超声辅助抛光过程中流体性能仿真分析

为探究超声辅助抛光过程中流体特性对抛光性能的影响,分析超声辅助对试件表面材料去除率的影响机理,分别对光滑及多孔抛光垫建立不同膜厚尺度下超声振动抛光过程的FLUENT仿真模型,分析不同变量对流体的压力分布、速度分布、气相分布等特性的影响规律.仿真结果表明:超声振动会使试件表面的流体剧烈变化,在横向产生高速流动;工具与研抛表面之间的液膜越薄,在试件表面产生的压力越大,流体横向流动越强,加工效率越高;抛光垫上的小孔会使液膜中的压力分布出现阶跃变化,产生更多有利于提高材料去除率的超声空化.     

混合润滑状态下齿轮接触刚度

为研究混合润滑状态下齿轮的接触刚度,提出了一种计算齿轮接触刚度的方法。首先计算出齿轮啮合过程中运动参数和受力情况,然后采用混合弹流润滑方法求解得到不同时刻粗糙齿面啮合处的膜厚与压力分布,将结果代入接触刚度计算式,得到不同时刻齿轮啮合的接触刚度。讨论了不同工况对齿轮啮合接触刚度的影响,并将光滑表面接触刚度与粗糙表面接触刚度进行了对比。结果表明:转速和载荷对接触刚度影响很大,速度越快,接触刚度越小;载荷越大,接触刚度越大。     

表面划痕对滚子副润滑状态的影响

基于试验中观察到的滚子表面划痕现象,采用数值方法研究了不同供油条件下,划痕对滚子副润滑性能的影响,并与已有试验进行了比较,讨论了划痕长度和深度的影响.结果表明,划痕会影响滚子副的油膜压力和厚度,使得划痕中心油膜压力减小,膜厚增加;同时,划痕边缘处油膜压力增大,膜厚减小.供油层厚度越小,即乏油程度越严重,划痕边缘处的油膜压力及其梯度越大,膜厚越小.划痕越长,划痕越深,划痕中心的油膜压力越低,而膜厚越大.因此,划痕虽增大了滚子副划痕中心的膜厚,降低其压力,但同时增大了划痕附近的压力,减小了膜厚,在乏油条件下尤其如此,因此,划痕会加速滚子副的局部磨损.     

冷却管内气液界面流动特性数值模拟研究

采用数值模拟的方法,并应用VOF多相流模型,对管内液膜的速度分布特性、管内动压力分布特性进行了分析,探讨了气液两相速度差与气液两相湍动能大小的关系及不同液膜入口厚度下的液膜流型。结果表明:液膜平均速度在轴向位置先增大,后趋于稳定;液体入口流量对液膜轴向速度分布影响显著;液膜沿管径方向速度梯度较大;管内动压力受液体入口速度的影响明显;气液两相速度差越大,湍动能越大;液膜入口厚度越厚,液膜越稳定。     

螺旋桨尾流场的数值分析

为了研究螺旋桨尾流场的分布规律,用数值方法计算了螺旋桨的扰动速度.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的控制方程.在数值计算过程中,采用了湍流模型和SIMPLEC算法,分析了螺旋桨的推力、扭矩以及表面压力分布情况.对螺旋桨的尾流场进行了数值计算,给出了在不同进速时螺旋桨诱导的径向、周向以及轴向诱导速度.分析了螺旋桨诱导速度的分布规律及其和进速系数之间的关系.从计算结果可以看出,进速系数越大,螺旋桨自身形状对其诱导流场的影响越大;进速系数越小,螺旋桨转速对其诱导速度影响越大.     

