固结磨料研磨单晶蓝宝石亚表面损伤的预测

目的 为了准确预测工件亚表面损伤，合理确定材料去除量，优化固结磨料研磨单晶蓝宝石的工艺参数。方法 针对固结磨料研磨特点和单晶蓝宝石特性，采用离散元模拟技术，建立单晶蓝宝石材料的离散元模型，仿真固结磨料对材料研磨的动态过程，分析载荷作用下材料单元颗粒间裂纹的产生和扩展规律，研究磨粒切入深度对亚表面损伤的影响，预测固结磨料研磨单晶蓝宝石亚表面裂纹的数量和深度，并借助化学腐蚀法验证预测结果。结果 采用粒度分别为W14、W28、W50、W65的金刚石固结磨料垫，其对应的研磨单晶蓝宝石亚表面损伤层深度预测值分别为3.75、5.28、7.62、10.92 μm，预测的裂纹数量分别为199、236、526、981条，对应的实验实测值分别为3.79、5.88、8.76、11.44 μm。固结磨料垫中的磨料粒径越大，单晶蓝宝石亚表面损伤层的深度越大，裂纹数量越密集。对比发现腐蚀实验的实测值和理论预测值基本一致，验证了预测结果模型的正确性。结论 采用离散元法可以快速有效地预测固结磨料研磨单晶蓝宝石亚表面损伤层的裂纹数量和深度，为研磨工艺参数的优化和后续抛光工艺参数的制定提供指导。     

固结磨料研磨K9玻璃表面粗糙度模型修正

考虑磨粒轨迹和研磨垫弹性的影响,分析磨粒间距的概率密度函数,计算磨粒轨迹重叠率;引入与研磨参数相关的修正因子,并确定其值,修正固结磨料研磨K9玻璃表面粗糙度公式,实验验证修正模型。结果表明:修正后,K9玻璃表面粗糙度模型计算值与实验值误差控制在4%以内。显著提高K9玻璃表面粗糙度的预测精度,有效指导其研磨方案设计,提高加工效率。     

固结磨料研磨抛光K9玻璃的超精密加工工艺研究

采用PHL-350型平面高速研磨抛光系统,通过固结磨料研磨抛光方法进行了超精密加工K9玻璃试验研究。探讨了不同粒径和不同磨粒研磨抛光垫在加工中对K9玻璃材料去除率和表面质量的影响。获得了高效率、低成本、高质量的K9玻璃的超精密加工工艺:首先使用M20/30金刚石研磨垫研磨,然后使用3μm CeO2抛光垫抛光。加工后K9玻璃的表面粗糙度优于RMS 0.6 nm,微观损伤少。     

固结磨料研磨K9玻璃亚表面损伤层深度测量方法研究

光学工件研磨后亚表面损伤层深度是确定其抛光加工余量的重要依据。采用三种典型的光学材料亚表面损伤层深度测量方法(BOE分步腐蚀法、BOE差动腐蚀法、磁流变抛光斑点法),测量比较了固结磨料研抛垫(FAP)研磨后K9玻璃的亚表面损伤层厚度;建立了亚表面损伤模型,分析比较测量误差产生的原因。结果表明:在实验条件下,BOE分步腐蚀法测量精度优于其他两种方法;BOE分步腐蚀法、磁流变抛光斑点法、BOE差动腐蚀法的测量精度分别约为0.1nm、17nm、200nm;亚表面损伤层总深度与其裂纹深度之间存在对数关系。     

固结磨料研磨掺铈玻璃与K9玻璃的对比研究

在相同研磨条件下,采用固结磨料研磨垫研磨掺铈玻璃和K9玻璃,比较掺铈玻璃和K9玻璃的研磨材料去除率,研磨摩擦系数值和加工后表面质量.研究结果表明:金刚石固结磨料研磨垫对掺铈玻璃的材料去除率和研磨摩擦系数小于K9玻璃,表面质量相对较优.掺铈玻璃残屑中的Ce与Si在金刚石颗粒表面及磨粒之间形成包裹层和填覆层,改变材料去除机理,导致材料去除率和摩擦系数下降,获得更优的表面质量.     

