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。     

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。     

金刚石砂轮V形尖端切向磨削修整试验研究

针对超硬模具微结构磨削过程中金刚石砂轮V形尖端几何精度难以保证以及修整困难等问题,提出碳化硅修整轮切向磨削修整方法,采用不同修整参数对树脂结合剂和金属结合剂金刚石砂轮V形尖端进行修整试验,并采用修整后的金刚石砂轮进行了微结构阵列磨削试验。结果表明:在一定的修整参数下,树脂结合剂和金属结合剂金刚石砂轮的尖端圆弧半径分别达到3.5μm和2.0μm;两种砂轮尖端圆弧半径随着修整轮进给速度、修整深度的增加而增大,随着金刚石砂轮转速和修整轮粒度号的增加而减小;金属结合剂金刚石砂轮修整效率较低,修整后的尖端圆弧半径较小。微结构阵列磨削结果表明,修整后的两种金刚石砂轮能够满足微结构加工,而且发现树脂结合剂金刚石砂轮加工的微结构表面质量较好,更易于实现延性域磨削。     

工件旋转法磨削硅片的磨粒切削深度模型

半导体器件制造中,工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平坦化加工和背面薄化加工最广泛应用的加工方法。磨粒切削深度是反映磨削条件综合作用的磨削参量,其大小直接影响磨削工件的表面/亚表面质量,研究工件旋转法磨削的磨粒切削深度模型对于实现硅片高效率高质量磨削加工具有重要的指导意义。通过分析工件旋转法磨削过程中砂轮、磨粒和硅片之间的相对运动,建立磨粒切削深度模型,得到磨粒切削深度与砂轮直径和齿宽、加工参数以及工件表面作用位置间的数学关系。根据推导的磨粒切削深度公式,进一步研究工件旋转法磨削硅片时产生的亚表面损伤沿工件半径方向的变化趋势以及加工条件对磨削硅片亚表面损伤的影响规律,并进行试验验证。结果表明,工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片半径方向从边缘到中心逐渐减小,随着砂轮磨粒粒径、砂轮进给速度、工件转速的增大和砂轮转速的减小,加工硅片的亚表面损伤也随之变大,试验结果与模型分析结果一致。     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

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。     

镁铝尖晶石的塑性域磨削

为了避免和减小镁铝尖晶石在研磨工艺中产生的亚表面损伤,研究了合理控制磨削参数,实现镁铝尖晶石塑性域磨削的方法。分析了镁铝尖晶石的脆塑转变机理,采用不同尺寸规格的金刚石砂轮磨粒和改变砂轮进给量等参数进行了大量实验,探索了镁铝尖晶石的塑性磨削条件及影响因素,实现了镁铝尖晶石的塑性域高精度磨削。采用VG401MKⅡ型超精密磨床和3000#金刚石砂轮,设定砂轮速度为20m/s,工件速度为0.3m/s,进给量为0.5~3μm/r进行了磨削实验。结果显示:当金刚石砂轮磨粒的平均尺寸小于8μm时可以实现镁铝尖晶石的塑性磨削,其表面粗糙度Ra可以达到2.291nm,透光率可提高17%。研究结果表明,砂轮的平均磨粒尺寸和砂轮进给量对镁铝尖晶石材料的表面加工质量影响很大,该结果为研究磨削高质量镁铝尖晶石表面提供了依据。     

用多晶体金刚石磨轮磨削光学玻璃的研究

采用冲击压缩法(SCM)合成的多晶体金刚石磨粒,设计了磨削光学玻璃的实验装置.实验结果表明,采用该方法磨削光学玻璃,与单晶体金刚石磨粒磨削光学玻璃相比,采用多晶金刚石磨粒加工光学玻璃能得到良好的加工表面.     

