磨削加工表面形貌的分形研究

通过对磨削加工表面的测试与分形研究，得到不同磨削加工表面粗糙度的分形维数Ｄ与Ｒｑ、Ｒｑ、Ｓｍ之间的关系式，为磨削表面形貌的计算机分形模拟建立了基础。     

石英玻璃超精密磨削加工的表面完整性研究

为了实现石英玻璃的高效低损伤超精密磨削加工,研究不同粒度金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面和亚表面质量,建立表面粗糙度与亚表面损伤深度之间的关系模型。通过石英玻璃磨削试验研究400#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面微观形貌、表面粗糙度及其亚表面损伤深度,分析相应的材料去除方式;基于压痕断裂力学理论分析脆性域磨削石英玻璃时工件表面微观形貌和亚表面微裂纹的形成机理,建立表面粗糙度PV值和亚表面损伤深度SSD之间的定量关系。研究结果表明:随着砂轮粒度的减小,石英玻璃磨削表面的凹坑、微裂纹、深划痕等缺陷逐渐减少,表面粗糙度Ra和PV以及亚表面损伤深度SSD均随之明显减小,从400#砂轮磨削表面的R_a 274.0 nm、PV 5.35μm和SSD 5.73μm降低至5 000#砂轮磨削表面的Ra 1.4 nm、PV 0.02μm和SSD 0.004μm。500#和1 500#砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,但以塑性流动去除为主,5 000#砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削石英玻璃的表面粗糙度PV与亚表面损伤深度SSD之间满足SSD=(0.627～1.356) PV~(4/3)的数学关系。     

基于分形的磨具表面形貌研究

本文阐述了用分形理论衡量和分析比较磨具表面质量的方法，通过对磨具表面的测试和分形研究，说明了分形方法能全面表征磨具的表面形貌，其分形参数可以作为衡量磨具表面质量的一个重要指标。     

蓝宝石不同晶面磨削特性比较

比较了蓝宝石不同晶面磨削特性的差异。对蓝宝石晶体的A面、C面、M面及R面开展精密磨削试验,并从磨削力、磨削力比、比磨削能及表面形貌等角度比较了蓝宝石4个晶面磨削特性的差异。采用金刚石砂轮在精密平面磨床上对蓝宝石4个晶面进行磨削,采用测力仪测量磨削过程中的磨削力,并根据所测得的磨削力计算磨削力比和比磨削能。最后,采用扫描电子显微镜观测工件磨削表面形貌。试验结果显示:蓝宝石的4个晶面中C面的磨削力最大,其次是M面和A面,R面的磨削力最小;比磨削能亦为C面最大,其次是M面和A面,R面的比磨削能最小;磨削力比则是M面最大,其次是A面和C面,R面的磨削力比最小。在相同磨削条件下,蓝宝石不同晶面磨削材料的去除方式有所不同,A面、M面和R面主要以脆性断裂、破碎和解离方式去除为主,且破碎坑较大,表面相对较为粗糙;而C面则存在部分脆性断裂和部分粉末化去除,破碎坑较小,表面相对平整。因此,蓝宝石不同晶面的磨削特性差异明显,其磨削力、磨削力比、比磨削能及材料去除方式均存在明显的不同。     

单晶材料微磨削表面粗糙度与磨削力实验研究

为了探究微磨削对单晶DD98表面粗糙度与磨削力的影响,采用磨粒为500#和磨头直径为0.9mm的磨棒对单晶DD98进行微磨削实验。首先,设计三因素四水平正交实验,通过极差分析得到磨削参数在一定范围内对表面粗糙度影响的主次顺序,其中磨削深度影响最大,主轴转速次之,进给速度最小;并获得最优工艺参数水平组合:主轴转速为60000r/min,磨削深度为6μm,进给速度为20μm/s。其次,对单因素实验进行微磨削实验,得到在一定范围内,得到表面粗糙度值和磨削力值都随主轴转速的增大、磨削深度的减小、进给速度的减小而减小,并对这种影响规律进行分析。为单晶DD98的微磨削提供了重要的理论基础。     

单晶蓝宝石基片抛光工艺研究进展

对目前抛光单晶蓝宝石基片的工艺方法,如游离磨料磨削、金刚石砂轮磨削、在线电解修整磨削(ELID)、化学机械抛光(CMP)、固结软磨料抛光、磁流变抛光(MRF)、超声振动辅助磨削的加工原理、方法和特点进行综述。分析了各方法的优势和不足以及最新研究成果存在的关键问题。其中游离磨料磨削、在线电解修整磨削、金刚石砂轮磨削的材料去除速率较高,化学机械抛光是抛光大面积基片的唯一方法,磁流变抛光后的基片表面不存在亚表面损伤。根据单晶蓝宝石基片的应用需求和目前抛光方法的不足,对后续研究的方向进行了预测。     

蓝宝石精密磨削表层热修复特性研究

蓝宝石精密磨削过程中易产生表面裂纹、微观断裂、位错等缺陷,同时也会产生残余拉应力,对后续加工及性能发挥产生不良影响。采用热修复方法对磨削后蓝宝石表层进行处理,以氩气作为保护气,在不同热修复温度、保温时间以及降温速度等条件下,对A、C、R、M面的蓝宝石晶体进行热修复试验。结果表明,热修复方法能够有效降低表面残余拉应力,同时提升表面晶格完整性,其中热修复温度1 500℃时残余拉应力降幅最高,可达53%;随着热修复温度的增加以及热修复时间的增长,蓝宝石磨削表面残余应力逐渐降低,而且表面晶格完整性变好;随着降温速度增加,表面残余拉应力的降幅减小,热修复效果减弱;在不同晶向的蓝宝石中,R面蓝宝石热修复后表面残余拉应力降幅最大;通过对抛光后蓝宝石进行热修复,观察到了表层原子重新排列的台阶结构。证实热修复方法为蓝宝石的低损伤加工提供了一种有效方法。     

