磁流变效应微磨头抛光特性研究

为研究磁流变效应微磨头对玻璃等硬脆材料的抛光性能、考察Fe3O4基电磁流变液的抛光特性,在对微磨头基体的锥台端部的磁感应强度进行仿真分析的基础上,利用Fe3O4基磁流变液添加平均粒度7μm的金刚石微粉对玻璃材料进行了抛光加工实验。实验研究了磁流变效应微磨头抛光玻璃工件时加工间隙、磁感应强度对材料去除的影响,考察了工件表面抛光截面的形状特征。结果显示磁流变效应微磨头定点抛光的加工痕迹呈近似“U”形,工件表面的材料去除主要取决于微磨头与工件表面的研磨压力和磨粒的自我更新能力,材料去除量随着电磁感应器励磁电压的增大而呈线性增大,而随加工间隙的增大呈线性减小。     

金刚石磨粒在石墨烯润滑下三体抛光单晶硅的分子动力学研究

为了提高单晶Si材料在抛光时表面和亚表面完整性的目标。该研究中,使用分子动力学(MD)模拟金刚石磨粒在石墨烯润滑下三体抛光单晶Si的机械抛光方法。在相同的加工参数下调整抛光速度将结果进行比较。研究了纳米抛光过程中抛光力,原子位移,配位数,温度,势能,摩擦系数的数值发展和抛光表面形貌变化。分析表明,较大的抛光速度明显导致较高的温度和较高的势能。然而,较小的抛光速度并不会导致更少的缺陷原子和Bct5-SI/SI-II类型原子,以及较低的材料去除效率。最后,石墨烯润滑的三体抛光单晶硅可以很好的改善表面质量,减小材料的去除效率。     

基于微元材料去除模型的单摆抛光平面度预测

为探究单摆参数对抛光工件平面度的影响,提出一种基于速度和压强分布耦合的抛光微元材料去除模型,以预测工件表面平面度。从单颗磨粒的材料去除出发,建立工件表面各微元单位时间内材料去除厚度模型,并将工件相对抛光垫速度和工件表面压强分布耦合代入模型;根据工件初始面形提取微元高度值,结合各微元材料去除的厚度,计算抛光后的工件表面平面度;试验验证平面度预测方法。结果表明：仿真与实际抛光后的面形的变化趋势相同,平面度PV₂₀值绝对偏差小于12.0%,平面度预测可靠。     

超声复合磨料振动抛光方法有限元分析与实验

为研究超声复合磨料振动抛光方法对工件表面材料去除量与工件表面粗糙度的影响,分析了超声复合磨料振动抛光方法;并利用ANSYS Workbench软件分别分析了超声振动条件下和超声复合磨料振动条件下工件表面结构与应力变化情况,同时在超声复合磨料振动条件下通过实验验证超声复合磨料振动抛光技术对工件表面材料去除量与工件表面粗糙度的影响程度。结果表明:超声复合磨料振动条件下工件表面位移小于超声振动条件下的工件表面位移,超声复合磨料振动条件下工件表面应力大于超声振动条件下的工件表面应力;在超声复合磨料振动条件下,影响工件表面粗糙度最显著的因素是磨料质量分数,影响工件表面材料去除量最显著的因素是抛光时间,且磨料质量分数为30%、抛光时间为4 h时,抛光效果最佳。     

85Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的表面抛光性能

以工业中广泛使用的85氧化铝陶瓷原料粉为原料,加入纳米碳化硅,通过控制无压埋烧制备了85Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,研究了其表面抛光行为,讨论了纳米碳化硅对复合陶瓷表面抛光性能的影响.结果表明,纳米复合陶瓷表现出显著优于基体材料的表面抛光响应,在同样的磨料尺寸下,复合陶瓷能够得到更好的表面抛光质量.SEM分析表明,纳米碳化硅的加入使材料的抛光去除机制发生了改变,由大范围的深层晶粒拔出变为小尺寸的浅层去除和塑性变形.     