基于多物理耦合场的固液两相磨粒流伺服阀阀芯喷嘴抛光研究

伺服阀阀芯喷嘴是伺服控制系统中的重要零部件,尤其是喷嘴小孔的表面质量会直接影响到整个伺服控制系统的进程,因此阀芯喷嘴要求很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。为探讨磨粒流抛光伺服阀阀芯喷嘴的抛光效果,对磨粒流抛光阀芯喷嘴的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同入口速度条件下阀芯喷嘴内磨粒流的动态压力、速度以及湍流动能的分布状况,研究分析了磨粒流抛光阀芯喷嘴的有效性,并对阀芯喷嘴的磨粒流抛光效果进行了预测。     

GMR硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺.采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌.通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除.划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变.进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁头材料去除率模型,并可预测表面粗糙度,与实验结果基本相吻合.据此可以优化工艺,在获得最佳表面质量的同时,获得高的去除率,兼顾效率与品质的因素.     

挡土墙后EPS板减压性能模型试验研究

在刚性挡土墙后设置柔性垫层能有效减小墙背土压力。聚苯乙烯土工泡沫（EPS）是一种常见的柔性材料,具有受力易压缩的特性。通过开展室内挡土墙模型箱试验,对铺设不同弹性模量以及不同厚度的EPS板的各工况下墙背土压力分布规律进行了研究,详细分析了弹性模量和厚度对EPS板在不同填土表面荷载作用下的减压性能的影响;并通过FLAC^3D建立有限差分数值模型,对不同压缩量情况下土压力分布规律进行了分析。研究结果表明：EPS板能有效地减小挡土墙墙后土压力;EPS板的弹性模量越小、厚度越大、墙后填土表面的外荷载越大,EPS板的减压效果越明显;EPS板厚增加到一定程度后,EPS板的减压效果不会再有明显提升,EPS板厚达到0.1倍墙高即可获得最佳减压效果。     

固液两相磨粒流研抛变口径管的数值模拟研究

为了探讨磨粒流对变口径类零件的抛光效果的影响,以变口径管零件为研究对象,选用固液两相磨粒流,对磨粒流抛光变口径管零件的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同磨料浓度和不同入口压力条件下,变口径管零件内磨粒流的静态压力、动态压力、速度、湍流强度、湍流动能、湍流粘度的分布情况。通过对比分析,研究分析了磨粒流抛光变口径管零件的有效性,可为促进磨粒流超精密加工技术的不断改善提供理论依据,使工件疲劳强度得到改善,增强工件的可靠性,延长工件的使用寿命。     

硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺。采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌。通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除。划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变。进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁     

Preparation of Non-spherical Colloidal Silica Nanoparticle and Its Application on Chemical Mechanical Polishing of Sapphire

Non-spherical colloidal silica nanoparticle was prepared by a simple new method, and its particle size distribution and shape morphology were characterized by dynamic light scattering(DLS) and the Focus Ion Beam(FIB) system. This kind of novel colloidal silica particles can be well used in chemical mechanical polishing(CMP) of sapphire wafer surface. And the polishing test proves that non-spherical colloidal silica slurry shows much higher material removal rate(MRR) with higher coefficient of friction(COF) when compared to traditional large spherical colloidal silica slurry with particle size 80 nm by DLS. Besides, sapphire wafer polished by non-spherical abrasive also has a good surface roughness of 0.460 6 nm. Therefore, non-spherical colloidal silica has shown great potential in the CMP field because of its higher MRR and better surface roughness.     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

不锈钢振动辅助力流变抛光

为进一步提高力流变抛光效率与抛光质量,提出振动辅助力流变抛光方法。对不锈钢振动辅助力流变抛光加工过程中,工件材料去除过程及不同工艺参数对抛光特性影响进行研究。基于振动辅助力流变抛光原理及试验,以材料去除率和表面粗糙度为评价条件,分析了抛光速度、振动频率和振幅3个关键参数对抛光影响规律。基于田口法设计试验,采用信噪比评估试验结果并得出优化的工艺参数,通过方差分析法得出各因素的权重。结果表明：抛光速度对材料去除率影响最大,振幅次之,振动频率影响最小;抛光速度对表面粗糙度影响最大,振动频率次之,振幅影响最小。在优选的抛光参数组合下,抛光速度40 r·min^-1、振幅0.35 mm、振动频率80 Hz,加工30 min后工件表面粗糙度由(80±10) nm下降至(7.1±0.9) nm,其材料去除率达到68 nm·min^-1。受振动的抛光液中粒子间发生相对相位差并形成一定的剪切速率,使抛光液产生流变效应并把持游离磨粒。在相对运动作用下对工件表面施加压力及剪切力,以塑性去除方式实现不锈钢材料去除。利用所提方法,在优化工艺参数下可有效去除不锈钢表面划痕,...     

