瓷质玻化砖磨抛加工工艺研究

通过详细观察不同磨削抛光条件下瓷质玻化砖的表面形貌和显微结构,分析磨抛过程中砂轮粒度、粒度间隔、磨抛时间、工作材质等因素对表面粗糙度和表面光泽度的影响,研究瓷质玻化砖磨削抛光加工工艺过程,并通过计算机模拟磨粒动态运动轨迹,提出优选砂轮组织和工艺参数的原则。     

弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性。结果表明：石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100μm、磨抛压力7 N、主轴转速1 500 r/min、磨具偏角20°时,经60 min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069μm降至0.089μm,材料去除率为8.893×10⁸μm³/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7%。研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据。     

金刚石铣刀加工花岗石磨损规律的试验研究

本文以金刚石圆柱成形铣刀在SPEED3石材加工中心上加工花岗石台板面边缘曲线为对象进行试验，分析研究刀具宏观几何尺寸参数(直径、质量、圆柱度)的变化量与工件材质及其去除量间的关系，探询刀具磨损规律。通过利用不同构成和工艺参数的刀具加工两种花岗石的对比实验，得出了刀具几何参数与工件材料去除量关系的变化曲线。据此，可分析计算刀具直径的磨损变化规律、预测刀具寿命，并可方便地校正补偿加工中心刀具轴线的运动轨迹。     

花岗石磨抛表面的双分形研究

用六种不同尺寸磨粒的金刚石磨盘,对三种典型不同粒度的花岗石进行磨抛加工,得到不同粗糙度的花岗石表面;再利用结构函数分析法,对不同品种、不同粗糙度花岗石和花岗石的主要成分的磨抛表面的双对数图进行分析,发现了花岗石双分形特性的存在,对双分形特性进行了研究,提出了一种双分形参数的计算方法。对双分形现象与花岗石成分和组织的关系进行了初步讨论,认为花岗石双分形和成分关系不大,是否出现双分形主要是由花岗石组织结构决定的。同时对具有双分形特性的花岗石双分形分界频率的特点进行了探讨。     

单晶硅磨抛协同加工的分子动力学

磨削与抛光是实现单晶硅材料超精密表面加工的重要工艺方法,磨抛协同加工过程中由磨粒运动状态主导的二体与三体磨损机制对材料去除效率以及表面加工质量具有重要影响。采用分子动力学方法,建立固结与游离运动状态双磨粒协同作用下的单晶硅表面超精密磨抛加工过程仿真模型,分析磨粒切入深度、横向与纵向间距干涉等因素对磨削力、材料相变、表面损伤及材料去除行为的影响规律,阐释单晶硅磨抛协同超精密加工表面形貌演化规律。研究表明：受磨粒运动状态驱动的单晶硅材料表层损伤原子数量随固结及游离磨粒切入深度增大而增加,磨粒切入深度对工件的材料去除、裂纹生长及损伤行为影响显著;法向和切向磨削力随磨粒切入深度增加而增大,且在同等切入深度变化时法向磨削力增加幅度大于切向磨削力; 通过单晶硅金刚石结构分析磨粒间干涉区域的损伤情况可知,随着磨粒间纵向间距增加时,工件所受干涉作用减小,六角金刚石晶体结构减少;相比较固结磨粒,游离磨粒对工件的损伤区域更深,产生瞬态缺陷原子更多。研究结果可为实现超精密磨抛协同加工工艺高材料去除效率和高表面质量提供理论基础。     

切割花岗石的大直径金刚石圆锯片的研制

采用SDA级金刚石制做花岗石切割锯片,对金刚石粒度和浓度的选择进行了研究,对锯齿结构作了特别的研究设计,成功地制造出完全达到石材加工要求的高质量锯片,切割不同硬度和可磨性的花岗石,获得了满意的效果,为我国使用SDA级金刚石制造锯片的工业性生产迈出了第一步。     

基于随机过程的钎焊金刚石磨抛盘磨损可靠性

为实现高强度钢表面高效磨抛加工,设计一种钎焊金刚石磨抛盘,给出基体的结构,并对摩擦和热相互作用下磨具磨损可靠性进行了预测。首先,通过磨抛轨迹和接触区域特征建立钎焊金刚石磨抛盘材料去除函数模型;然后,在传统的磨损分析模型中引入白噪声代表磨抛过程的动态和随机因素,应用维纳过程理论和极限状态方程,建立了钎焊金刚石磨具磨粒磨损的动态可靠性模型,并给出了模型中重要统计特征参数的估计方法;最后,以钎焊金刚石磨抛盘磨抛AH32碳素钢为例进行了磨粒磨损可靠度和寿命特征的具体计算。结果表明,连续磨抛下磨抛盘的平均寿命达到15 h以上,可靠度曲线先缓慢下降后剧烈下降再缓慢下降;旋转速度、进给速度、磨削深度、磨料粒度等工艺参数对磨具的寿命有着重要影响,钎焊金刚石磨抛盘的可靠度与旋转速度、进给速度和磨削深度的乘积呈正比关系。该研究可为先进焊接磨具的定量寿命评估和强度优化设计提供了理论基础。     

