超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验研究

在研制超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验装置基础上,进一步开展了抛光压力P,抛光点速度v及抛光液供给量Q等可控工艺参数对硅片抛光表面粗糙度、表面形貌和材料去除率影响的有无超声椭圆振动辅助抛光的对比实验研究.实验结果表明:抛光工具的超声椭圆振动有利于抛光垫保持良好的表面形貌和抛光区获得良好的工作状况,提高硅片材料的去除率;抛光压力对抛光质量的影响最大,抛光速度次之,抛光液供给量影响最小;在最佳抛光效果情况下,可使硅片抛光表面粗糙度值由传统抛光法所获得的Ra0.077ìm降到超声辅助抛光法的Ra0.042 ìm,材料去除率最多可提高18%,并且工件表面形貌有明显改善.     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

5坐标数控加工中工件表面形貌的计算机仿真

模具表面加工时的计算机仿真系统是预测及控制加工表面形貌的主要手段 .文中讨论了球头铣刀刀刃的形状及其数学模型 ,探讨了切削中刀具的倾斜方向、倾斜角度、进给方式、主轴的回转偏心、轴向窜动等因素对刀刃数学模型的影响 ,并开发了球头铣刀在精加工时工件表面微观形貌的计算机仿真系统 .仿真结果与实验结果的比较表明 ,该仿真系统对于预测工件表面形貌的形状和粗糙度是有效的 ;在单方向进给顺铣加工时 ,刀具倾斜角 β=5°～ 1 0°时表面粗糙度最小 .研究结果为预测和改善工件表面形貌提供了理论依据     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

镍基单晶高温合金微磨削形貌仿真及实验研究

基于单个磨粒微磨削几何运动学规律和最小值函数,推导出全局磨粒的微磨削运动轨迹表达式,建立工件微磨削加工表面的包络线函数集合,得出磨削加工微观形貌仿真预测模型,并通过开展DD5镍基单晶高温合金微磨削加工工艺实验验证模型结果的正确性.实验结果表明:仿真预测微观形貌与实际微观形貌具有相似特征,仿真预测线轮廓高度与实际加工微磨削线轮廓高度误差为0.2~0.3μm;不同磨削参数下的表面粗糙度对比结果也表明预测模型与实验所得的表面粗糙度变化趋势一致.     

车削氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面粗糙度模型

基于脆性断裂力学和刀具-工件干涉原理,研究氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面成形机制,预测了脆性材料车削中的裂纹扩展角度与深度;建立氟金云母陶瓷车削表面粗糙度理论模型,用以评价精密车削陶瓷表面质量并提高加工效率.脆性材料车削表面粗糙度由几何干涉粗糙度和脆性崩碎粗糙度构成.刀具几何形状和进给量主要影响几何干涉粗糙度,工件力学性能、切削速度、切削深度和切削力主要影响脆性崩碎粗糙度.验证实验结果表明,氟金云母陶瓷车削表面粗糙度随切削速度的增大而减小,随进给量或切削深度的增大而增大.本模型的理论预测值与实验结果趋势一致,与传统的几何模型相比更接近实验值.     

车削工件2-D表面形貌检测方法研究

主轴回转误差影响车削工件的加工精度,本文通过对主轴回转误差的分析和研究,提出了一种基于回转误差的车削工件2-D表面形貌检测方法,并建立了车削过程数学模型. MATLAB仿真结果表明,主轴径向回转误差会影响工件的车削半径和表面形貌,进而造成工件的同轴度误差、圆度误差,并增大表面粗糙度.为验证所提方法的有效性,搭建了2-D表面形貌检测平台进行数据采集,得到了主轴在切深方向的回转误差和车削工件的平均半径误差.实验结果表明实验与仿真结果在特性上具有一致性,验证了方法的可行性,对机床的性能调试及提高工件的加工质量具有参考价值.     

基于环形磁场励磁的两面磁力抛光试验研究

磁力抛光多数以单面抛光为主,较少有双面同时有效抛光方式.本文提出了基于环形磁场励磁的磁力抛光新工艺,该方法可以同时有效抛光两个表面.通过设计能励磁环形磁场的电磁铁,并进行三维有限元仿真分析,搭建了环形磁场双面抛光装置.利用该平台进行不锈钢两面抛光工艺试验研究,探讨了电流强度、磁极与工件间间隙、主轴转速和抛光时间工艺等参数对表面粗糙度R_a的影响.得出表面粗糙度R_a随着抛光时间、工作间隙、工件转速的增大而减小.设计正交实验方案得出合理的两面磁力抛光工艺参数,并最终取得了具有良好表面粗糙度R_a的两面工件样品.试验证明,该方法可以同时对工件的两个表面进行抛光,两个表面的表面粗糙度R_a由最初0.2μm下降到R_a(S)=0.094μm和R_a(N)=0.068μm.     

钠钙玻璃微磨削表面粗糙度与表面形貌

针对钠钙玻璃材料进行了一系列的微磨削实验研究,主要探讨了不同磨削因素对工件加工表面粗糙度和三维表面形貌的影响.根据微磨削加工的特点,在不同的加工条件下,分别用200#和500#两种磨粒微磨棒对钠钙玻璃材料进行三因素五水平正交试验.通过分析加工后表面粗糙度和表面形貌的变化规律,找出影响加工质量的主要因素.研究结果表明:主轴转速与进给速度是影响表面粗糙度和三维表面形貌的主要因素,磨削深度对其影响不大,为今后提高微磨削加工的表面质量以及微磨削领域的深入研究提供了参考.     