Determination of efficient superfinishing conditions for mirror surface finishing of titanium

To determine mirror surface finishing conditions and efficient and economical superfinishing conditions for pure titanium and titanium alloys, an abrasive film is used when superfinishing is performed under varying conditions. These conditions include the workpiece rotation speed, the oscillation speed, the contact pressure of the roller, the hardness of the roller, and the type of abrasive film. The superfinishing device is applied to polishing a thin and long cylindrical bar. A micro-finishing film and a lapping film were used as abrasive films. Al₂O₃ grains or SiC grains were used as abrasives. The surface roughness of a polished workpiece was measured using a stylus-type surface-roughness measuring instrument. As a result, the conditions to improve the polishing surface efficiently include high values for the workpiece rotation speed, oscillation speed and contact pressure. The roller hardness has no effect on the efficient polishing conditions. The mirror finish of a surface can be created using lapping film of 3 μm with Al₂O₃ grains after polishing to a steady surface roughness under the efficient polishing conditions.     

Clarification of abrasive jet precision finishing with wheel as restraint mechanisms and experimental verification

According to the critical size ratio for the characteristic particle size to film thickness between grinding wheel and work, the machining mechanisms in abrasive jet precision finishing with grinding wheel as restraint can be categorized into four states, namely, two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet machining and fluid hydrodynamic shear stress machining. The critical transition condition of two-body lapping to three-body polishing was analyzed. The single abrasive material removal models of two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet finishing and fluid hydrodynamic shear stress machining were proposed. Experiments were performed in the refited plane grinding machine for theoretical modes verification. It was found that experimental results agreed with academic modes and the modes validity was verified.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

Probing particle removal in brush scrubber cleaning with fluorescence technique

Brush scrubber cleaning is widely used for post chemical mechanical polishing(CMP)cleaning in semiconductor manufacturing.In this study,an experimental system based on fluorescence technique and particle-tracking velocimetry(PTV)technique was employed to characterize the particle removal displacement and velocity in the interface between a transparent copper film and a porous polyvinyl alcohol(PVA)brush during the cleaning process.Several different cleaning conditions including rotation speeds,loading pressure and cleaning agent were examined and the particle removal rate was compared.Elastic and friction removal,hydrodynamic removal and mixed-type removal are the three types of particle removal.Particles with an arc trace and uniform velocity curves were removed by friction and elastic force which were related to the brush load.Particles with a random trace and fluctuant velocity curves were removed by hydrodynamic force which was determined by the brush rotation speed.The increase of particle removal rate(PRR)with brush rotation speed is a logistic function.It is easier to improve PRR by increasing the brush load or by adding surfactant than by increasing the brush rotation speed.     

使用反应分子动力学模拟碳化硅的原子去除机理

为了分析羟基自由基水溶液中金刚石抛光碳化硅过程中材料原子级别的去除机理,采用反应分子动力学对抛光过程进行了模拟.结果表明:羟基自由基和水分子吸附在碳化硅表面,浸入到碳化硅表面并与Si原子和C原子成键,实现碳化硅基体的氧化;在磨粒机械作用下,工件的Si原子主要以SiO、SiO₂或Si链的形式去除,C原子主要以CO、CO₂形式去除;抛光压力越大,工件表面吸附的原子数越多,工件去除的原子越多;抛光速度过大,基体与溶液反应时间缩短,导致工件原子去除量小,表明从工件上去除原子是化学反应和机械作用的结果.