电镀金刚石砂轮端磨氧化铝陶瓷的机理研究

本文利用电子扫描电镜,观察了金刚石磨粒的微切削刃以及氧化铝陶瓷试件的磨削表面、已磨削表面,对电镀金刚石砂轮端磨氧化铝陶瓷的机理进行了研究,指出氧化铝陶瓷已磨削表面的缺陷以脆性裂纹为主,磨削温度对材料去除过程影响很大,有可能存在非裂纹扩展的陶瓷材料去除方式。     

考虑单磨粒作用的砂带磨削机理模型

针对磨削过程中材料的定量去除问题，从微观单磨粒角度出发，综合运用弹塑性变形、赫兹接触以及概率统计等理论及方法，构建砂带磨削的材料去除机理模型。首先，分析磨削过程中单个磨粒在工件不同变形阶段的材料去除机理，并根据试验计算结果对该磨削过程进行简化，给出单磨粒受力计算方法；在此基础上，基于磨粒数目与出刃高度分布函数，运用概率统计理论建立微观磨粒与宏观磨削压力平衡方程，求解磨粒切入深度分布函数；再结合单磨粒材料去除体积，用积分运算构建总体材料去除模型；最后通过机器人磨削平台进行TC4合金曲面磨削试验得到材料最大去除深度。结果表明:材料最大去除深度随磨削压力和砂带线速度增大而增大，随砂带进给速度增大而减小；且理论模型的理论预测值与试验值比较，其最大相对误差为17.66%，平均相对误差为10.55%，验证了模型的有效性。      

电镀金刚石砂端磨氧化铝陶瓷的机理研究

本文利用电子扫描电镜,观察了金刚石磨粒的微切削刃以及氧化铝陶瓷试件的磨削表面,已磨表面,对电镀金刚石砂轮端磨氧化铝陶瓷的机理进行了研究,指出氧化铝陶瓷已磨表面的缺陷以脆性裂纹为主,磨削温材料去除过程影响很大,有可能存在非裂主展的陶瓷去除方式。     

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。     

单向复合材料C/SiC纳米刻划实验研究

为了进一步研究纤维增韧陶瓷基复合材料的磨削机理,设计制备了单向C/SiC模型复合材料,然后将复合材料在3个典型方向进行刻划。通过刻划实验研究分析了单颗金刚石磨粒作用下复合材料的界面失效机制及微观材料去除机理。结果表明:在单颗金刚石磨粒刻划作用下,脆性断裂是C/SiC复合材料的主要去除方式,复合材料的破坏形式主要是基体开裂、界面失效、纤维断裂的综合模式。其材料去除难易程度符合规律:法向纵向横向。此外,研究结果为C/SiC刻划材料去除机理研究提供了实验提导,并为陶瓷基复合材料磨削机理的揭示提供了实验基础。     

基于不同纳米划痕顺序的6H-SiC单晶片材料去除机理研究

通过微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片(0001)晶面进行不同间距和不同顺序的纳米刻划试验,并用摩擦力传感器、超景深显微系统和三维形貌仪对产生的划痕的划痕横截面轮廓曲线、划痕深度、摩擦力以及表面形貌进行分析,研究单晶片刻划过程中不同划痕间距和划痕顺序下的材料去除过程.结果表明:当静载荷为100 mN时,不同划痕间距...     

单面研磨6H-SiC单晶片的加工表面性能分析

采用硬基研磨盘对6H-SiC单晶片进行单面研磨,分析了晶片加工表面形貌和划痕特征。实验结果表明:采用铸铁盘相对于采用硬度较低的铜盘和铝盘研磨后的晶片表面较均匀。采用铸铁盘研磨时金刚石磨料和碳化硼磨料较适合单晶SiC的研磨加工。用M0.5/1.5金刚石磨粒研磨后,SiC单晶片表面的断裂凹坑密集而细小,但容易出现划痕和研磨不均匀,而且分散性差,团聚后容易使晶片表面产生大的划痕;实验条件下铸铁研磨盘比较适合M3/6以粗的金刚石磨料研磨。研磨过程中,磨粒的行为对表面质量有重要影响。切入较深的磨粒使工件产生微裂纹,从而导致工件表面产生滚压破碎凹坑、划擦痕迹和脆性断裂划痕;切入较浅的磨粒使工件产生微量塑性变形,而使晶片表面产生微量塑性去除划痕。     