加工参数对金刚石铣刀铣削石材时磨损量影响研究

金刚石铣刀的磨损量是衡量刀具寿命和加工成本的一个重要参数,有必要研究铣削参数和石材硬度对金刚石铣刀磨损量的影响以确定合理的加工参数和提高加工效率.在石材加工数控机床上采用金刚石铣刀铣削大理石和花岗岩,采用精密天平测量金刚石铣刀的磨损量,同时采用体式显微镜分析金刚石铣刀的磨损原因.实验结果表明:切割深度对铣刀磨损量影响最大,其次为进给速度,最后为铣刀主轴转速.磨损量随切割深度和石材硬度的增加而加大,随进给速度和主轴转速增加变化不大.金刚石铣刀的磨损形式主要以金刚石脱落和破碎为主,其次为金刚石磨钝,基体磨损以磨粒磨损为主.     

真空热压烧结和冷压烧结叠层陶瓷的摩擦学特性

通过真空热压烧结和冷压烧结两种方法制备Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷材料,测量材料试样的体积密度、显微硬度和抗弯强度,研究两种叠层陶瓷材料的摩擦磨损性能。在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,用扫描电镜(SEM)观察材料磨损前后的微观形貌,分析其磨损机理。结果表明:热压烧结法制备的叠层陶瓷材料具有较高的硬度和抗弯强度,结构致密;在载荷小,低实验转速的情况下,冷压烧结法制备的叠层陶瓷试样具有较小的摩擦系数;在载荷大、高实验转速的条件下,热压烧结法制备的叠层陶瓷材料试样摩擦系数小,磨损率较低,摩擦磨损性能好;热压烧结法制备叠层陶瓷材料磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损;冷压烧结法制备叠层陶瓷材料的磨损形式主要是表面疲劳磨损和磨粒磨损。     

高性能新型花岗石抛光磨具的研制

研制了一种新型花岗石抛光磨具。该磨具采用混合复配的磨料、酚醛树脂作结合剂,应用压制成型新工艺研制而成。探讨了影响该磨具抛光花岗石光泽度的各种因素,得到了较佳的工艺参数。磨削实验表明该抛光磨具抛光石材的光泽度高、加工效率高、使用寿命长。     

大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究

利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系。研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比#2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善。     

钎焊金刚石砂轮磨削石材中金刚石粒度对磨削力的影响研究

本文通过测量不同金刚石粒度的高频感应钎焊金刚石砂轮磨削花岗石过程中的磨削力，对砂轮所受的法向力和切向力进行了研究。对不同粒度条件下磨削深度、进给速度和砂轮线速度对磨削力的影响进行了分析。研究发现磨削力随砂轮线速度的增大而减小，随磨削深度和进给速度的增大而增大，磨削深度对磨削力的影响程度比进给速度大。小粒度金刚石磨削时，磨削三要素对磨削力的影响比大粒度金刚石磨削时大。     

面向工程陶瓷的单颗金刚石磨粒划擦磨损规律

为了研究工程陶瓷平面磨削中金刚石砂轮的磨粒磨损规律,制备圆锥形单颗粒金刚石磨具模拟实际磨粒切削刃。以金刚石磨粒的尖端圆弧半径表征磨粒切削刃锋利程度与磨削能力,并用圆弧半径的磨损规律等效描述切削刃磨损特性。采用基于扫描电镜与数据拟合的技术测量单颗磨粒金刚石尖端圆弧半径。运用单因素试验及正交试验分析了金刚石颗粒尖端形状、材料种类与加工参数对磨粒磨损规律的影响。实验结果表明,当顶锥角2θ为120°、磨削深度ap0.01 mm时,金刚石磨粒具有较高划擦寿命。各因素的影响主次顺序为:顶锥角>磨削深度>工作台速度。本研究为金刚石砂轮磨粒规格和磨削用量的选取提供了重要参考。     

The effect of machine stiffness on grinding of silicon nitride

This study investigates the effect of machine stiffness on normal forces, actual depth of cut, and workpiece strength in grinding of silicon nitride. To obtain a grinding system with an adjustable stiffness, a compliant workholder is added to a precision grinder. Single-pass and multi-pass grinding experiments are conducted to evaluate the effect of machine stiffness. Cup-type diamond wheels of two different bond types and three grit sizes are used in the grinding experiments. Static and dynamic simulation is carried out to correlate grinding forces and actual depth of cut with machine stiffness. Since the simulation uses a time-domain model, it can accommodate non-linearities caused by the effect of machine stiffness on grinding forces and actual wheel depth of cut, workpiece regeneration, wheel wear, as well as wheel bond type and grit size effects, etc. Particularly, the model allows simulating grinding instability and the interference phenomenon due to residual material removal in multi-pass grinding. The study concludes that both simulation and experimental results have a good agreement.     

