基于随机过程的钎焊金刚石磨抛盘磨损可靠性

为实现高强度钢表面高效磨抛加工,设计一种钎焊金刚石磨抛盘,给出基体的结构,并对摩擦和热相互作用下磨具磨损可靠性进行了预测。首先,通过磨抛轨迹和接触区域特征建立钎焊金刚石磨抛盘材料去除函数模型;然后,在传统的磨损分析模型中引入白噪声代表磨抛过程的动态和随机因素,应用维纳过程理论和极限状态方程,建立了钎焊金刚石磨具磨粒磨损的动态可靠性模型,并给出了模型中重要统计特征参数的估计方法;最后,以钎焊金刚石磨抛盘磨抛AH32碳素钢为例进行了磨粒磨损可靠度和寿命特征的具体计算。结果表明,连续磨抛下磨抛盘的平均寿命达到15 h以上,可靠度曲线先缓慢下降后剧烈下降再缓慢下降;旋转速度、进给速度、磨削深度、磨料粒度等工艺参数对磨具的寿命有着重要影响,钎焊金刚石磨抛盘的可靠度与旋转速度、进给速度和磨削深度的乘积呈正比关系。该研究可为先进焊接磨具的定量寿命评估和强度优化设计提供了理论基础。     

ZrO_2陶瓷平面磨削力仿真分析与实验研究

研究工程陶瓷磨削参数对磨削力的影响,参数有金刚石砂轮线速度、磨削深度及工件进给速度,提高陶瓷加工效率和加工精度。以金刚石砂轮平面磨削ZrO_2陶瓷为例,通过正交实验法设计多组关于金刚石砂轮线速度、磨削深度和工件进给速度的磨削组合参数,利用平面测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。同时,运用ABAQUS建立单颗金刚石磨粒磨削ZrO_2陶瓷的有限元模型,分析磨粒磨削陶瓷过程,将实验结果与仿真结果进行对比分析。金刚石砂轮线速度由30m/s增大到50m/s时,磨削力逐渐减小;平面磨削深度由5μm增大到15μm,磨削力逐渐增大;工件随着进给速度的增加,磨削力逐渐增大;实验结果与仿真结果基本一致。影响法向磨削力最大的因素是磨削深度,当平面磨削深度增大,法向磨削力也随之增大;砂轮线速度对切向磨削力的影响最大,随着线速度的增大,切向磨削力增大。研究结果对于提高工程陶瓷加工效率,改进加工质量具有重要的促进作用。     

SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究

针对SiCp/Al逐层磨削两相三维重构需要精密高效端磨的问题，基于单颗磨粒磨削SiCp/Al的磨削力，在考虑切屑变形力、摩擦力、SiC颗粒断裂破碎力的基础上，建立SiCp/Al的端磨磨削力解析模型，结合试验研究切削速度、工件进给速度和轴向磨削深度等参数对加工表面粗糙度的影响规律，并探讨SiCp/Al金相表面快速磨削的加工工艺。结果表明：构建的端磨磨削力解析模型与试验的法向磨削力Fn的总体平均误差为12.98%，切向磨削力Ft的总体平均误差为3.49%；表面粗糙度随切削速度增大而减小，随进给速度和轴向磨削深度的增大而增大；用磨料颗粒基本尺寸为13.0μm的磨具，经过6次磨抛获得良好金相表面，所需磨削加工时间为600 s，可实现SiCp/Al金相表面的快速磨削。     

电镀金刚石砂轮磨削火成岩质水晶的磨削力研究

采取顺磨和逆磨两种磨削方式,采用电镀金刚石砂轮对火成岩质水晶进行了平面磨削实验。通过测量磨削过程中的水平磨削力和垂直磨削力,得出了磨削深度、进给速度对磨削力的影响规律。结果表明,随着磨削深度的增大磨削力增大,随着进给速度的增大磨削力也增大。同时分析并讨论了火成岩质水晶的磨削力比,磨削力比Ft/Fn为0.33～0.36。     

机器人恒力磨抛材料去除研究

针对传统机器人-砂带磨抛工件时材料去除量难以定量控制的问题,结合Preston磨削经验公式与赫兹弹性接触理论,将法向磨抛力、砂带速度、工件进给速度3个工艺参数作为变量,建立机器人恒力磨抛的材料去除深度模型;然后进行硬件选型,搭建机器人恒力磨抛实验平台;最后以上述3个工艺参数为变量设计了机器人恒力磨抛单因素实验,实验结果较好验证了该材料去除深度模型的准确性。     