SLM零件的磨粒流动辅助电化学复合抛光方法研究

针对增材制造金属零件表面质量较差的问题，提出一种磨粒流动辅助电化学复合抛光方法，在电解液中混入微小磨粒，使混合液在一定压力下流经工件表面，通过磨粒磨削和电化学溶解的复合作用改善工件表面质量。通过试验对比了纯磨粒磨削、纯电解加工和复合抛光的加工效果，分析了不同工艺参数对工件表面粗糙度和材料去除量的影响。试验结果表明：复合抛光方法能有效去除增材制造零件表面缺陷，改善其表面质量。通过选取合适的电压进行分阶段抛光，SLM工件的表面粗糙度由Ra8.162μm降至Ra1.226μm。     

双磨粒抛光单晶Si的分子动力学模拟

目的 通过分子动力学(MD)模拟,获得双金刚石磨粒抛光单晶Si的去除机理.方法 采用一种新的单晶硅三体磨粒抛光方法,测试双磨粒的抛光深度和横向/纵向间距对三体磨粒抛光的影响,从而获得相变、表面/亚表面损伤等情况,并获得抛光过程中温度及势能的变化情况.结果 对比抛光深度为1、3 nm时配位数的情况,发现抛光深度为1 nm时,抛光完成时相变的原子数是4319,而抛光深度为3 nm时,相变原子数为12516.随着磨粒在Si工件表面抛光深度的加深,抛光和磨蚀引起的相变原子和损伤原子的数目增加.仿真结果还表明,单晶Si相变原子的种类和数目随磨粒横向间距的增加而增加,随着纵向间距的增加反而减少.系统的初始温度设为298 K,抛光深度为1 nm时,抛光完成时的温度是456 K,而抛光深度为3 nm时,温度是733 K.抛光完成时,纵向组和横向组的温度仅相差30～40 K.在抛光深度、横向间距和纵向间距3个对照组中,抛光深度对亚表面损伤的影响最大.抛光深度为3 nm时,亚表面的损伤深度最大,从而导致更多的材料从单晶Si工件表面去除.结论 双磨粒的抛光深度和间距不仅对硅的表面微观结构产生影响,还对相变产生影响.模拟参数相同时,较大的抛光深度和横向间距下会产生更多的相变原子,因此相变受抛光深度的影响最大,受纵向间距的影响最小.     

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明：随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0 mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为：磨粒粒径,1.0μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。     

三体抛光单晶硅表面原子的分子动力学仿真

为阐明双金刚石磨粒在三体抛光过程中的抛光机理、材料去除机理以及单晶硅原子的演变机理,研究建立了三维的三体抛光模型,利用分子动力学仿真了双磨粒抛光单晶硅的过程,通过改变两个磨粒之间的横向距离和抛光深度来分析其对温度、势能、配位数、抛光力和表面形貌的影响.仿真结果表明,抛光深度是影响温度的主要因素,磨粒之间的横向间距对系统...     

铜粉含量对亲水性固结磨料抛光垫加工性能的影响研究

通过向亲水性固结磨料抛光垫中添加铜粉,改善抛光垫的抛光性能,研究铜粉添加量对抛光垫的理化特性及加工K9光学玻璃的材料去除率和工件表面质量的影响。结果表明:随着铜粉添加比例的增加,抛光垫的硬度增加,其材料去除速率呈现先增大后减小的趋势,当铜粉质量分数为5%时,抛光垫的材料去除速率达到最大值58.18 nm/min。同时加工后K9玻璃表面粗糙度也对应地呈现出先增大后减小的趋势,粗糙度Sa最大值为9.28 nm,最小值为2.53 nm。     

集群磁流变效应微磨头平面研抛加工参数研究

本文实验研究了磁感应强度、研抛压力、加工速度及加工时间等几个加工参数对集群磁流变效应微磨头平面研抛加工效果的影响。实验结果发现,随着磁感应强度的增强,材料去除率增大,而表面粗糙度略有提高;研抛压力及加工速度与材料去除率成正比,表面粗糙度随加工速度的提高逐渐变大,而随着研抛压力的增大先降低后增加,当压力为6898Pa时到达最小;随着加工时间的增加,材料去除量线性增大,而粗糙度先迅速降低后逐渐趋于稳定。在此基础上,提出了集群磁流变效应微磨头平面研抛加工的材料去除模型,其加工特征介于游离磨料研磨抛光和固着磨料研磨抛光之间,是一种全新的平面研抛加工技术,有着较好的应用前景。     

