微晶玻璃塑性超精密磨削加工的研究

本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明，对于微晶玻璃等脆性材料，其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在vs=1200m/min、f=0～200um/rev、ap=0.1～10um条件下磨削时，只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于20um，才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面，其磨削后的表现粗糙度为rms;8.021nm、Ra:6.200nm。     

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。     

陶瓷材料的超精密磨削加工

对陶瓷材料超精密磨削加工的研究结果表明,陶瓷等脆性材料的磨削表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、进给量等因素有关。只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸小于１８ ．５μｍ 时,才能在塑性磨削模式下加工出表面粗糙度为ｒｍｓ４ ．１５ｎｍ 、 Ｒａ３ ．０７ｎｍ 的高质量光滑表面。     

脆性材料超精密磨削时影响表面质量因素的研究

首先从理论上分析了脆性材料在超精密磨削过程中影响表面质量的各种主要因素。然后针对影响脆性材料已加工表面质量的各种主要因素作了大量的试验研究。研究结果表明，对于脆性材料，砂轮的平均磨粒尺寸对已加工表面质量的影响很大。试验证明：当采用超精密磨床并在Ｖｓ＝１２００ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０—２００μｍ／ｒ、ａｐ＝０．１—１０μｍ的磨削条件下进行磨削时，只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸小于 ２０μｍ，才能在塑性磨制模式下加工出高质量的超光滑表面。     

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。     

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。     

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。     

采用ELID磨削技术对铜和铝的精加工实验研究

为了研究铜和铝材料超精密加工的新途径,采用在线电解修整砂轮(ELID)精密磨削技术,对其进行镜面磨削实验,分析加工表面的形成机理及影响因素。实验结果表明:砂轮粒度、砂轮线速度和磨削力是影响表面加工质量的主要因素。当砂轮线速度由16m/s提高到20m/s时,表面粗糙度Ra由0.76μm下降到0.44μm;当砂轮的粒度过大(120#)或过小W(1.5)时,加工出的工件表面精度都很低;得到在砂轮线速度为20m/s和砂轮粒度为W10时,磨削效果最佳,但也不能很好地提高铜和铝的表面质量和降低表面粗糙度,得到的铜和铝表面粗糙度分别只能为0.44μm和0.75μm。     

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。     

基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削研究

利用模压成型技术和真空钎焊技术制备出了磨粒把持力大、力学性能优良的多层钎焊金刚石砂轮;采用在线电解修整技术促使磨钝的磨粒及时脱落,使砂轮在磨削过程中始终保持锋利性;并开展了基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削试验。试验结果表明：在相同磨削条件下,多层钎焊砂轮在线电解修整磨削力较无修整时的磨削力下降了33.7%～57.9%;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削技术能有效提高加工表面质量。当进给速度为30 mm/s,磨削深度为15 μm时,无电解磨削加工表面粗糙度为0.35 μm,而在线电解修整磨削表面粗糙度仅为82.1 nm;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削残余应力仅为无电解磨削时的38.2%～49.5%。且在线电解修整磨削表面完整性较好,没有出现表面/亚表面裂纹等相关缺陷,可实现超细晶硬质合金等难加工材料的高效精密加工。