用多晶体金刚石磨轮磨削光学玻璃的研究

采用冲击压缩法（SCM）合成的多晶体金刚石磨粒，设计了磨削光学玻璃的实验装置。实验结果表明，采用该方法磨削光学玻璃，与单晶体金刚石磨粒磨削光学玻璃相比，采用多晶金刚石磨粒加工光学玻璃能得到良好的加工表面。     

表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究

目前工程陶瓷材料的加工方式主要依靠金刚石砂轮磨削,传统磨削加工中,碳化硅陶瓷本身的硬脆性导致加工过程易引入表面/亚表面损伤,且存在切削力大、砂轮磨损严重、材料去除率低等问题。针对上述难题,本文通过表面织构技术辅助碳化硅陶瓷磨削,采用毫秒脉冲激光在碳化硅陶瓷表面烧蚀特定且均匀分布的表面织构,深入研究激光表面织构参数对碳化硅陶瓷磨削性能的影响规律。结果表明：保持磨削加工参数及状态不变,当织构深度和宽度一定时,织构横向间距(织构面积)对磨削力的影响最大,横向间距越大,粗糙度值越大;与传统磨削加工相比,两种激光织构辅助磨削性能均有所提升,其中网格状织构表现更为优异。     

Precision cylindrical face grinding

The mathematical models and experimental validations of precision cylindrical face grinding using a narrow ring superabrasive wheel are presented. The high pressure seal in diesel engine fuel systems demands the μm-scale form tolerance specifications and has driven the development of precision face grinding using the superabrasive wheel. Two mathematical models were developed: one was applied to predict the convex or concave face profile and another was used to simulate the abrasive trajectories, which become the cross-hatch grinding marks on the ground face. Cylindrical face grinding experiments were conducted. Experimental measurements of face profile and abrasive trajectories were used to validate the theoretical results. For high-pressure sealing surfaces, the height of face profile and grinding trajectories were two critical characteristics for design and manufacturing. Two design tools, a linear approximate solution for the profile height and an atlas for grinding trajectories, were developed to assist the selection of process parameters for the machine setup.     

砂轮平衡及其在磨削工程中的应用

在机械制造领域,磨削加工以其不可替代的优势,通常作为机械零件的最后加工工序.但是,磨削加工过程中却时常出现振动,致使磨削振纹成为提高零件表面质量的主要障碍.为此,全面梳理了回转体不平衡、砂轮不平衡、磨削振动和砂轮平衡精度等相关内容;分析了砂轮平衡主要表征参数、砂轮不平衡影响因素和砂轮平衡测试技术等;最后,基于磨削工程应...     

普通磨床超精度磨削工艺及工艺参数选择

通过对超精度磨削机理的研究和分析，在ME1432B普通外圆万能磨床上．采用精、细修整砂轮．使砂轮上的同一颗粒等高微刃数增多的方法，达到磨削抛光作用，并对磨床导轨、砂轮主轴与轴瓦间隙进行修刮和调整，同时合理选择磨削工艺参数等方面达到超精磨削的目的。     

轴承零件磨削烧伤和磨削裂纹鉴别

分析磨削烧伤的基本特征,并通过显微组织和显微硬度的测定探讨磨削烧伤形成的机理,对四种不同鉴别磨削烧伤和磨削裂纹的方法进行研究。     

Experimental study of grinding fluids for abrasive-belt grinding of stainless steel

A number of ferritic stainless steels with high corrosion resistance have recently been developed, but these steels are known to be difficult to grind in coated abrasive-belt grinding operations. In order to formulate or select an optimum oil-based grinding fluid with which such stainless steels can be successfully ground, an optimum base oil was first experimentally selected, and then additives were evaluated for their effect in improving abrasive-belt grinding performance. A paraffinic mineral oil having a certain viscosity was found to be suitable for the base oil. Chemical grinding oil additives were found markedly effective in improving the abrasive-belt grinding performance for both 19Cr-2Mo ferritic stainless steel and SUS 304 austenitic steel, with those containing sulphur or chlorine being superior to those containing phosphorus, fatty acid or alcohol. Among all the additives tested, chemically active oils, such as sulphurized mineral oil, exhibited the best performance. Effects of chlorinated paraffins on the grinding performance could be perceived but were not so great as those of sulphur-series additives. The addition of TCP (tricresyl phosphate) to the grinding oil containing sulphur reduced metal removal in the case of 18Cr-2Mo ferritic stainless steel (SUS 444). In the case of SUS 430 ferritic stainless steel, however, TCP increased metal removal for a comparatively low sulphur concentration, but, above an optimum concentration of 0.4 wt% S, metal removal was reduced by TCP addition. A comparison of sulphur-series additives added to a sulphurized paraffinic mineral oil showed that nonyl polysulphide was superior to any other additives for improving the grinding performance in 19Cr-2Mo steel (SUS 444) and SUS 430. Excess addition of sulphurized fatty oil to a grinding fluid lowered the cutting ability of abrasive grains.     