双磨粒微切削单晶γ-TiAl合金的材料去除机制

为了分析磨削过程中单晶γ-TiAl合金的材料去除机制,建立了双磨粒磨削Ti-Al合金的分子动力学模型.揭示了金刚石磨粒的横向间距和纵向间距对单晶γ-TiAl合金材料去除机制的影响.结果表明:单晶γ-TiAl合金的微切削过程中伴随有温度、势能、位错的变化以及晶格结构的转变;切削力、切削温度、势能以及去除效率随着横向间距的...     

电镀金刚石砂轮面磨削氧化铝陶瓷的机理研究

本文利用电子扫描电镜、观察了金刚石磨粒的微切削刃以及氧化铝陶瓷试件的磨削时的表面,已磨削表面,对电镀金刚石砂轮磨氧化铝陶瓷的机理进行了研究,指出了氧化铝陶瓷已磨削表面的缺陷以及脆性袭纹为主,磨削温度对材料去除过程影响很大,有可能存在非裂纹扩展的陶瓷材料去除方式。     

单颗金刚石划擦玻璃的实验研究

本文利用自行制备的单颗粒金刚石工具划擦普通玻璃,观察不同划擦深度的划痕形貌并进行统计分析,同时采集和分析了划擦过程中的磨削力。实验结果表明,划痕的实际宽度与理论宽度有相同的变化趋势。随着切深的增加,实际宽度与理论宽度趋于比较恒定的比值。当划擦磨粒不变时,单颗磨粒的法向磨削力和切向磨削力都随着划痕长度的增加而线性增加。     

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作...     

单颗磨粒划擦SiCf/SiC陶瓷基复合材料的试验研究

为研究SiC纤维(SiC_f)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)的磨削损伤机理,搭建试验平台开展单颗磨粒划擦试验,测量划擦力并观察其表面损伤形式,研究磨粒形状、划痕深度和SiC_f取向对复合材料磨削机理的影响。试验结果表明:SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的划擦损伤形式主要有基体崩碎、纤维裂纹、断裂和拔出等。在SiC_f/SiC陶瓷基复合材料划擦过程中,尖锐状磨粒的划擦力更小,且整条划痕的表面损伤范围较扁平状磨粒的小。用扁平状磨粒划擦但纤维取向γ= 0°时,划痕形貌中纤维断裂、纤维拔出等损伤形式出现较少。      

Micro-Analysis of the Contact Zone of Tribologically Loaded Second-Phase Reinforced Sol-Gel-Abrasives

Abrasives manufactured via the Sol-Gel route have increased the grinding efficiency of conventional abrasive grinding tools to a remarkable degree in the past ten years. Little is known, however, about detailed wear mechanisms of the abrasive on a nanometer scale. Sliding tests on a pin-on-disk tribometer and single grit scratching tests have therefore been performed in order to identify the wear mechanisms of these innovative materials. TEM-analysis has revealed that severe plastic deformation combined with both crack bridging and crack deflecting effects in the second phase characterise the abrasive rim zone. The surface of the abrasive is covered with an oxide debris layer which substantially improves the tribological behaviour.     