固结磨料研磨K9玻璃的工艺优化

固结磨料研磨工艺具有高加工效率及清洁加工等突出优点。采用正交实验法,研究了转速比、研磨压力、研磨液流量等参数对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度Sa的影响。结果表明:研磨的最佳工艺参数组合为:转速比为145/150,研磨压力为0.055 MPa,研磨液流量为60mL/min。在该工艺参数组合下,材料去除速率达到3186 nm/min,Sa值达到19.6 nm。     

固着磨料研磨对工件表面残余应力的影响

探讨了固着磨研磨中磨料尺寸，研磨压力和研磨速度等研磨参数对工件已加工表面残余应力的影响规律。发现了固着磨料研磨使工件表面产生的残余应力为压应力。当磨料尺寸增大，研磨速度提高时，残余应力增大。其增大速度随磨料尺寸增大而减小，随研磨速度的提高而增加。     

氧化镍镀覆金刚石对固结磨料研磨垫加工性能影响

黏结剂把持磨粒的能力对固结磨料研磨垫的加工性能有重要影响。选择K9玻璃作为加工对象、不饱和树脂作为黏结剂,通过沉积法在金刚石表面镀覆一层氧化镍改善金刚石与树脂的结合性能,研究了镀覆后金刚石的形貌和热处理工艺,及其对固结磨料研磨垫加工性能的影响。研究表明:镀覆量达到30%,氧化镍镀覆金刚石的热处理工艺为3 h/450℃+5 h/500℃时,能够提高固结磨料研磨垫25%的材料去除速率。     

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10 kPa压力下,采用初始粒径为3～5 μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0 μm/min, 表面粗糙度值R_a为130.0 nm。      

固结磨料研磨蓝宝石晶片的工艺优化

为了满足蓝宝石晶片高效低损伤的加工要求,采用亲水性固结磨料研磨垫研磨蓝宝石晶片的工艺,研究基体中碳化硅粒度尺寸、基体类型、金刚石粒度尺寸及研磨液中磨料4个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高加工效率和优表面质量的工艺参数。实验结果表明:基体中碳化硅粒度尺寸为10 μm、基体类型为Ⅱ、研磨垫采用F公司粒度尺寸为35~45 μm的金刚石、研磨液中磨料的粒度尺寸为5 μm的碳化硅为最优工艺组合,亲水性固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为431.2 nm/min,表面粗糙度值为R_a 0.140 2 μm。      

石英玻璃固结磨料研磨工艺参数响应面模型的研究

目的 通过优化工艺参数,充分挖掘固结磨料研磨加工的优势.方法 采用固结磨料研抛垫对石英玻璃进行研磨,以材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)为评价指标,采用3因素3水平的响应曲面法,探索工件转速、研磨压力、研磨液流速三个工艺参数对固结磨料垫加工特性的影响规律.建立三个工艺参数作用下的MRR模型和Ra模型,结合响应曲面及其等高线,获得工艺参数变量两两复合的影响规律和各目标下的最优工艺参数.最后,对最优工艺参数进行实验验证.结果 实验结果及其分析表明,以最大材料去除率为目标的最佳工艺参数为:转速90 r/min,压力20.685 kPa,研磨液流速60 mL/min.以最小表面粗糙度为目标的最佳工艺参数为:转速100 r/min,压力20.685 kPa,研磨液流速80 mL/min.最优工艺的加工性能预测值为34.5 nm/min和38.5 nm,验证实验结果为37.6 nm/min和39.4 nm,二者的误差值在合理范围内.结论 研抛工艺参数的响应面模型具有良好的预测能力,预测误差很小,最优工艺参数下,工件表面平整光滑,没有明显的凹坑和粗大划痕.     

