蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的 针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法 设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果 仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22 mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08 nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论 槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。     

圆片提升机的结构设计

为了使不锈钢圆片能够顺利起边,以便机械手能把抓起的圆片准确地放入冲压模具中心,对用于冲压生产线的圆片提升机的要求进行了较为深入地分析,并且对圆片提升机的结构进行了详细的设计,并对圆片提升机的关键参数进行了设计计算.实践证明,该提升机完全能满足冲压生产线的要求.     

基于可重构的轮辋自动加工机床

针对轮辋产品在材质、规格、编网参数、窝孔尺寸及窝孔组数等方面的系列化,市场对轮辋产品的个性化需求,进行产品族的成组特性分析,提出多级重构、无级重构和有级重构等新概念,综合应用调整、更换、集成及创新等重构策略,按照三级重构机理科学划分模块、创新总体结构,成功研制基于轮辋产品族的可重构自动加工机床.该可重构机床已投放市场并正常生产,其加工产品精度高、质量稳定.实践证明,该可重构机床可适应不同材质、不同规格的轮辋混流加工,重构快捷、成本低,设备和模块得到充分利用,可快速而经济地响应市场需求变化.该机床的成功研制验证可重构策略和可重构方案的可行性,必将有力促进可重构技术的深入研究和应用.     

GaN晶片电化学腐蚀表面摩擦磨损特性

目的 研究GaN晶片腐蚀表面的摩擦磨损行为,分析电化学腐蚀条件及介质环境对摩擦磨损行为的影响。方法 对不同条件电化学腐蚀后的GaN晶片表面进行摩擦磨损实验,通过腐蚀表面的摩擦磨损行为分析电解质溶液(NaOH\Na2S2O8\H3PO4)和腐蚀电位对GaN晶片腐蚀效果的影响,以及腐蚀表面材料的磨损去除特性。结果 水介质的润滑作用能有效保持摩擦因数曲线的平稳;不同电解质溶液电化学腐蚀的GaN晶片表面摩擦磨损存在明显差异,摩擦磨损区域沟槽尺寸和磨损率的顺序为NaOH>Na2S2O8>H3PO4;腐蚀电位磨损实验结果表明,腐蚀电位越高,摩擦因数越大,磨损率越大,磨损沟槽表面缺陷越多;通过电化学工作站,测试分析了极化曲线,得到电化学腐蚀速率顺序为NaOH>Na2S2O8>H3PO4,与材料去除磨损率规律一致。结论 摩擦表面的磨损特性表明,腐蚀表面摩擦磨损率越大,磨损区域的缺陷越多,对应的电化学腐蚀速率越快,表面腐蚀作用越强,在磨损过程中材料越容易被去除。在电化学腐蚀表面摩擦磨损过程中,磨料的引入可明显改变腐蚀表面的摩擦磨损特性,硬质金刚石磨料能显著增大表面磨损率,摩擦因数增大,且曲线波动大,磨损区域的缺陷增多,材料去除呈现明显的脆性断裂痕迹;软质硅溶胶磨料相较于金刚石磨料,其磨损率变小,但摩擦因数曲线更平稳,磨损区域的磨损缺陷减少,表面材料呈现明显的塑性域去除。     

单晶SiC化学机械抛光液的固相催化剂研究

针对单晶SiC化学机械抛光使用的抛光液,研究了产生芬顿反应Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等4种铁系固相催化剂的效果。结果发现当Fe₃O₄作为催化剂时,SiC表面能够产生明显的化学反应,生成较软易去除的SiO₂氧化层,化学机械抛光时材料去除率最高达到17.2 mg/h、表面粗糙度最低达到R_a2.5 nm。相比Fe、FeO、Fe₂O₃等固相催化剂,Fe₃O₄更适宜用作SiC的化学机械抛光。抛光液中Fe²⁺离子浓度和稳定性是决定芬顿反应速率和稳定性的重要因素,固相催化剂电离自由Fe²⁺能力的差异直接影响了化学抛光液中的Fe²⁺浓度,固相催化剂电离Fe²⁺的能力越强,抛光液中Fe²⁺浓度就越高,芬顿反应速率越快,与SiC进行化学反应速度越快,材料去除率越高,抛光质量越好。     