Polishing technology of surface for diamond film using the method of laser ablation

Conclusion Good unity in thickness and a smooth surface of diamond film are obtained by using the methods of laser ablation and machine grind to the surface of diamond film. Compared with the machine polishing method, the polishing rate increased by over 10 times. After laser ablation and machine polishing, the thickness change and the roughness of a diamond film with 400 μm thickness and 1 cm² area are 10–15 μm and 0.05 μm, and this film is basically suitable to using in electronics.     

非球面件数控研抛力、研抛工具位置和姿态解耦技术

为解决非球面自动研抛系统中普遍存在的研抛力-研抛工具的位置-研抛工具的姿态(以下简称力-位-姿)相互耦合问题,提出一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的非球面数控研抛力-位-姿解耦技术。基于Hertz接触理论和摩擦学原理,分析研抛过程中的力-位-姿耦合机理,建立了耦合模型。阐述基于MRT的数控研抛力-位-姿解耦原理,开发相应的实验研究系统,建立系统研抛力模型。规划了研抛工具的路径。试验得到0.025 μm粗糙度的镜面表面。试验表明该技术能独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力、研抛工具的位置和姿态。     

无磨料低温抛光中的振动分析及消除

针对无磨料低温抛光中冰盘会出现倾斜、引起加工过程的振动问题,对冰盘与工件盘的水平面内的相对运动进行了分析。对冰盘倾斜时,工件盘的纵向运动进行了建模,得到了冰盘与工件盘的偏心及冰盘的倾角越大,振动的幅值越大的影响规律,提出了抛光前对冰盘进行修整来消除振动的解决方案。通过对石英晶体的抛光实验,证实了这种方法的可行性,最终达到了粗糙度为0.53nm的超光滑表面。     

A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography

We developed a measuring instrument that had wide range, high precision, small measuring touch force. The instrument for three-dimensional (3D) surface topography measurement was composed of a high precision displacement sensor based on the Michelson interference principle, a 3D platform based on vertical scanning, a measuring and control circuit, and an industrial control computer. It was a closed loop control system, which changed the traditional moving stylus scanning style into a moving platform scanning style. When the workpiece was measured, the lever of the displacement sensor returned to the balanced position in every sample interval according to the zero offset of the displacement sensor. The non-linear error caused by the rotation of the lever was, therefore, very small even if the measuring range was wide. The instrument can measure the roughness and the profile size of a curved surface.     

纳秒脉冲激光对钕铁硼材料表面清洗试验研究

利用激光清洗技术对钕铁硼材料进行清洗试验,探究不同激光功率对钕铁硼材料清洗效果的影响。通过扫描电子显微镜(scanning etectron microscope, SEM)和X射线能谱仪(energy dispersive spectroscopy, EDS)分析清洗后钕铁硼材料表面形貌及元素组成成分;利用白光干涉仪检测清洗后钕铁硼材料表面的粗糙度。结果表明,清洗后钕铁硼材料的表面粗糙度随着激光功率的增大先增大后减小随后又增大;激光功率较小时,钕铁硼材料表面存在烧蚀划痕和残留的腐蚀坑,表面C、O元素不能有效去除,清洗效果不佳;在激光功率为12 W,清洗后的材料表面光洁平整,无C、O元素,表面晶相组织完整清晰无破坏,说明此时激光清洗效果最佳;当激光功率更大时,超过材料的损伤阈值,表面出现微裂纹和细小的孔洞,说明清洗效果变差。     

40Cr超高速磨削工艺实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90~210 m/s的磨削条件下,对40Cr进行了超高速磨削工艺实验.分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响,讨论了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响.实验表明,在高速超高速磨削过程中,砂轮速度提高使得磨削力大大减小,工件表面粗糙度值下降,工件表面质量得到提高;加大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大,大大提高了磨削效率,同时也保证了工件表面质量.     

Surface roughness and removal rate in magnetorheological finishing of a subsurface damage free surface

Based on computer-controlled optical surfacing, a new technique called magnetorheological finishing (MRF), is presented. The new technique combines the features of conventional loose abrasive machining with a wheel shaped polishing tool. The tool incorporates a host of features and has unprecedented fabricating versatility. The pre-polishing and fine polishing processes can be performed only by adjusting different parameters. The material removal function is studied theoretically and the results of simulation present a Gaussian distribution feature. Based on the established theoretical model, material removal rate experiments involving a parabolic mirror are designed and carried out to determine the effect of controllable parameters on size of the gap between the workpiece and the polishing wheel, rotating speed of the polishing wheel, concentration of volume fraction of non-magnetic particles and polishing time. Further experiments are carried out on the surface microstructure of the workpiece, the final surface roughness with an initial value of 10.98 nm reaches 1.22 nm root mean square (RMS) after 20 min of polishing. The subsurface damage experiment and the atomic force microscopy (AFM) measurement on the polished surface can also verify the feasibility of the MRF technique.     

TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

Surface roughness and removal rate in magnetorheological finishing of a subsurface damage free surface

Asphericalopticalcomponentsareimportantin modernopticalsystems[1].Thereexistmanytypesof aspheres.Thecommonlyusedonesincludeparabola,ellipsoid,etc.[2]Recently,increasingrequirements forasphericalopticalcomponents(e.g.forlithogra phy)togetherwithgrowingfieldsoftheirapplication(e.g.conformalandfreeformoptics)resultina strongneedforopticalfinishingmethodsthatcanbe appliedlocallytopolishcomplexshapedaspheresin brittlematerials(e.g.glass)[3].However,making high precisionaspheresisstillprimarilyanard…