基于神经网络和遗传算法的工业机器人不均匀表面抛光

传统抛光过程中,抛光参数通常是根据工件表面设置为恒定值。但如果工件表面不均匀,恒定的抛光参数对于材料去除量大的区域会发生欠抛光现象,进而降低抛光效率,影响加工表面质量。为此,基于神经网络(NNW)和遗传算法(GA)提出一种工业机器人不均匀工件表面抛光算法,解决不均匀表面抛光过程中出现的问题。应用神经网络预测某一确定的抛光参数对应的抛光性能,利用训练的神经网络模型输出包括最佳材料去除率和改善表面粗糙度的目标函数;将遗传算法用于优化模型抛光参数。通过对不均匀表面的抛光实验,验证了该算法的有效性。     

LiTaO3晶片CMP过程工艺参数研究

采用不同抛光条件抛光LiTaO3晶片,通过测量其加工表面粗糙度和材料去除率,探讨了化学机械抛光去除机理,分析了抛光垫材料和状态、抛光压力、抛光盘转速等因素对LiTaO3晶片抛光表面质量和材料去除率的影响规律,并获得了LiTaO3晶片CMP加工的有效工艺参数.实验表明,为获得LiTaO3晶片超精密表面,可采用沥青和平绒布抛光垫进行粗抛和精抛,然后采用旧无纺布(抛光垫)进行终抛,获得较大工件去除率和较光滑表面,得到良好的综合抛光效果.在修正环型超精密抛光机上,理想的LiTaO3工艺参数为:抛光压力为7.25 kPa,抛光盘转速为60rpm.     

基于分子动力学的金属钛纳米切削过程研究（英文）

采用基于分子动力学的仿真方法建立了金属钛纳米切削分子动力学模型,选择了有代表性的切削条件,通过仿真得到瞬间原子位置图像并对切削过程中材料去除现象、加工表面形成过程、系统势能和工件温度等的变化进行了分析。发现在金属钛的纳米切削过程中切屑和加工表面是由于晶格能的释放和位错的不断延伸扩展形成的。已加工表面原子的弹性恢复和晶格重构能够减缓总势能和温度不断增加的趋势,并使其伴随有微小波动。     

球形磁极在小直径钛合金管内表面抛光中的应用

针对传统磁力研磨对小直径钛合金管内表面进行精密抛光时,研磨效率低、加工后表面质量不理想的问题,提出将多个球形磁极作为辅助抛光工具放置在管件内部,配合多种运动,完成对小直径钛合金管内表面的高效精密抛光。对比了添加不同辅助抛光工具后工件的表面粗糙度值和材料去除量的变化,分析了工件转速对研磨效果的影响。对4×150mm的TC4钛合金管进行精密抛光实验,实验结果表明:工件转速为20000r/min时的研磨效果最好,使用球形磁极研磨40min后,工件表面粗糙度值稳定至Ra0.2μm,材料去除量可达55mg,原始缺陷被去除;使用球形磁极作为辅助抛光工具时,研磨效率显著提升,且能够获得理想的表面质量;当工件转速不超过临界值时,工件的转速越高,研磨效果越好。     

基于分子动力学仿真的纳米胶体射流抛光材料去除机理

利用分子动力学模拟了纳米Si O2颗粒与单晶硅(100)表面的碰撞过程,以此来分析纳米胶体射流抛光的材料去除机理。仿真结果显示:粒径为7 nm的Si O2颗粒其速度在50 m/s时,与单晶硅工件表面的碰撞作用不会引起工件表面的原子排布的变化;而若要使碰撞对单晶硅工件表面原子排布产生影响,纳米Si O2颗粒的速度需大于250 m/s。以单晶硅工件为加工对象进行了纳米胶体射流抛光加工试验。利用激光拉曼光谱对加工前后单晶硅工件表面原子排布状况进行了比较,其结果与分子动力学仿真结果吻合。利用X射线光电子能谱,研究了加工前后纳米Si O2颗粒与单晶硅工件表面原子之间化学键的变化。通过仿真和试验得出:纳米胶体射流抛光中,纳米颗粒碰撞所产生的机械作用不能直接去除工件材料,材料的去除是纳米颗粒与工件表面之间机械作用和化学作用的共同结果。     