SrTiO3陶瓷基片集群磁流变研磨加工表面特性研究

采用集群磁流变效应研磨加工工艺进行SrTiO3陶瓷基片研磨加工,分析了研磨盘材料、磨粒种类、研磨压力和磨粒团聚等因素对SrTiO3陶瓷基片表面粗糙度和表面完整性的影响。 结果表明:磁流变效应研磨工作液中的SiC、Al2O3和CeO2等磨料的大尺寸磨粒在SrTiO3陶瓷基片研磨加工表面产生的局部大尺寸划痕破坏了加工表面的完整性;采用铸铁研磨盘和SiO2磨料的磁流变研磨工作液研磨加工后,原始表面粗糙度Ra从约1.7854μm下降到0.6282μm,并且表面完整,SrTiO3材料与SiO2磨料之间存在的化学机械研磨过程促进了研磨加工表面性能的改善;研磨压力也是影响研磨加工表面粗糙度和大尺寸划痕的主要因素之一,研磨压力取较小值(1.875kPa）为宜。      

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,...     

集群磁流变抛光加工表面磁轨迹强度建模优化及加工均匀性研究

目的 探究集群磁流变抛光过程中工艺参数和空间磁场分布特征对加工表面粗糙度不均匀性的影响,通过优化工艺参数,改善加工表面粗糙度的不均匀性。方法 提出一种包含有效加工轨迹和磁轨迹特征的磁轨迹强度数值模型,在数值模型基础上分析转速比、偏心距和往复摆动速度等运动参数对工件不同位置上有效加工轨迹和磁轨迹2种特征的影响,优化不同运动条件下的转速比。在集群磁流变抛光装置上进行硅片的抛光加工实验,利用白光干涉仪检测加工表面粗糙度和表面形貌,总结加工表面粗糙度的分布规律。结果 数值计算结果表明,无理数的转速比能避免出现不同周向位置的周期性波动特征,选用合适的转速比能够减小不同径向位置轨迹长度的差异,提高轨迹特征的均匀性。在无理数转速比条件下,通过改变工件偏心距和增加往复摆动会增大有效加工轨迹的覆盖范围,同时会缩短有效轨迹长度,使得加工效率降低。改变偏心距的运动模式可以改变运动轨迹上磁频数的分布规律,在偏心距为115 mm条件下,工件不同径向位置之间的平均磁场差值可以减小至0.019 T。实验结果表明,通过优化工艺参数后,加工表面粗糙度的变异系数相较于对照组平均下降了约37%。对照组在抛光后的不均匀情况与数值计算结果中的磁轨迹强度径向分布规律相吻合,在小转速比下表现为中心光滑、边缘粗糙的分布规律,在大转速比下表现为边缘光滑、中心粗糙的分布规律。在偏心距为115 mm、转速比为223∶60的优化工艺条件下,抛光硅片的粗糙度变异系数最小达到0.309,平均粗糙度为Sa 4.19 nm。结论 对比实验结果与数值模拟结果可知,磁轨迹强度数值模型能有效优化集群磁流变抛光工艺参数,有利于加工轨迹与磁轨迹特征的匹配,改善了工件抛光后的加工不均匀性。     

电磁流变效应微磨头加工的电磁耦合协同作用机理实验

采用正交试验方法比较了锥形工具旋转和工作台旋转两种状态下的定点加工效果,实验研究了微磨头加工过程中的电磁耦合协同作用机理。在电磁耦合场中,固相粒子被极化形成电偶极子。当锥形工具旋转时,旋转的电偶极子由于洛伦兹力引起的自旋力偶的作用发生原位振动,对工件表面产生有规律的冲击,促进了材料去除,相对于工作台旋转模式其材料去除深度明显加大;但在电磁场较弱的微磨头外围,原位振动会对链串结构造成破坏,从而减小材料去除范围。电磁场耦合方式对电磁流变协同效应有很大影响,磁场励磁电压对材料去除的影响程度最大,其次是电场电压和旋转速度。在本文试验条件下,当锥形工具旋转且励磁电压较低(5V)时具有较好的电磁流变协同加工效果。     

磁流变液稳定性影响因素研究综述

磁流变液凭其灵活、可控、稳定的特点成为应用最广的智能材料，磁流变液的稳定性对磁流变液功能的实现具有非常重要的意义。对磁流变液在机械传动、精密加工、医学、土木工程等领域的应用及其原理进行综述，总结对比了多种磁流变液沉降稳定性的检测方法。重点介绍磁流变液沉降稳定性的影响因素，通过总结不同类型添加剂的作用机理，从沉降率的角度对比分析了添加剂对磁流变液沉降稳定性的影响。同时指出改变磁性颗粒的结构、形成低密度复合材料主要是通过增大磁性颗粒与基载液之间的摩擦力和减小磁性颗粒和基载液之间的密度差来改善磁流变液的沉降性能。最后对磁流变液的发展趋势进行预测。