小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。     

SiC 单晶片化学机械研磨试验研究

目的提高Si C单晶片的材料去除率,改善加工后的表面质量。方法进行研磨液试验,利用极差法得到研磨液的最优配比和研磨液成分中影响去除率的主次因素顺序;对主要影响因素进行单因素试验并考察对材料去除率的影响。结果研磨液的质量为50 g,最优配方为:助研剂、分散剂、增稠剂、润滑剂、磨料A、磨料B的质量分别为9,7,5,3,3,5 g,其余为调和剂,磨料A和磨料B的粒度均为W28。结论影响材料去除率的主要因素为磨料粒度,粒度越大,材料去除率越高。     

磨粒刻划单晶SiC的SPH与FEM耦合仿真分析

目的 进一步理解金刚石线锯加工硬脆晶体材料的去除特性.方法 采用SPH与FEM耦合算法,分析磨粒刻划单晶碳化硅工件过程中的材料去除动态响应,研究不同磨粒压入深度与几何形状条件对磨粒接触力、工件刻划表面形貌与应力分布的影响规律,分析磨粒恒定深度刻划与变深度刻划两种方式下磨粒刻划工件材料的动态响应.结果 磨粒接触力的各方向分量均随刻划时间发生波动,其中x与z轴方向的磨粒接触力随时间的变化趋势相近,平稳刻划时段的磨粒接触力均值拟合方程分别为fx=3.0956h2.7264,fz=11.3813h2.6214.磨粒压入深度是影响刻划过程中工件刻划截面形貌及应力分布的主要因素.相较于圆锥体磨粒,球体磨粒刻划后的工件材料截面形貌更粗糙,但工件材料的变形及损伤层深度更小.在磨粒变深度刻划方式下,随着磨粒压入深度的增加,刻划过程中的工件材料发生了脆塑转变.结论 在保证材料去除率的条件下,需降低磨粒压入深度,以降低磨粒接触力,获得更平整的工件表面刻划形貌与更低的等效应力.     

钨及其合金塑性加工的研究进展

概括介绍了改善钨及其合金材料性能的方法及其优缺点,重点综述了国内外关于轧制工艺、旋转锻造工艺、挤压工艺和大塑性变形法在钨及其合金领域的应用现状,同时就各工艺对钨及其合金材料微观结构、力学性能、再结晶温度和韧脆转变温度等方面所产生的影响作了介绍。最后结合粉末材料固结机理的分析,对采用大塑性变形法直接实现以钨粉为原料制备块体材料的最新研究进行了初步探讨。     

高体积分数SiCp/Al复合材料超声辅助划切微观去除机理

目的 揭示高体积分数SiC_p/Al复合材料在超声辅助加工条件下的材料去除机理。方法 采用SiC_p/Al复合材料的超声辅助划切试验,探究划切参数变化对超声振幅、划切力及摩擦因数的影响规律,并通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对划痕表面微观形貌进行观察,分析单点金刚石磨粒工具超声辅助划切材料去除的特点。结果 随着划切深度从0.01 mm增加到0.05 mm,电流值逐渐降低,电流值变化量从12 mA增加到25m A,超声振幅逐渐衰减,金刚石压头的轴向冲击作用减弱。划切深度和划切速度的增加使切向挤压切削作用增强,划切力和摩擦因数增大。在材料去除过程中,碳化硅颗粒存在破碎成小颗粒、剪切断裂破碎和拔出等多种去除形式,铝基体出现明显的塑性流动和涂覆现象,并形成切削沟槽外侧堆积。结论 当切削深度和进给速度较小时,材料去除主要是在轴向的高频振动冲击作用下完成,材料表面加工质量较好;当切削深度和进给速度逐渐增大时,材料去除是在轴向冲击破碎和切向挤压切削共同作用下完成,材料表面加工质量逐渐降低。     

超细晶粒硬质合金磨削的材料去除机理研究

在使用金刚石砂轮的平面磨床上进行了超细晶粒WC-Co硬质合金的磨削实验研究,通过扫描电子显微镜观察磨削表面形貌,利用X射线能谱仪进行磨削表面元素微区分析,对不同磨削条件下超细硬质合金的材料去除机理进行了研究。研究结果表明:超细硬质合金磨削过程中,随砂轮粒度的增大或切深的增加,材料去除方式渐由滑擦、耕犁向脆性断裂、材料粉末化转变。磨削表面黏结相分布受材料去除方式的影响,以耕犁方式去除的磨削表面Co相分布不均匀程度最大。