微磨料水射流对工件表面抛光作用的研究

采用碳化硅固体磨粒、纯水和水溶性乳蜡(水蜡)混合而成的液体磨料,液体磨料的浓度按固体磨粒与添加液的质量比1∶ 2的比例混合,工件材料采用热作模具钢4Cr5MoSiV1,被抛光工件表面分别为未经热处理的模具钢表面和电火花加工后的工件表面.实验研究了不同粒度的固体磨粒、添加液浓度、抛光时间等对抛光性能的影响.研究表明,经过90 min的抛光,两种抛光面的表面粗糙度值Ra都呈显著下降.对于电火花加工表面,抛光90 min后的粗糙度值由最初的Ra=1.0 μm下降到Ra=0.08 μm;对于未经热处理的工件表面,抛光90 min后的粗糙度值由最初的Ra=0.36 μm下降到Ra=0.06 μm.证明微磨料水射流对工件表面具有良好的抛光作用.研究还表明,磨料液成分、抛光时间以及被抛光工件材料以及工件表面原始粗糙度等对抛光性能有重要影响.对于硬度和粗糙度较高的工件表面,宜采用具有较粗的固体磨料粒子和较高浓度添加剂的磨料液;对于硬度和粗糙度较低的工件表面,宜采用较细的固体磨料粒子和添加剂浓度较低的磨料液.对于较低硬度的工件表面,采用蜡敷磨粒的磨料液可缩短抛光时间和提高抛光的表面精度.     

基于分子动力学的金属钛纳米切削过程研究

本文采用基于分子动力学的仿真方法建立了金属钛纳米切削分子动力学模型,选择了有代表性的切削条件,通过仿真得到瞬间原子位置图像并对切削过程中材料去除现象、加工表面形成过程、系统势能和工件温度等的变化进行了分析。发现在金属钛的纳米切削过程中切屑和加工表面是由于晶格能的释放和位错的不断延伸扩展形成的。已加工表面原子的弹性恢复和晶格重构能够减缓总势能和温度不断增加的趋势,并使其伴随有微小波动。     

抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响试验

抛光垫是影响抛光加工效率和表面质量的关键因素之一,但影响规律和作用机理尚不清晰。为研究抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响规律,制作有、无固结磨料的表面六边形微细结构抛光垫,分别对YG15硬质合金、单晶Si和单晶4H-SiC三种硬度差异较大的工件进行抛光试验。结果表明：各抛光垫对不同硬度工件抛光效果的影响规律一致,随着抛光工件的硬度增大,各抛光垫的材料去除率（MRR）减小,表面粗糙度Ra增大。抛光垫内的固结磨料能将MRR提高5～10倍,但也会导致Ra增大5～20倍。抛光垫表面微细结构会使得抛光过程中有效接触面积Ap和有效磨粒数Ns减小而导致MRR下降,而抛光垫硬度的增加能够部分弥补抛光垫表面微细结构造成的影响,抛光工件硬度越大,弥补效果越好。增加游离磨料能够有效降低抛光后Ra并提高硬度较大工件的MRR（上升约8%）,但对硬度较小工件的MRR有抑制作用（下降约27%）。根据抛光试验结果,建立工件-磨料-抛光垫接触模型,深入分析抛光垫表面微细结构、表面硬度对不同硬度工件抛光MRR和表面质量的作用机理,为不同工件抛光时抛光垫的选择提供了理论基础。     

化学机械抛光中抛光垫的研究

抛光垫是化学机械抛光(CMP)系统的重要组成部分。它具有贮存抛光液，并把它均匀运送到工件的整个加工区域等作用。抛光垫的性能主要由抛光垫的材料种类、材料性能、表面结构与状态以及修整参数等决定。本文介绍CMP过程常用的抛光垫材料种类、材料性能、表面结构，总结了抛光垫的性能对CMP过程影响规律，认为：抛光垫的剪切模量或增大抛光垫的可压缩性，CMP过程材料去除率增大；采用表面合理开槽的抛光垫，可提高材料去除率，降低晶片表面的不均匀性；抛光垫粗糙的表面有利于提高材料去除率。对抛光垫进行适当的修整可以增加抛光垫表面粗糙度、使材料去除率趋于一致。与离线修整相比较，在线修整时修整效果比较好。