基于悬臂梁称重传感器的圆弧刀研磨力测量仪设计

为解决双圆锥形圆弧刀研磨力在线测量难题,设计了杠杆原理为基础的圆弧刀研磨力测量仪,建立了圆弧刀与磨盘之间研磨力数学模型。该仪器采用悬臂梁称重传感器,并以DSP2812为主控芯片,实现了圆弧刀研磨力的在线采集、处理、存储及实时显示等功能。实验表明:仪器的称重传感精度优于0.15 N,圆弧刀研磨力变化范围降低28.8%,满足圆弧刀研制的需求。该仪器性能稳定,具有较好的实用价值,为高质量的圆弧刀研制和光栅刻划技术提供了技术保障。     

锥形六面体BGO大单晶的表面处理与均匀性

闪烁晶体锗酸铋(简称 BGO)的均匀性除依赖于晶体的质量、外形外,还强烈地依赖于晶体表面的性质。本文以(?)×24×(?)cm~3锥形六面体 BGO 大单晶为对象,研究晶体一对粗糙侧面的加工方法和热处理对晶体的光输出、均匀性和能量分辨率的影响,从而确定合适的表面粗糙度及其相应的表面处理工艺,实验结果表明,通过合宜工艺提高了锥形六面体晶体的光输出和均匀性,同时也改善了晶体的能量分辨率。     

单晶硅研磨过程的声发射在线监测研究

本文在BIN62型超精密研抛机的基础上设计了研磨过程的声发射在线监测装置,试验研究了不同研磨工况对声发射信号RMS值和材料去除率的影响规律,采用回归分析方法建立了材料去除率与声发射信号RMS值的线性数学模型,并通过声发射波形的频谱分析和表面形貌的观测研究了单晶硅研磨过程中的声发射源机制。结果表明：在保持其他研磨工况不变的条件下,声发射信号RMS值随着研磨压力或研磨速度的增加而增加;根据RMS值可实现材料去除率的在线监测,在给定研磨工况范围内材料去除率预测模型的预测误差小于4.2%;声发射波形的频谱分析技术可用于声发射源机制的识别,单晶硅研磨过程中声发射信号主要的频率成分出现在50 kHz~260 kHz频段内,声发射信号主要来源于材料的脆性解理、磨粒磨损和轻微粘结磨损。     

光学硬脆材料固结磨料研磨中的亚表面损伤预测

研磨过程中亚表面损伤层深度的正确预测是研磨工艺参数制定的重要依据。针对固结磨料的研磨特点,选择两种典型光学硬脆材料(镁铝尖晶石和石英玻璃),采用离散元仿真技术,分别建立了两种材料的二维离散元模型,分析了工艺参数对光学硬脆材料亚表面损伤(裂纹)层深度的影响。而后,采用角度抛光法测量了镁铝尖晶石和石英玻璃的亚表面损伤层深度,进行了实验验证。结果表明:采用固结磨料研磨时,磨粒粒径对光学硬脆材料亚表面损伤的影响相当显著,在相同研磨工艺条件下,随着磨粒粒径的增大,亚表面损伤层深度和微裂纹密集程度明显增加。离散元仿真结果与实验结果的对比表明:采用离散元技术可以对光学硬脆材料的亚表面损伤深度进行快速有效的预测,从而为后续的研磨抛光工艺提供参考与指导。     

Al_2O_3工程陶瓷超声研磨表面粗糙度试验研究

本文通过不同振动模式下的Al2O3工程陶瓷普通与超声研磨对比试验,利用正交回归分析方法获得了最优研磨参数,探讨了各研磨参数对工件表面粗糙度影响的主次顺序。并分析研究了工件转速、进给速度、油石粒度、研磨切深、发生器功率等不同研磨参数对表面粗糙度的影响规律。结果表明,超声振动研磨可明显减小表面粗糙度值,提高工件表面质量,是适合工程陶瓷等硬脆材料的一种高效加工方法。     

