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。     

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。     

微晶玻璃超精密磨削的表面/亚表面损伤及其材料去除机理研究

针对微晶玻璃超精密磨削加工不可避免的表面/亚表面损伤问题,通过微晶玻璃磨削试验研究500#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削微晶玻璃的表面形貌、表面/亚表面损伤特征及其材料去除机理,揭示微晶玻璃脆性域磨削和塑性域磨削的表面/亚表面损伤特征,提出依次采用500#金刚石砂轮粗磨和5 000#金刚石砂轮精磨的微晶玻璃高效低损伤磨削工艺。结果表明,500#和1 500#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,5 000#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削微晶玻璃的表面损伤形式为凹坑、微裂纹、深划痕,亚表面损伤形式为微裂纹;塑性域磨削微晶玻璃的表面损伤形式为微磨痕,亚表面损伤形式为靠近磨削表面的材料的塑性流动。     

金刚石纤维砂轮的制备及磨削表面质量研究

提出和制备一种新型结构的金刚石纤维砂轮。利用粉末注射成形技术和真空钎焊技术制备出长径比大、金刚石把持力大的金刚石纤维,通过在砂轮胎体材料中添加造孔剂引入多孔隙结构以提高容屑空间,将金刚石纤维在砂轮胎体材料中进行有序排布,对砂轮胎体材料进行热压成形制备出新型金刚石纤维砂轮。新型金刚石纤维砂轮制备后,开展其与普通树脂结合剂金刚石砂轮在相同试验条件下的磨削表面质量研究。试验结果表明:金刚石纤维砂轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂砂轮,加工表面完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;当进给速度为40 mm/s,磨削深度为40μm时,金刚石纤维砂轮磨削表面粗糙度为0.52μm,比普通树脂结合剂砂轮的磨削表面粗糙度降低了20%;相同试验条件下,新型金刚石纤维砂轮的磨削表面残余应力下降了8%~12%,金刚石在磨削过程中主要经历了完整、小块破碎、大块破碎、磨耗等正常磨损形式,其具有较长的使用寿命。     

不同结构化金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷的试验研究

与传统磨削技术相比,激光结构化金刚石砂轮能有效降低磨削力和磨削温度.但目前结构化砂轮技术仍存在磨粒磨损与沟槽边缘磨损严重的问题.针对此问题,借鉴斜截面技术,通过脉冲激光在金刚石砂轮表面烧蚀,制备出直角沟槽金刚石砂轮和梯形沟槽金刚石砂轮,进而进行普通砂轮与两种结构化砂轮的对比磨削试验.结果表明:磨削力会随磨削深度的增大而...     

树脂结合剂金刚石砂轮在磨削高级陶瓷中的行为

报导了磨削陶瓷材料时金刚石砂轮平面切向磨削过程的研究结果,着重讨论了金刚石砂轮的磨损机理和陶瓷材料的磨削过程。     

石英玻璃超精密磨削加工的表面完整性研究

为了实现石英玻璃的高效低损伤超精密磨削加工,研究不同粒度金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面和亚表面质量,建立表面粗糙度与亚表面损伤深度之间的关系模型。通过石英玻璃磨削试验研究400#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面微观形貌、表面粗糙度及其亚表面损伤深度,分析相应的材料去除方式;基于压痕断裂力学理论分析脆性域磨削石英玻璃时工件表面微观形貌和亚表面微裂纹的形成机理,建立表面粗糙度PV值和亚表面损伤深度SSD之间的定量关系。研究结果表明:随着砂轮粒度的减小,石英玻璃磨削表面的凹坑、微裂纹、深划痕等缺陷逐渐减少,表面粗糙度Ra和PV以及亚表面损伤深度SSD均随之明显减小,从400#砂轮磨削表面的R_a 274.0 nm、PV 5.35μm和SSD 5.73μm降低至5 000#砂轮磨削表面的Ra 1.4 nm、PV 0.02μm和SSD 0.004μm。500#和1 500#砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,但以塑性流动去除为主,5 000#砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削石英玻璃的表面粗糙度PV与亚表面损伤深度SSD之间满足SSD=(0.627～1.356) PV~(4/3)的数学关系。     

金刚石砂轮磨削性能退化评估

为了提取高精度磨削干涉中的声发射信号特征,实现砂轮磨削性能退化评估,针对熔石英开展全寿命周期金刚石砂轮磨削实验,基于小波包分析确定砂轮磨损敏感频段为低频段,然后计算声发射信号在低频段的归一化能量占比,再利用主成分分析对能量占比进行特征降维获得单值特征,利用该单值特征绘制砂轮磨削性能退化曲线。研究结果表明,监测特征能够清晰反映砂轮初期磨损、正常磨损和过度磨损三个阶段,且监测结果不受加工参数影响;砂轮磨削材料破裂尺度与声发射频率具有一定关系,伴随砂轮磨损的加剧,较大尺度破裂的比例上升,造成65kHz以下低频段特征的能量占比增大,监测特征显著增加,磨粒崩碎产生新的切削刃,砂轮的去除能力有所改善,监测特征数值回落,但是,不同样本的声发信号频谱差异性显著增加,说明砂轮加工状态不稳定,不利于精密与超精密加工中维持稳定质量的要求。砂轮形貌图像的白像素占比变化曲线验证了声发射特征对砂轮磨损状态判断的正确性。     

