Al2O3/ZrO2(n)陶瓷二维超声振动磨削表面特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷的"晶内型"微观结构,进行了二维超声振动磨削与普通磨削对比试验研究。应用AFM重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面特征。AFM轮廓特征分析表明:同样磨削条件下,二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面,二维超声振动磨削更易于实现塑性域磨削,可提高陶瓷磨削表面质量。     

Al2O3/ZrO2（n）陶浇二维超声振动磨削表面特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2（n）微-纳米复合陶瓷的“晶内型”微观结构,进行了二维超声振动磨削与普通磨削对比试验研究。应用AFM重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面特征。AFM轮廓特征分析表明：同样磨削条件下,二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面,二维超声振动磨削更易于实现塑性域磨削,可提高陶瓷磨削表面质量。     

单晶硅二维超声振动辅助磨削技术的实现

基于超声振动磨削能有效提高加工效率及加工表面质量的特性,通过设计具有伸缩和弯曲两种模态的压电陶瓷椭圆振子,实现了单晶硅二维椭圆振动磨削技术。对超声振子的振动特性进行检测,证实改变压电陶瓷两电极之间的交流信号相位差和电压幅值,可得到不同形状和振幅的椭圆振动。对单晶硅进行超声磨削与普通磨削的对比试验,结果表明二维振动磨削的磨削力大幅降低,表面粗糙度显著减小,表面质量明显提高,加工表面延性域去除比例增加。从而证实二维超声振动磨削方法能够实现高效率高质量单晶硅加工。     

磨削用量对超声辅助磨削碳化硅效果的影响

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。在超声振动方向垂直于加工表面的条件下,采用金刚石杯形砂轮对碳化硅陶瓷进行超声辅助磨削与普通磨削试验。对两种方法的磨削力、力比及加工表面粗糙度进行了对比分析,并讨论了磨削用量变化对两种方法在上述指标中差异程度的影响。结果表明,与普通磨削相比,超声辅助磨削可显著降低磨削力,但一定程度上将导致加工表面质量变差。随着磨削用量的增大,超声辅助磨削与普通磨削之间的差异逐渐减弱,超声辅助磨削效果逐渐消失。     

纳米ZrO_2陶瓷二维超声磨削温度实验研究

磨削参数的选择对工件表层磨削温度有着重要影响。本文采用人工热电偶法,通过普通磨削和二维超声振动磨削的对比实验,重点分析了对纳米ZrO2陶瓷平面磨削温度影响最大的磨削参数——磨削深度的影响。实验表明当磨削深度超过临界磨削深度时,陶瓷材料的被去除机理将由塑性去除转变为脆性去除破坏,磨削温度也显著升高。此外,本文还从粒径角度对纳米ZrO2陶瓷材料的磨削温度进行了实验研究和分析。     

氧化锆陶瓷超声辅助磨削材料去除机理试验研究

为研究超声振动作用对先进陶瓷磨削材料去除机理的影响,文章在超声振动方向垂直于磨削表面条件下,采用钎焊磨头对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削（ultrasonic assisted grinding,UAG）试验。基于磨削表面微观形貌、磨削力和磨削比能分析,对变磨削深度条件下普通磨削（conventional grinding,CG）与超声辅助磨削的材料去除机理进行了对比。结果表明：当磨削深度低于10μm时,两种方法对应的表面材料去除机理均以塑性去除为主,且普通磨削表面伴有片层状破碎,而超声辅助磨削表面则存在尺寸细小的纹路状微破碎,同时磨削力与磨削比能也较低。当磨削深度超过10μm后,材料去除机理均转变为脆性断裂模式,且加工表面出现微裂纹,但相同条件下超声辅助磨削表面微裂纹尺寸较小。     

二维超声磨削纳米氧化锆陶瓷的磨削力特性研究

对纳米氧化锆陶瓷在二维超声磨削条件下的磨削力进行了理论分析与实验研究,并与相同磨削参数下的普通磨削方式的磨削力进行了比较和分析。研究表明:与普通磨削相比,二维超声磨削可获得椭螺线式的加工轨迹,大大减小了平均磨削力,扩大了纳米陶瓷的塑性加工域,表面质量得到明显的改善。     

超声振动磨削氧化锆陶瓷表面损伤模型的实验研究

以压痕断裂力学模型和硬脆材料去除机理为理论基础,对氧化锆陶瓷的表面损伤进行研究,结合砂轮特征及磨削力公式建立了普通磨削和超声振动磨削的横向裂纹和表面破碎率模型,并对实验所得材料表面进行图像处理。结果表明：横向裂纹和表面破碎率随着磨削深度增大而增大,与普通磨削相比,超声振动磨削降低了45%裂纹长度,降低了23%表面破碎率,具有更完整的表面形貌特征。     

石英玻璃的热辅助高效塑性域干磨削

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率,提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理,通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削,利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能,实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明,随着磨削深度的增加,Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5μm,大于粗磨表面的裂纹深度时,获得了Ra值为0.07μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理,结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时,砂轮以磨耗磨损为主,该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。     

碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。     

工件横向施振超声振动磨削力特性试验研究

基于冲量理论和振动加工理论,采用叠加原理建立了工件横向施振超声振动磨削力数学模型。从理论上解释了工件横向施振超声振动磨削力低于普通磨削力的原因,并进行了超声振动与普通磨削力对比试验研究。结果表明:超声振动磨削力比普通磨削力减小20%~30%,磨削力的大小随工作台进给速度的提高而减少,磨削深度的增加而增大,当达到某一临界切深时,磨削力急剧下降。磨削力可做为评价陶瓷材料脆延转变的一个重要参数。     