纳米结构金属陶瓷(n-WC/Co)涂层材料精密磨削的试验研究

本文对纳米结构金属陶瓷（n-WC/Co）涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究。对常规结构金属陶瓷(n-WC/Co）和n-WC/Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验,分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度,工件进给速度,金刚石砂轮结合剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响,结合被磨试件表面的扫描电镜（SEM）的观察,分析了n-WC/Co涂层材料磨削的材料去除机理,研究结果表明：在相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力;在其它磨削条件相同的情况下,用金属结合剂砂轮磨削工件所需的磨削力要比树脂结合剂砂轮,陶瓷结合剂砂轮所需的磨削力大些,磨粒尺寸小的砂轮磨削工件所需的总磨削力要比磨粒尺寸在的砂轮所需的磨削力大些,磨削力随砂轮磨削深度,工件进给速度的增加而增大;一般情况下,n-WC/Co涂层材料精密磨削过程的材料去除机理中,占主导方式的是塑性成形的材料去除方式。     

树脂结合剂金刚石砂轮精密磨削单晶硅片的磨削力研究

通过对树脂结合剂金刚石砂轮磨削单晶硅片的轴向磨削力Fz的变化规律的研究,分析了单晶硅片在磨削过程中轴向磨削力与磨削工艺参数之间的关系。通过改变砂轮的轴向进给速度、砂轮线速度和砂轮粒度等工艺参数,找出了这些工艺参数对轴向磨削力Fz的影响规律,并建立了轴向磨削力的经验公式。结果表明:树脂结合剂金刚石精密磨削单晶硅片时,轴向磨削力随着砂轮的轴向进给速度vf和磨粒粒径的增大而增大,随着砂轮线速度vs的增大而减小,且这三个工艺参数中,砂轮轴向进给速度vf对轴向磨削力的影响最大。     

干/湿磨条件下HIPSN陶瓷磨削力实验研究

研究金刚石砂轮对HIPSN陶瓷平面磨削过程中,不同工艺参数对磨削力的影响。通过正交实验,在干/湿磨两种条件下研究砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削力的影响。在其他参数不变的条件下,湿磨时的法向磨削力大于干磨时的法向磨削力,湿磨时的切向磨削力小于干磨时的切向磨削力。湿磨时的磨削力比大于干磨时的磨削力比,湿磨时的比磨削能小于干磨时的比磨削能。在一定条件下,干磨时的磨削力更有助于高精度表面质量的形成,为绿色加工和生产实践提供了一定的指导意义。     

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明：二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。     

基于赫兹理论的弹性磨具磨抛 M300 钢表面参数模型研究

目的由于弹性磨具与曲面接触特征的多样性,导致弹性磨具呈非常量磨损,使磨具的磨抛工况变得复杂,磨抛参数对表面精度的影响没有得到理论上的阐释,通过实验研究磨削过程的磨削参数变化规律与加工表面残留峰移除量的理论关系。方法针对M300钢高耐磨性的特点,通过对球头弹性磨具(油石)的微观接触分析,根据赫兹理论接触应力分布特点,数学推导得出在平面情况下残留峰移除率与影响磨削精度的主要参数的函数关系。结果根据磨削参数变化规律,考虑进给速度的变化,得出任一点的残留峰置的变化量为接触半径减去球头在一定位置下通过的距离,并推导出移除率Q=dh/dt=CPmατnα的预估参数值。根据最小二乘法算得当m=-3,n=-2时,C=1.55×105,移除面积与磨抛参数成正相关。结论通过磨削实验确定移除率待定参数值,从理论上确定影响磨削质量的法向压力和切应力对残留峰移除高度的影响,为曲面磨削弹性预估补偿研究提供参考。同时应适当减小弹性模量,增大法相压力及球头磨具半径,使得进给量增大,减小磨损,提高磨削效率。     

安全阀阀座与阀瓣研磨修复工艺实验研究

目的为满足安全阀阀座与阀瓣配合面密封要求,提高安全阀密封面磨削修复质量和效率,阀座和阀瓣表面粗糙度Ra≤0.1μm。方法在正交实验的基础上,采用Al_2O_3砂纸、白刚玉研磨膏为磨削介质,研究了磨粒细度、磨削时间、磨削转速、磨削压力对密封表面粗糙度和磨削量的影响,使用粗糙度测量仪、千分尺、电子显微镜对阀座和阀瓣的表面粗糙度、磨削量、表面形貌进行测量分析。以磨削量和表面粗糙度为评价指标,得到最佳工艺参数,并通过多组重复性实验验证实验结果的可靠性。结果在最佳磨削工艺参数下,砂纸研磨阀座和阀瓣的磨削量为0.023 mm,表面粗糙度为0.135μm,研磨膏抛光阀座和阀瓣的表面粗糙度为0.073μm。结论砂纸研磨最佳工艺参数:研磨压力80 N,研磨转速80 r/min,研磨时间10 min,砂纸细度1000目。研磨膏抛光最佳工艺参数:抛光压力30 N,抛光转速100 r/min,抛光时间10 min。采用砂纸、研磨膏磨削修复工艺,可以提高磨削量,降低表面粗糙度,提高了安全阀磨削后的密封性能。     

