微晶玻璃塑性域超精密磨削加工的研究

本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明 ,对于微晶玻璃等脆性材料 ,其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在 vs=12 0 0 m/ min、f=0～2 0 0μm/ rev、ap=0 .1～ 10μm条件下磨削时 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 2 0μm,才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面 ,其磨削后的表面粗糙度为 rms:8.0 2 1nm、Ra:6.2 0 0 nm。     

微晶玻璃塑性超精密磨削加工的研究

本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明，对于微晶玻璃等脆性材料，其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在vs=1200m/min、f=0～200um/rev、ap=0.1～10um条件下磨削时，只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于20um，才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面，其磨削后的表现粗糙度为rms;8.021nm、Ra:6.200nm。     

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。     

光学玻璃的激光微结构化砂轮精密磨削

为了降低大磨粒金刚石砂轮磨削光学玻璃时的亚表层损伤,利用纳秒脉冲激光对金刚石砂轮进行了表面微结构化加工,并采用该砂轮研究了光学玻璃的精密磨削加工。首先,计算了金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值和激光束腰半径;然后,分析了纳秒脉冲激光在金刚石磨粒上加工的微结构形貌以及微结构化过程中的热损伤;最后,采用微结构化大磨粒金刚石砂轮进行光学玻璃的磨削实验,并分析了亚表层的损伤情况。实验结果表明:金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值为0.89J/cm,激光束腰半径为17.16μm。在粒度为150μm的大磨粒电镀金刚石砂轮上可以实现结构尺寸为20μm的微结构表面加工。与传统金刚石砂轮相比,微结构化砂轮磨削后的光学玻璃亚表层损伤深度降低了40%,达到了降低光学玻璃磨削亚表层损伤的目的。     

电火花—ELID磨削复合法加工铝基金刚石试验研究

采用电火花—ELID磨削复合法对铝基金刚石进行精密磨削加工试验,探究不同工艺参数对铝基金刚石加工表面质量的影响规律,并对工艺参数进行优化。试验结果表明,采用放电电流为16A、放电电压为90V、脉冲宽度为30μs、铜极转速为400r/min电火花加工工艺参数进行粗加工,采用电解电压为70V、占空比为60%、砂轮进给量为0.8μm/次、砂轮转速为2880r/min的ELID磨削工艺参数进行精密加工,可实现铝基金刚石材料的精密加工,并获得了表面粗糙度Ra=136nm的铝基金刚石加工样件。     

热压硫化锌的超精密磨削加工

针对用传统车削或研磨抛光方法加工大尺寸非球面热压硫化锌透镜存在的不足,采用金刚石砂轮磨削加工方法对热压硫化锌材料进行了加工实验。通过压痕、单颗粒金刚石刻划和磨削正交实验,研究了该方法在磨削加工过程中的塑性域去除机理及其亚表面损伤情况,并优化了超精密磨削加工工艺参数。压痕实验发现热压硫化锌材料在载荷作用下易于出现径向裂纹和微裂纹,其断裂韧性为2.643842MPa/m1/2,临界切削深度为1.808μm。单颗粒金刚石刻划实验结果表明,热压硫化锌材料在较小的切削深度下可以实现塑性域去除,但在机械去除过程中易出现多种形式的亚表层损伤。磨削实验结果表明,磨削深度是影响表面光洁度的主要因素,随着磨削深度的增大表面光洁度降低,最佳表面粗糙度为7.6nm。工作台进给速度是影响面形精度的主要因素,且平面磨削的面形精度PV值为0.185~0.395μm。研究结果表明,磨削加工热压硫化锌材料可以获得纳米级表面粗糙度。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

超硬涂层磨削工艺实验研究

针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层,采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验,研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明:不同粒度砂轮磨削时,随着磨削深度和工件进给速度增加,法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大,表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势,平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大,且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率,600目砂轮具有较好的加工效果,其对应的优化磨削参数为:磨削深度为10μm,工件进给速度为8 m/min。     

应用超硬大磨粒金刚石砂轮实现BK7光学玻璃的超精密磨削

首先以91μm磨粒杯形铜基金刚石砂轮作为修整器并结合砂轮在线电解修锐技术(ELID,Electrolytic in- process dressing)对151μm磨粒电镀镍基单层金刚石砂轮进行精密高效的修整。在最佳的修整参数下,同时应用测力仪对两个砂轮间磨削力进行监测,并应用共轴光学位移检测系统对砂轮表面状态进行在位监测,151μm砂轮的回转误差被减小至1～2μm范围,同时砂轮上所有金刚石磨粒被修整出平坦表面并拥有恒定的圆周包迹,此时砂轮达到最佳工作状态。然后应用被良好修整的砂轮对光学玻璃BK7进行磨削加工。磨削试验结果和亚表层完整度评价结果表明新开发的大磨粒金刚石砂轮修整技术的可行性,也验证大磨粒金刚石砂轮只要经过精密修整是可以应用于光学玻璃的延展性超精密磨削加工的,并能实现纳米级的表面粗糙度,显示出大磨粒金刚石砂轮在加工难加工材料和硬脆材料中的良好应用前景。     