一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。     

TC4钛合金纵扭超声磨削力热耦合模型及其试验研究

为探究TC4钛合金纵扭超声磨削过程中的力热耦合机理,基于TC4钛合金纵扭超声磨削的磨削力模型、工件表面平均温度模型、质量热容计算表达式建立了其力热耦合模型,并对力热耦合作用下TC4钛合金纵扭超声单颗磨粒去除过程进行有限元仿真,分析磨削力、磨削温度的相互影响特性。理论与仿真研究发现,磨削区剧烈的温升会降低钛合金抵抗塑性变形的能力,抑制磨削力的增长速率。最后通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验进行验证,结果表明,纵扭超声的引入能明显降低磨削力和磨削温度,磨削力和磨削温度的降低幅度分别达到19.39%和12.41%;磨削温度随着磨削深度、砂轮转速和工件进给速度的增大而升高,且随着磨削温度的升高磨削力增长趋势变缓;磨削力和磨削热的减小使工件表面塑性变形和犁沟两侧的塑性隆起高度减小;与普通CBN磨削相比,纵扭超声的引入对表面粗糙度的降低幅度可达到31.21%,在一定范围内增大超声振幅能显著提高加工表面的质量。     

蓝宝石不同晶面轴向超声振动辅助磨削特性研究

选取蓝宝石的A面、C面、M面及R面开展轴向超声振动辅助磨削试验,并从磨削力、比磨削能、表面粗糙度及表面形貌等角度对比蓝宝石四个晶面超声振动辅助磨削效果的差异。施加超声振动辅助磨削时,蓝宝石四个晶面的磨削力、比磨削能及表面粗糙度相对未施加超声振动时均有所减小,且工件表面损伤裂纹较小,表面质量更好;蓝宝石不同晶面在施加超声振动时的磨削力、比磨削能和表面粗糙度的减小比例不同,C面的减小比例最小,M面和A面的减小比例较大,R面的减小比例最大;超声振动辅助磨削蓝宝石四个晶面时,R面的改善效果最好,其次是M面和A面,C面的改善效果较差,这反映工件材料的脆性越大,超声辅助磨削对加工质量的改善效果越明显。     

光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究

利用超精密磨床磨削加工6种典型的光学玻璃,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值,然后对脆性材料作了大量磨削实验,实验结果表明,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式,断裂与塑性模式、塑性模式,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小,砂轮的进给量及玻璃的材料有关,当光学玻璃在塑性模式磨削时,其表面层不会产生任何裂纹缺陷,利用超精密磨床进行磨削加工,获得的表面粗糙度Ra低于5nm。     

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明：WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。     

超声ELID复合内圆磨削时电参数对氧化膜的影响

通过Labview对试验中电压电流的测试,用VHX-2000超景深显微镜对氧化膜进行观测,分析了超声ELID复合磨削电参数与砂轮表面氧化膜之间的关系。研究结果表明,电参数的选择决定了砂轮结合剂发生电解反应溶解去除的速度以及砂轮表面生成氧化膜的厚度,进而影响砂轮的磨削性能和工件的磨削质量。     

在线电解修整磨削与化学机械抛光相结合的蓝宝石基片组合加工技术

通过分析ELID磨削和CMP抛光两种加工技术的原理和特点,充分结合两种技术的优点,对蓝宝石基片进行超光滑纳米级精度的组合加工。从理论上分析和计算了蓝宝石的临界切削深度,以及在不同粒度砂轮下的脆性和延性磨削方式;采用不同粒度的砂轮对蓝宝石基片进行超精密ELID磨削实验,快速地获得高质量的加工表面,同时采用磁流变斑点法对加工面的亚表面损伤进行测量;利用CMP抛光技术对磨削加工后的表面进行光整,以减少磨削时产生的加工缺陷,使工件的表面质量得到进一步改善与提高,最终获得亚纳米级的表面粗糙度。     

光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤的试验研究

进行光学玻璃BK7超声振动辅助磨削试验,采用截面抛光法配合HF酸腐蚀法并通过扫描电子显微镜观测获得亚表面裂纹的最大深度,研究了主轴转速、磨削深度、进给速度和超声振动振幅对亚表面损伤裂纹最大深度的影响规律,分析了亚表面裂纹的几种形态及其成因。结果表明,随着主轴转速和超声振动振幅增大,磨削深度及进给速度减小,亚表面最大裂纹深度明显减小。超声振动的引入改善了磨削时的加工条件,对提高加工表面及亚表面的质量有一定帮助。     

椭圆振动修整超声磨削ＺrＯ２温度试验研究

采用椭圆超声振动辅助金刚石笔修整方法修整金属结合剂金刚石砂轮,考察声学系统参数及磨削参数对超声振动辅助磨削纳米氧化锆陶瓷过程中磨削温度的影响.试验结果表明,椭圆超声振动辅助修整的金刚石砂轮超声振动磨削中,磨削温度相对较低.相比其他修整参数,修整深度对磨削温度的影响较小.磨削参数中,磨削深度对磨削温度影响因子较大,砂轮速度影响较弱.此外,磨粒在切削过程中做超声振动,改变了切削条件及散热条件,弱化了砂轮表面地貌对磨削温度的影响,因此,不同修整方式的金刚石砂轮的磨削温度差别不大,两种修整方式下磨削温度下降的梯度大致相当.