Off-line multiresponse optimization of electrochemical surface grinding by a multi-objective programming method

The objective of this study is to optimize electrochemical grinding (ECG) process responses simultaneously by an off-line multiresponse optimization methodology. The responses considered as objectives are side and bottom overcuts, surface finish, spindle load, total metal removal rate, and wheel wear. Materials of 304 Stainless Steel are ground by the ECG process. The process variables optimized for the above objectives include electrolyte type, wheel material, grit size, grit concentration, d.c. voltage, electrolyte flow rate, wheel speed, feed rate, and ripple effect. A simple weighting method transforms the multi-objective problem into a single-objective programming format and then, by parametric variation of the weights, the set of non-dominated optimum solutions are obtained. It is shown in this paper that the multi-objective optimization methodology can be applied for an ECG operation, and that the optimal operating conditions for any given set of weights can be obtained depending upon the objectives.     

磨削印刷线路板铣刀时的锯齿现象及其消除

本文针对金刚石砂轮磨削印刷线路板(PCB)铣刀过程中铣刀切削刃产生的锯齿现象进行了分析,研究了砂轮粒度、砂轮转速以及切沟速度对铣刀切削刃锯齿的影响.研究结果表明,随着砂轮粒度的减小,切削刃质量得到提高,砂轮转速和切沟速度对切削刃质量都有影响,其中砂轮粒度对切削刃质量的影响最为重要.     

A study on ELID ultra precision grinding of optical glass with acoustic emission

ELID grinding of BK7 glass and Zerodur was investigated using acoustic emission. Experiments showed that the contacting area between the wheel and workpiece in a grinding process was critical to influence wheel loading for a fine grit size resin-bonded cup wheel. ELID can be used for efficient material removal when the wheel/workpiece contacting area is large. Correlations were observed between the dressing intensity on the ELID wheel and the detected AE signals. Aggressive ELID dressing parameters for grinding with finer grit size wheels corresponded to a lower AE level. With an increase in the processing time of an ELID wheel, low and stable AE amplitudes became large with fluctuations due to the deterioration of the grinding wheel. Results indicate that the AE sensing technique has the potential to be adopted as an effective method for monitoring an ultra precision grinding process, identifying the condition of the grinding wheel and investigating the mechanism of ELID grinding.     

磨削对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性

目的研究磨削参数对电化学加工氧化膜去除质量的影响规律,以及各参数对氧化膜去除质量影响的稳定性和敏感性。方法在试件表面形成均匀一致,无缺陷电化学加工氧化膜的前提下,借助自主搭建的机械磨削实验平台,分别研究磨粒尺寸、工件速度、磨削压强和加工时间对氧化膜去除质量的影响,使用精密电子天平和扫描电子显微镜对实验前后的试件进行测量,结合稳定性与敏感性分析理论对实验结果进行分析。结果不同的加工参数对氧化膜去除程度的影响不尽相同,氧化膜既存在不完全去除的现象,也存在完全去除的现象。扫描电子显微镜结果也显示,不同尺寸的磨粒对氧化膜的破坏程度不同,其表面氧化膜的沟槽深浅不同。结论受氧化膜硬度低、容易去除和基体金属硬度高、不容易去除的影响,氧化膜去除质量随着工件速度和加工时间的增加呈现三次曲线的规律增加,随磨削压强和磨粒尺寸的增大呈线性增加趋势。磨削参数对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性不同,而且在电化学机械加工生产应用中不改变磨削工具,所以在磨削参数相对值较低的区间,其对去除质量影响的稳定性由大到小(敏感性由小到大)为:磨粒尺寸、加工时间、磨削压强、工件速度。在磨削参数相对值较高的区间,稳定性由大到小(敏感性由小到大)为:磨粒尺寸、磨削压强、工件速度、加工时间。加工中优先选择稳定性高(敏感性低)的参数作为调整电化学机械加工效果的主要因素,可在提升经济性的同时,提高加工精度。     

砂带磨削硬脆材料实验研究

砂带磨削在硬脆材料加工中具有优良的性能。本文比较了砂带磨削常用的两种方式，并研究了恒压力压磨板砂带磨削中各影响因素，如法向压力、磨料种类及粒度等对花岗岩、辉绿岩、大理岩和瓷质砖这四种常用硬脆材料磨削效果的影响。试验结果表明：采用恒压力磨削方式、较大法向压力或速度、选择较粗粒度砂带可明显提高材料切除率；对于硬度较低的大理岩，采用砂带磨削可获得高切除率。     

纳米结构金属陶瓷(n-WC/Co)涂层材料精密磨削的试验研究

本文对纳米结构金属陶瓷（n-WC/Co）涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究。对常规结构金属陶瓷(n-WC/Co）和n-WC/Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验,分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度,工件进给速度,金刚石砂轮结合剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响,结合被磨试件表面的扫描电镜（SEM）的观察,分析了n-WC/Co涂层材料磨削的材料去除机理,研究结果表明：在相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力;在其它磨削条件相同的情况下,用金属结合剂砂轮磨削工件所需的磨削力要比树脂结合剂砂轮,陶瓷结合剂砂轮所需的磨削力大些,磨粒尺寸小的砂轮磨削工件所需的总磨削力要比磨粒尺寸在的砂轮所需的磨削力大些,磨削力随砂轮磨削深度,工件进给速度的增加而增大;一般情况下,n-WC/Co涂层材料精密磨削过程的材料去除机理中,占主导方式的是塑性成形的材料去除方式。