氮化铝基片的集群磁流变抛光加工

本文进行了氮化铝基片的集群磁流变抛光加工研究,分析了主要工艺参数的影响和加工表面形貌特征.实验结果表明:集群磁流变抛光加工氮化铝基片可以实现高效率超光滑抛光,原始表面Ra1.730 2μm抛光60 min后可以达到Ra0.037 8μm.选用碳化硅磨料,磨料质量浓度为0.05 g/mL,工件与抛光盘转速比为5.8左右,...     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

基于光助芬顿反应的碳化硅化学机械抛光工艺优化

目的 高效快速获得紫外光辅助作用下碳化硅(SiC)化学机械抛光(Chemicalmechanicalpolishing,CMP)的最佳加工参数。方法 根据化学作用与机械作用相平衡时达到最佳抛光条件的理论,通过电化学测试的方法探究抛光液pH值、过氧化氢(Hydrogen peroxide, H₂O₂)浓度、Fe²⁺浓度、紫外光功率等对基体表面氧化膜形成速率(化学作用)的影响;在最大氧化膜形成速率条件下,以材料去除率(Material removal rate,MRR)和表面粗糙度(Average roughness, Ra)为指标,通过调节抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量等工艺参数,探究工艺参数对碳化硅加工过程中氧化膜去除速率(机械作用)的作用规律,寻求机械作用与化学作用的平衡点,获取紫外光辅助作用下SiC CMP的最佳工艺参数。结果 在pH值为3、H₂O₂的质量分数为4%、Fe²⁺浓度为0.4 mmol/L、紫外光功率为32 W时,化学作用达到最大值。在最...     

应用弹性砂轮对铝合金镜面磨削工艺研究

目的解决铝合金手机外壳传统抛光工艺中存在的抛光效率低等问题。方法采用聚氨酯弹性砂轮对6061铝合金进行了磨削加工,使用正交试验研究了磨料粒度、进给速度、切削深度、砂轮线速度对加工表面粗糙度及材料去除率的影响。试验中使用折线走刀方式进行加工,可减轻磨料分布不均带来的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,通过计算单位时间内工件的质量变化得出了去除率,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果在选取的16组磨削工艺参数中,可获得的最低表面粗糙度为44.87 nm,最大去除率为0.329 g/min。对表面粗糙度影响最大的因素为磨料粒度,影响最小的因素为进给速度;对材料去除率影响最大的因素为切削深度,影响最小的为进给速度。经过综合优化,最佳工艺参数组合为:砂轮600#,转速2000 r/min,切削深度0.04 mm,进给速度20 mm/min。结论弹性聚氨酯砂轮应用于铝合金磨削可提高加工表面质量,可简化工艺流程,节省备料和安装调整时间,从而提高效率。     

熔融石英玻璃衬底的平面研磨加工实验研究

熔融石英玻璃衬底的研磨加工是其超光滑抛光加工的基础工序。采用游离磨料对熔融石英玻璃进行单面粗研和精研加工,研究磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量和研磨时间对石英玻璃表面质量和材料去除率的影响。结果表明:粗研过程中,随着磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量的增大,工件材料去除率先增大后减小;随着加工时间的延长,表面粗糙度R_a逐渐达到稳定水平。在磨料质量分数4%、研磨液流量20 mL/min、研磨盘转速60 r/min、加工30 min时,熔融石英玻璃衬底的表面粗糙度R_a达 0.11 μm。在熔融石英玻璃衬底的精研过程中,选用平均粒径3 μm的CeO₂加工50 min后的表面粗糙度R_a最低,为4.11 nm。      

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

Revealing true porosity in WC-Co thermal spray coatings

The principles underlying composite material behavior during metallographic preparation of coating cross-sections are generally not well understood. This study of the effect of extended fine polishing on apparent porosity shows that adequate polishing times, using a fine abrasive (3 μm) and low force, are required to remove prior deformation in the section surface and to reveal the true porosity of the underlying composite material. Insufficient polishing times can result in considerable underestimation of porosity. A model is described which proposes that the deformation induced in the material during grinding and polishing, even at low applied force, results in smearing of material into voids that exist in the plane of the section.