切削加工表面分形机理的研究

工程粗糙表面的微观形貌具有统计的自相似分形特性 ,本文明确给出了其重要的分形指标—分维数的物理含义 ,并将表面的分形研究从理论上和实际上深入到机械加工工艺过程中去 ,以磨削为例 ,建立起有关磨削参数与磨削表面分形参数之间关系的理论模型 ,为在磨削加工中 ,通过控制有关磨削参数和磨削条件 ,以达到最优维数打下了理论基础。本论文的研究可望在提高工程表面的使用性能以及降低加工成本等方面发挥较大的作用。     

超精密磨削加工表面形貌建模与仿真方法宰

超精密磨削技术是实现微/纳米加工的主要手段.系统深入研究超精密磨削过程的机理,洞悉磨削加工表面生成的内涵,成为超精密磨削加工技术的重要研究内容之一.提出一种新型的超精密磨削加工表面生成方法.基于Jobnson变换和线性滤波技术,给出砂轮表面形貌数字生成方法.该砂轮表面数值生成方法克服了利用试验测量砂轮表面形貌所得数据而带来的误差,提高了磨削加工表面仿真分析的准确性.根据磨削运动学,建立磨粒运动轨迹方程、相互干涉条件和有效磨粒确定方法.据此,给出超精密磨削加工表面生成算法.通过数值计算生成不同统计学特征的砂轮形貌,并得到不同加工参数下磨削表面的表面形貌,仿真结果验证了所给算法的正确性和有效性.     

超声磨削加工表面分形维数计算方法

基于盒维数法、差分盒维数法、结构函数法,用MATLAB模拟出已知分形维数的理论分形曲面,对其进行分形维数的计算,并计算其误差,结果表明:盒维数法的计算结果误差最小,可确定超声磨削加工表面分形维数的计算方法,为超声磨削加工表面形貌的特征分析奠定理论基础.     

机械加工表面形貌分形特征的计算方法

提出应用小波变换计算表面形貌分形特征参数，基于Weierstrass-Mandelbrot函数（W-M函数）和Majumdar-Bhushan函数（M－B函数）这2种常用于表征和模拟机械加工表面轮廓曲线的标准分形函数，验证了小波变换计算分形维数具有很高的精度。与其它计算表面形貌分形维数的方法进行了比较，结果表明小波变换方法的稳定性和准确性好。应用小波变换计算了不锈钢和铜2种材料的机械加工表面的分形维数。     

基于产形线精密蜗杆传动齿面磨削加工的研究

蜗杆、蜗轮传动副共轭齿面精密磨削加工在工程中一直是一个难题,本文根据齿面产形线构形原理,对蜗杆传动精密磨削加工进行了分析研究,提出双侧锥形蜗杆砂轮磨齿的新方法,为蜗杆传动创造形成新的传动副、切齿方法、切齿刀具及机床提供了条件。     

蓝宝石基片的磁流变化学抛光试验研究

分析了磁流变化学抛光的加工机理,对蓝宝石基片的磁流变化学抛光进行了试验研究。结果表明:磁流变化学抛光可将蓝宝石基片加工到亚纳米级粗糙度的超光滑镜面,材料去除率受化学反应速率和剪切去除作用共同影响,化学反应速率越快,剪切去除作用越强,材料去除率越高;混有硅胶溶液与α-Al2O3磨料的磁流变化学抛光液去除率最高;材料去除率随工作间隙,励磁间隙以及加工时间的增大而减少,随铁粉浓度减少而减少;利用磁流变化学抛光方法加工蓝宝石基片可获得Ra 0.3 nm的超光滑表面。     

蓝宝石基片的超光滑表面抛光技术

文中介绍了蓝宝石基片的主要抛光方法,包括浮法抛光、机械化学抛光、化学机械抛光和水合抛光等,对它们的工作原理、特点作了分析和总结。     

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。     

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Cr2 O3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...     

脆性材料磨削模式与表面粗糙度

对国内外有关脆性材料的磨削模式及表面粗糙度的研究进展进行了综述 ,为获得高质量的脆性材料产品、实施脆性材料的精密与超精密磨削提供有益的参考。     

表面微观形貌的分形表征及模拟

最后的研究表明，机械加工表面的微观形貌具有自仿射性和多尺度性，因而表面形貌的高度分布方差、斜率和曲率的方差工现进唯一的。基于分形几何理论，用Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数来表征表面的微观形貌，所得到的参数是不依赖于测量尺度而变的“固有”参数。根据分形几何建立的表面轮廓的数学模型可对表面轮廓进行模拟，为建立三维表面形貌的评定参数提供理论依据。     

分形理论在摩擦学研究中的应用

对近年国内外分形理论在摩擦学研究中应用的新进展作了综述,介绍了分形的概念以及分形维数的计算方法,讨论了包括磨损表面形貌分析,材料表界面分形研究和磨合磨损分形模型的建立等分形理论在摩擦学研究中的应用状况,并提出了当前相关研究中所遇到的问题,及今后分形理论在摩擦学研究中的发展方向。