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削硅片性能的研究

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮,制备效率高且具有良好的力学性能。研究其磨削硅片的性能,利用恒压力平面磨削试验台进行一系列砂轮节块试样硅片磨削实验,分析不同的磨削工艺参数(压力、速度以及时间)下硅片表面粗糙度、表面形貌及砂轮节块磨削比。实验结果表明当磨削压力22N,速度450 mm/s,时间1 h时,硅片表面粗糙度值最小达到0.41μm,砂轮磨削比为0.17,微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮能够满足硅片的磨削表面质量要求。     

超硬合金剪刀片的研磨工艺研究

通过深入研究和大量的试验,对金刚石砂轮研磨超硬合金刀片方法做了新的尝试,指出了用树脂结合剂金刚石砂轮代替电镀金刚石砂轮对超硬合金剪刀片刃部曲面精研磨的可行性,并从磨床本身的精度、砂轮的轮廓形状、砂轮的静平衡、磨削深度、砂轮速度等影响加工面光洁度的诸多因素进行分析,找出了一套成熟的超硬合金剪刀片的研磨工艺,生产实践证明完全能够满足使用。     

Grinding of Aluminium-Based Metal Matrix Composites Reinforced with Al2O3 or SiC Particles

This paper presents results obtained from the grinding of aluminium-based metal matrix composites reinforced with either aluminium oxide (Al2O3) or silicon carbide (SiC) particles using grinding wheels made of SiC in a vitrified matrix or diamond in a resin-bonded matrix. The study used grinding speeds of 1100–2200 m min^-1 , a grinding depth of 15 _m for rough grinding and 0.1–1 _m for fine grinding, a crossfeed of 3 mm and 1 mm for rough and fine grinding, respectively,while maintaining a constant table feedrate of 20.8 m min ^-1 . Surface integrity of the ground surfaces and subsurfaces was analysed using a scanning electron microscope and a profilometer. Grinding using a 3000-grit diamond wheel at depths of cut of 1 _m and 0.5 _m produced ductile streaks on the Al2O3 particles and the SiC particles, respectively. There was almost no subsurface damage except for rare cracked particles when fine grinding with the diamond wheel.     

纳米结构陶瓷涂层磨削力的研究

对纳米陶瓷涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力(包括单位磨削面积磨削力和砂轮单颗磨粒磨削力)进行了研究,分析了砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮磨粒尺寸以及粘结剂类型等磨削参数对磨削力的影响规律.     

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]     

激光与电火花复合修整粗粒度弧形金刚石砂轮试验研究

因受到激光高斯光束特性的影响,辐照在砂轮表面上的光斑大小和激光能量都跟随修整路径变化,难以实现高精度的弧形金刚石砂轮的修整,为此,提出采用激光粗修整和电火花精修整的复合修整方法。先用激光修整高效去除多余磨料层来得到弧形轮廓,再用一高精度弧形电极匹配该轮廓进行电火花修整,得到较高精度的弧形砂轮。在粒度为120的金刚石砂轮上试验修整半径为13 mm的弧形轮廓,最终修整出的弧形轮廓半径为13.006 mm,轮廓误差PV值为10.90 μm。最后,通过磨削氧化铝陶瓷验证了砂轮修整效果。检测磨削工件的弧形轮廓拟合半径为13.012 mm,轮廓误差PV值为11.33 μm。     

超硬磨料砂轮修整及点轮修整技术

与普通磨料砂轮相比,采用金刚石车削法修整超硬磨料砂轮,修整力大、工具磨损快、修整时间长、效率低、精度低及质量差,致使超硬磨料砂轮的优异性能得不到充分发挥,砂轮修整已经成为制约超硬磨料砂轮工程应用的主要瓶颈.在超硬磨料砂轮修整研究方面,科研成果众多,技术各有特点,然而工程应用有限.点轮修整是集金刚石车削修整、金刚石滚轮磨...     

磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削

阐述利用超细粒度金刚石砂轮进行硬脆材料光滑表面起精磨创的现状，提出获得硬脆材料光滑磨削表面的主要技术措施。     

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Cr2O3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面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

On-machine precision preparation and dressing of ball-headed diamond wheel for the grinding of fused silica

In the grinding of high quality fused silica parts with complex surface or structure using ball-headed metal bonded diamond wheel with small diameter,the existing dressing methods are not suitable to dress the ball-headed diamond wheel precisely due to that they are either on-line in process dressing which may causes collision problem or without consideration for the effects of the tool setting error and electrode wear.An on-machine precision preparation and dressing method is proposed for ball-headed diamond wheel based on electrical discharge machining.By using this method the cylindrical diamond wheel with small diameter is manufactured to hemispherical-headed form.The obtained ball-headed diamond wheel is dressed after several grinding passes to recover geometrical accuracy and sharpness which is lost due to the wheel wear.A tool setting method based on high precision optical system is presented to reduce the wheel center setting error and dimension error.The effect of electrode tool wear is investigated by electrical dressing experiments,and the electrode tool wear compensation model is established based on the experimental results which show that the value of wear ratio coefficient K’ tends to be constant with the increasing of the feed length of electrode and the mean value of K’ is 0.156.Grinding experiments of fused silica are carried out on a test bench to evaluate the performance of the preparation and dressing method.The experimental results show that the surface roughness of the finished workpiece is 0.03 μm.The effect of the grinding parameter and dressing frequency on the surface roughness is investigated based on the measurement results of the surface roughness.This research provides an on-machine preparation and dressing method for ball-headed metal bonded diamond wheel used in the grinding of fused silica,which provides a solution to the tool setting method and the effect of electrode tool wear.