树脂结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石的磨损过程研究

为了研制用于蓝宝石减薄磨削的高性能树脂结合剂金刚石砂轮,对蓝宝石磨削过程中金刚石磨粒的动态变化及蓝宝石加工表面粗糙度进行研究。动态监测树脂结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石基片的表面质量、砂轮磨损及其磨损形式、砂轮不同磨损阶段的磨损形式变化及蓝宝石表面粗糙度Ra的变化。结果表明,砂轮初期磨损阶段磨粒破碎较为明显,后期磨损阶段磨粒脱落、黏附磨损占比较大达到45%,砂轮稳定的损耗速率为0.027 3 mm~3/s,磨耗比为17.37,蓝宝石最低粗糙度可以达到Ra0.260μm。为树脂结合剂砂轮制备的优化及蓝宝石背面减薄的磨削工艺优化提供了依据。     

难加工材料磨削方法的选择

硬质合金和钢一起磨削大多是用酚醛树脂结合剂金刚石砂轮来实现的,这时砂轮很快会腻塞。为了消除金刚石砂轮的腻塞,减少其磨损,提高磨削生产率和保持规定的加工表面质量,采用了电物理一化学加工方法。为了对难加工材料的上述加工方法作出评     

聚晶金刚石复合片磨削力研究

聚晶金刚石复合片有高硬度和良好的韧性,是理想的刀具材料.采用金刚石砂轮对聚晶金刚石(PCD)复合片材料的聚晶金刚石层进行了磨削试验,研究了磨削工艺参数和砂轮特性对磨削力的影响.     

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.     

多颗粒金刚石小砂轮的耗损规律研究

多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削能实现工程陶瓷等硬脆材料的高效加工,横向裂纹和中位裂纹的扩展均产生材料的去除.通过对多颗粒金刚石小砂轮结构和实验方案设计,能更好地研究端面边缘金刚石对陶瓷加工过程的影响及金刚石的磨损规律.还利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法来实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来研究金刚石颗粒的耗损规律,实验结果证明:磨粒顶锥角越大,金刚石磨粒磨削行程越长;材料磨削深度与进给速度两加工参数越大,磨削力和磨削温度越高,金刚石颗粒磨削行程越短.     

快速点磨削侧边接触层模型及CBN砂轮磨损特性

根据点磨削原理和技术特征,讨论薄层CBN砂轮侧边实际接触区在材料去除过程中的作用,建立快速点磨削侧边接触区几何模型,对侧边接触区工件等效直径、几何与动态接触弧长、单颗磨粒切削深度、平均切屑断面积等接触层参数进行数学建模与解析。结合快速点磨削加工试验研究结果,分析侧边接触层参数对快速点磨削过程的影响机理及薄层CBN点磨削砂轮的磨损特征及规律。结果表明,点磨削过程中材料的去除主要是在侧边接触区内完成,薄层CBN点磨削砂轮的最大磨损速率发生在砂轮侧边最大直径处。     

金刚石砂轮磨损颗粒自砺条件的研究

从金刚石砂轮在磨削过程中，磨损颗粒脱落时结合剂桥破坏面的强度极限与磨削力的关系出发，推导了金刚石砂轮磨损颗粒脱落的自砺条件公式，并分析研究了金刚石砂轮磨损颗粒脱落的自砺条件因素。根据磨削不同的工件材料及所要求的磨削用量，自砺条件公式为生产具备良好自砺性能的金刚石砂轮提供理论依据。     

陶瓷轴向磨削加工实验分析及砂轮磨损研究

轴向磨削加工是以金刚石小砂轮的端部磨粒作为主切削刃来去除材料,用圆周部分内圆或外圆表面磨粒作为副切削刃对已加工圆柱面进行修磨的一种磨削加工技术。从轴向对工程陶瓷进行外圆或内孔加工时,一次切削的径向磨削深度(即背吃刀量)与进给速度分别可达5～10mm和200mm/min以上,实现了工程陶瓷外圆的高效低成本加工。利用该方法对陶瓷材料制成的发动机精密偶件出油阀套筒进行内孔加工,通过单因素试验,分析了不同参数组合下的砂轮磨损情况及各参数对砂轮磨损的影响,试验表明:砂轮磨损程度随磨削深度的增加而呈非线性增加;为使砂轮磨损最小化,主轴转速和工件转速应匹配,即二者的比值应控制在一定的范围内。     

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。     

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

钎焊砂轮磨削氧化锆陶瓷的实验研究

为了解决磨削过程中砂轮因磨损钝化而频繁修整,从而使磨削效率降低的问题,采用了一种磨粒高出露的钎焊砂轮。自制了粗粒度钎焊金刚石砂轮,砂轮制成后对其进行了预修整,减小了砂轮表面磨粒出露高度的不平度,然后对氧化锆材料进行了磨削实验,在磨削实验的过程中无需对砂轮进行再修整,砂轮磨削性能稳定。实验证明,这种砂轮磨削质量可靠,达到了较理想的磨削效果。     

硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能

针对传统金刚石砂轮磨削硅片存在的表面/亚表面损伤问题,研制了一种用于硅片化学机械磨削加工的新型常温固化结合剂软磨料砂轮。根据化学机械磨削加工原理和单晶硅的材料特性,设计的软磨料砂轮以氧化铈为磨料,二氧化硅为添加剂,氯氧镁为结合剂。研究了软磨料砂轮的制备工艺,分析了软磨料砂轮的微观组织结构和成分。通过测量加工硅片的表面粗糙度、表面微观形貌和表面/亚表面损伤,进一步研究了软磨料砂轮的磨削性能。最后,与同粒度金刚石砂轮磨削和化学机械抛光(CMP)加工的硅片进行了对比分析。结果表明,采用软磨料砂轮磨削的硅片其表面粗糙度Ra1nm,亚表面损伤仅为深度30nm的非晶层,远好于金刚石砂轮磨削硅片,接近于CMP的加工水平,实现了硅片的低损伤磨削加工。