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的 实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法 选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果 在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89 μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19 μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论 采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。     

基于反刍类动物臼齿仿生的平面磨具形貌结构设计与性能研究

目的 提高平面研磨加工效率及加工质量。方法 提取了反刍类动物臼齿齿面形貌特征,设计了一种模块化分布式平面研磨工具,采用ABAQUS分析了无特征规则排布磨具与仿生特征排布磨具在研磨抛光过程中对工件压力分布均匀性的影响;采用Fluent分析了仿生特征排布磨具形貌结构对磨削液流动性的影响;利用3D打印技术制备了仿生特征排布磨具与无特征规则排布磨具并进行了对比实验,通过响应面分析法讨论了转速、压力、表面结构特征等因素对磨具研磨性能的影响。结果 仿真结果表明,与无特征规则排布磨具相比,在4 N研磨压力下仿生特征排布磨具具有更优的工件表面应力分布均匀性;磨削液在磨具形貌特征间隙入口的流速为2.400 m/s时,与其他特征磨具相比,仿生特征模块化排布磨具的形貌特征间隙出口平均流速提升了29.45%。实验结果表明,与无特征规则排布磨具相比,在同等工艺下,使用仿生特征模块化排布磨具研磨的铝合金试件表面粗糙度由0.301 μm降至0.188 μm,下降了17.94%;当研磨压力为5 N时,材料去除速率由1.44 μm/min提升至1.93 μm/min,提升了34.47%。结论 平面磨具的形貌结构特征设计与排布对研磨过程中的工件接触压力分布、磨削液流动性具有重要影响。与无特征规则排布磨具相比,在相同工艺条件下臼齿仿生特征模块化排布磨具能够更有效地提升加工效率及加工质量。     

熔石英磨削的残余应力层深度预测研究

目的 磨削后工件表面残余应力处于裂纹层下方其位置隐蔽、不易检测,使用过程中受到应力作用易扩展成裂纹,影响后续工艺参数设计和工件使用寿命。因此,研究磨削后表面残余应力层深度有助于确定后续工艺加工余量,提高工件使用性能。方法 本文采用离散元法建立单颗磨粒磨削熔石英的离散元模型,研究磨粒粒径对工件亚表面损伤深度的影响。采用角度抛光法和差动腐蚀法测量熔石英亚表面裂纹层和损伤层深度,计算残余应力层深度并验证模型。结果 当磨粒粒径分别为7、14、28、40μm时,仿真得到的裂纹层深度分别为2.53、3.02、4.07、7.39μm,残余应力层深度分别为0.75、1.00、1.34、2.33μm;实验测得的裂纹层深度分别为2.51、3.14、4.65、8.16μm,残余应力层深度分别为0.86、0.93、1.31、1.87μm。由此可见,随着磨粒粒径的增大,工件表面的脆性去除愈加明显,表面质量变差,亚表面裂纹层深度和残余应力层深度增大。仿真预测裂纹层深度与实验值偏差小于15%,残余应力层深度偏差小于25%,残余应力层深度约为裂纹层深度的1/4～1/3,随磨粒粒径增大,比例逐渐减小。结论 离散元仿真可...     

金刚石一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫加工性能与磨损过程的影响

目的 探究金刚石颗粒的一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫磨损的影响规律,提高固结磨料垫的自修整、加工性能及经济耐用度。方法 选择14、8、5、1 μm等4种粒度的金刚石颗粒,采用烧结法制备聚集体金刚石磨料,并将其用于制备固结聚集体金刚石磨料垫。在CP-4抛光测试系统平台上开展研磨试验,在线获取加工过程中的力信号和摩擦因数。对比4种粒径的固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率、研磨比、研磨前后磨料垫的微观形貌、碎屑的形貌及尺寸分布,分析固结磨料垫的磨损过程及其演变规律。结果 随着金刚石颗粒粒径的增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率由0.2 μm/min(金刚石颗粒为1 μm)增加到3.5 μm/min(金刚石颗粒为14 μm),研磨比由2.02增加至14.33。大粒径(≥5 μm)的固结磨料垫研磨后,表面仍有锋利的金刚石微切削刃,研磨过程中的切向力和摩擦因素保持稳定,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损形式以金刚石颗粒的脱落为主;超细粒径(≤1 μm)固结磨料垫表面的金刚石颗粒出现堵塞现象,并且研磨过程中的切向力和摩擦因数持续下降。结论 随着金刚石颗粒的一次粒径增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率增加,自修整能力、材料去除能力和加工过程稳定性得到提升,进入稳定磨损期的时间缩短。     