套圈平面磨削方式的分析及应用

通过对几种套圈平面磨削方式的分析，阐述了各自的特点，并根据其特点提出了具体的应用办法。     

砂轮位置对成形磨齿齿廓偏差的补偿

为提高成形磨齿加工的精度,提出一种通过调整砂轮位置实现齿廓偏差补偿的方法.应用包络理论,建立已知砂轮轴向廓形和砂轮位置误差计算齿轮端面廓形的数学模型.通过数值研究发现,齿廓倾斜偏差与砂轮径向位置误差和切向位置误差成正比例关系而且满足叠加原理.应用这些规律,依据测量的齿廓偏差可以方便地计算出砂轮位置调整量.试验结果表明,该方法可以将齿廓倾斜偏差由7级精度(ISO1328-1:1997)提高到2级精度.     

45钢高效深磨磨削力的实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90～210m/s的磨削条件下,对45钢进行了高效深磨实验.分析了不同工况对磨削力的影响.实验表明,在高效深磨过程中,提高砂轮线速度使磨削力减小,工件表面粗糙度值下降;增加磨削深度使磨削力上升、比磨削能下降、提高磨削效率,也能保证工件表面质量.     

Investigation on grinding temperature in ultrasonic vibration-assisted grinding of zirconia ceramics

The feasibility of ultrasonic vibration-assisted grinding (UVAG) in machining brittle materials, such as zirconia ceramics, has been preliminarily proved. The high temperature generated in grinding processes is a main factor responsible for thermal and surface/subsurface damage. However, there are few reports about grinding temperature for zirconia ceramics by UVAG. In this study, a grinding force model is used for the analysis of grinding temperature in UVAG based on kinematic principle of ultrasonic vibration and brittle material fracture removal mechanism. Then, the heat fluxes equation during grinding process is analyzed. And the grinding temperature model is developed based on theoretical grinding force model and heat fluxes. Finally, pilot experiments are carried out to analyze influence of vibration parameters and process parameters on UVAG temperature and verify the mathematical model. The comparison results show that ultrasonic vibration has an important influence on grinding temperature with the reduction of 10.6%. In addition, there is a good consistency between mathematical model and the experimental results. The average relative error is within 10%. Therefore, the mathematical model could be used to predict the UVAG temperature.     

21NiCrMo5H齿轮钢超声磨削力建模研究

磨削力的建模研究是认识超声磨削机理的重要基础。在超声磨削单颗磨粒运动特性分析基础上,基于工件上被切削掉的磨屑体积应等于砂轮磨削去除的体积的原则,推导出超声磨削平均未变形磨屑厚度公式,得到切屑变形力模型;考虑超声振动对摩擦因数的影响,建立磨粒与工件摩擦力模型。综合切屑变形力模型、摩擦力模型,推导出超声辅助磨削下的磨削力模型,进行21NiCrMo5H齿轮钢材料渗碳淬火后超声磨削试验研究,确定磨削力模型中相关材料系数,得到超声磨削力模型。与现有文献的计算模型相比较,给出的超声磨削力模型与磨削试验测量结果具有更好的一致性,并对超声磨削机理提出了新的认识,为后续研究提供更多的参考与基础。