基于化学蚀刻检测光学玻璃亚表面损伤深度

目的 提出一种光学玻璃机械加工亚表面损伤深度的检测方法,给光学玻璃超精密抛光的加工深度提供参考依据。方法 首先通过实验分析K9玻璃研磨试样在化学蚀刻过程中亚表面裂纹的结构变化,采用探针式粗糙度仪检测化学蚀刻表面的裂纹深度,并探讨探针半径和化学蚀刻时间对裂纹深度测量结果的影响,建立以蚀刻表面峰谷粗糙度(PV)表征亚表面裂纹深度的测量条件。然后利用激光共聚焦显微镜检测化学蚀刻表面PV粗糙度,确定光学玻璃的亚表面裂纹深度。最后采用截面抛光法直接检测光学玻璃的亚表面裂纹深度,验证上述两种检测方法的可靠性。结果 以蚀刻表面PV粗糙度表征亚表面裂纹深度的测量条件为,测量介质须在蚀刻表面裂纹开始融合之前有效探测至裂纹底部。针对W18和W40磨粒研磨的K9玻璃试样,采用激光共聚焦显微镜检测蚀刻表面PV粗糙度方法测得的两种试样裂纹深度为12.82 μm和20.45 μm,直接测量方法的测量结果为12.50 μm和19.34 μm。两种方法测量结果的偏差分别为2.56%和5.74%,一致性较好。结论 基于化学蚀刻和激光共聚焦显微镜检测光学玻璃亚表面损伤深度的方法不受表面裂纹宽度限制,满足以蚀刻表面PV粗糙度表征亚表面损伤深度的测量条件,且对试样损伤较小,提高了光学玻璃亚表面损伤深度的测量效率和结果可靠性。     

脆硬材料研磨加工瞬态温度场有限元分析

以圆光栅玻璃为代表,建立了脆硬材料研磨加工三维瞬态温度/应力场有限元模型。在考虑了热传导、空气对流传热和热辐射的冷却作用以及工件和研磨盘的热流分配问题的条件下,研究了加工过程中,工件的转动情况对温度场分布及传递规律的影响,并对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明:研磨加工时,摩擦热由工件与研磨盘接触面向两边以及底层传递;工件与研磨盘同向转动加工时,工件上的摩擦热由于没有在刚滑出区域堆积,分布得更加均匀;工件与研磨盘反向转动研磨加工产生的摩擦热要比同向转动加工时的要高。     

CP4研抛晶片时非均匀性和材料去除速率研究

建立了CP4研抛晶片时,晶片上任一点相对于研抛盘的运动方程。通过对其运动轨迹的分析,建立了工件材料研抛非均匀系数的函数模型和相对研抛材料去除速率的函数模型。运用Matlab软件,模拟分析了各个参数变化对研抛非均匀系数和相对研抛效率的影响。结果表明:对材料去除效率影响最大的参数是偏心距e的大小,其次是从动系数λ1;对晶片非均匀性影响最大参数是从动系数λ1,其次是偏心距e;当λ1=1,λ20.3,e取工艺允许的最大值时,工件研抛的均匀性最好。     

超声振动复合研磨K9光学玻璃工艺研究

目的探究超声振动复合研磨对光学玻璃研磨可行性,通过响应面法寻求超声振动研磨最优的工艺参数组合。方法在传统研磨装置基础上,添加超声振动装置、蠕动泵、旋转工作台构成超声振动复合研磨装置。添加轴向超声高频振动提高研磨效率,添加旋转工作台提高研磨均匀性,添加蠕动泵便于循环和更新研磨液。利用响应面法优化超声振动复合研磨加工中的主轴转速、振动频率、加工间隙三个变量参数,并进行实验研究,可得出两两变量关联度,从而得出研磨中影响最大的因素。结果通过响应面优化后得到超声振动复合研磨最佳工艺参数为主轴转速1000 r/min、加工间隙0.4 mm、振动频率12 kHz,主轴转速和间隙参数对工件表面研磨加工的影响较大。经25 min研磨,无超声振动的传统研磨方法使表面粗糙度值Ra从0.3μm下降到0.1μm;增加超声振动复合研磨使表面粗糙度值Ra从0.3μm下降到0.04μm。结论经超声振动复合研磨后,光学玻璃表面存在的凹坑、凸起均得到了有效去除,表面粗糙度值下降快,表面形貌均匀、平整。     

基于微切削模型的不锈钢研磨表面残余应力规律

目的 基于单颗粒微切削模型,研究分析研磨工艺对HR-2抗氢不锈钢工件表面残余应力的演化规律与产生机制的影响.方法 建立研磨磨粒单颗粒微切削残余应力数学模型,采用正交试验获得研磨工艺参数与表面残余应力大小、磨粒微切削切深和切向力回归方程,利用单因素试验对研磨工艺进行验证,获得研磨工艺参数对表面残余应力大小、表面磨粒切深和切向力的影响规律,并开展单因素试验结果与数学模型计算结果对比研究.结果 试验中,磨粒粒径从10μm变化为50μm时,残余应力从–130 MPa变化至–345 MPa;研磨压力从10 N变化至50 N时,残余应力从–135 MPa变化至–253 MPa;而转速的变化对残余应力结果的影响规律不显著.不同工艺参数试验中,模型所得计算值和试验值误差基本在10％以内.结论 根据正交试验结果和单因素试验得出,研磨工艺对残余应力影响的显著度从高到低为磨粒粒径>研磨压力>研磨转速,磨粒切深和切向力与残余应力关系显著,建立的单颗粒研磨模型可以预测不同研磨工艺参数条件下的残余应力产生规律.