基于化学蚀刻检测光学玻璃亚表面损伤深度

目的 提出一种光学玻璃机械加工亚表面损伤深度的检测方法,给光学玻璃超精密抛光的加工深度提供参考依据。方法 首先通过实验分析K9玻璃研磨试样在化学蚀刻过程中亚表面裂纹的结构变化,采用探针式粗糙度仪检测化学蚀刻表面的裂纹深度,并探讨探针半径和化学蚀刻时间对裂纹深度测量结果的影响,建立以蚀刻表面峰谷粗糙度(PV)表征亚表面裂纹深度的测量条件。然后利用激光共聚焦显微镜检测化学蚀刻表面PV粗糙度,确定光学玻璃的亚表面裂纹深度。最后采用截面抛光法直接检测光学玻璃的亚表面裂纹深度,验证上述两种检测方法的可靠性。结果 以蚀刻表面PV粗糙度表征亚表面裂纹深度的测量条件为,测量介质须在蚀刻表面裂纹开始融合之前有效探测至裂纹底部。针对W18和W40磨粒研磨的K9玻璃试样,采用激光共聚焦显微镜检测蚀刻表面PV粗糙度方法测得的两种试样裂纹深度为12.82 μm和20.45 μm,直接测量方法的测量结果为12.50 μm和19.34 μm。两种方法测量结果的偏差分别为2.56%和5.74%,一致性较好。结论 基于化学蚀刻和激光共聚焦显微镜检测光学玻璃亚表面损伤深度的方法不受表面裂纹宽度限制,满足以蚀刻表面PV粗糙度表征亚表面损伤深度的测量条件,且对试样损伤较小,提高了光学玻璃亚表面损伤深度的测量效率和结果可靠性。     

玻璃材料高速抛光用固着磨料磨具试验研究

目的实现玻璃材料的高效高质量低成本抛光。方法选择不同添加剂作为辅料制作固着磨料抛光磨具,阐明制作工艺流程、添加剂辅料配方及比例、固着磨料磨具对材料硬度、剪切强度等性能的影响。以工件材料去除率、表面质量以及磨耗比等作为评价指标分析不同添加剂辅料对加工效果的影响,并通过等效系数优化方法确定添加剂辅料的最优配方。结果碳化硅与钼酸铵可增加磨具的硬度和剪切强度,磨具中加入适量氧化铝可有效提高工件表面质量。结论固着磨料抛光磨具的添加剂辅料最优配方为:10.6%(质量分数)4000#Al2O3和2%(质量分数)10000#SiC。     

基于微切削模型的不锈钢研磨表面残余应力规律

目的 基于单颗粒微切削模型,研究分析研磨工艺对HR-2抗氢不锈钢工件表面残余应力的演化规律与产生机制的影响.方法 建立研磨磨粒单颗粒微切削残余应力数学模型,采用正交试验获得研磨工艺参数与表面残余应力大小、磨粒微切削切深和切向力回归方程,利用单因素试验对研磨工艺进行验证,获得研磨工艺参数对表面残余应力大小、表面磨粒切深和切向力的影响规律,并开展单因素试验结果与数学模型计算结果对比研究.结果 试验中,磨粒粒径从10μm变化为50μm时,残余应力从–130 MPa变化至–345 MPa;研磨压力从10 N变化至50 N时,残余应力从–135 MPa变化至–253 MPa;而转速的变化对残余应力结果的影响规律不显著.不同工艺参数试验中,模型所得计算值和试验值误差基本在10％以内.结论 根据正交试验结果和单因素试验得出,研磨工艺对残余应力影响的显著度从高到低为磨粒粒径>研磨压力>研磨转速,磨粒切深和切向力与残余应力关系显著,建立的单颗粒研磨模型可以预测不同研磨工艺参数条件下的残余应力产生规律.