧形砂轮的弧形精度及圆度,修整后砂轮磨削的轴承套圈沟形精度得到了大幅提高。     

Recognition of diamond grains on surface of fine diamond grinding wheel

The accurate evaluation of grinding wheel surface topography, which is necessary for the investigation of the grinding principle, optimism, modeling, and simulation of a grinding process, significantly depends on the accurate recognition of abrasive grains from the measured wheel surface. A detailed analysis of the grain size distribution characteristics and grain profile wavelength of the fine diamond grinding wheel used for ultra-precision grinding is presented. The requirements of the spatial sampling interval and sampling area for instruments to measure the surface topography of a diamond grinding wheel are discussed. To recognize diamond grains, digital filtering is used to eliminate the high frequency disturbance from the measured 3D digital surface of the grinding wheel, the geometric features of diamond grains are then extracted from the filtered 3D digital surface, and a method based on the grain profile frequency characteristics, diamond grain curvature, and distance between two adjacent diamond grains is proposed. A 3D surface profiler based on scanning white light interferometry is used to measure the 3D surface topography of a #3000 mesh resin bonded diamond grinding wheel, and the diamond grains are then recognized from the 3D digital surface. The experimental result shows that the proposed method is reasonable and effective.