电泳砂轮形成及其磨削应用研究

微细磨粒砂轮的试验研究是当前砂轮试制的主要发展方向。对超微磨粒电泳效应的特性进行了研究，利用该特性研制了一种高密度、低结合度的电泳砂轮，并对脆性材料进行磨削加工。试验结果表明，电泳砂轮能十分显著地降低工件表面的粗糙度。     

电泳砂轮形成及其磨削应用研究

微细磨粒砂轮的试验是当前砂轮试制的主要发展方向，对超微磨粒电泳效应的特性进行了研究，利用该特性研制了一种高密度，低结合度的电泳砂轮，并对脆性材料进行磨削加工。试验结果表明，电泳砂轮十分显著地降低工年表面的粗糙度。     

电泳磨削技术及其应用

利用超细磨粒的电泳效应实现一种磨削技术称之为电泳磨削,通过超细磨粒电泳吸附层的研究,阐述电泳磨削的机理,提出了自进给电泳磨削新工艺。通过加工实验介绍电泳磨削技术在硬脆性材料精密加工中的应用。研究结果表明,该加工技术能明显改善脆性材料的表面粗糙度和破损率。     

不同磨具在电泳磨削中的应用

本文介绍了基于超微磨粒电泳效应的磨削加工机理，着重分析不同材料特性的磨具对电泳磨削效果的影响。通过对半导体硅片的电泳磨削试验，表明弹性模量小的磨具能更有效地降低工件表面粗糙度。     

电泳辅助微细超声加工机床设计与实验

微细超声加工时,加工区域内的磨粒会被高频振动的工具或工件振出加工区,使加工区域出现无磨粒,导致工具与工件直接作用,影响加工质量与加工效率。为解决上述问题,提出了一种电泳辅助微细超声加工新技术。利用超微磨粒的电泳特性,通过在工具电极与辅助电极之间施加电场,溶液中的超微磨粒泳动到加工区域,甚至是附着或半附着在微细工具上,保证了加工区域磨粒的存在,从而提高微细超声加工质量、加工效率。针对新技术,设计了电泳辅助微细超声加工机床并进行了实验,机床硬件部分包括主轴设计、运动系统硬件设计、电泳辅助微细超声加工工作液槽设计及数据采集系统硬件设计;基于LabVIEW软件开发恒力控制加工控制系统,包括初始化模块、运动控制选择模块、粗对刀模块、恒力对刀模块、恒力控制加工模块以及实时显示模块。开展了微细超声加工与电泳辅助微细超声加工对比实验研究,实验结果表明,在保持其他加工参数相同的条件下,电泳辅助微细超声加工的孔边缘质量更好,微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=3.008μm,而电泳辅助微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=1.494μm。     

应用电泳技术塑性磨削硅材料的研究

半导体、光学玻璃及工程陶瓷等硬脆性材料因其独特的物理、机械性能 ,已成为尖端科学技术中应用最活跃的先进材料。世界许多国家在投入大量人力物力开发具有特殊价值的新型硬脆性材料的同时 ,对这些材料的加工技术进行了广泛的研究。硬脆性材料的精密、超精密加工 ,普遍采用磨削、研磨等加工技术。在磨削过程中 ,减少磨粒单刃切除量是减少加工表面微观破损、提高加工精度的发展方向。本文结合塑性方式磨削技术和电泳磨削技术 ,对半导体硅材料进行塑性方式磨削试验研究。一、塑性磨削技术材料的去除机理一般分为脆性和塑性。硬脆性材料的特点…     

超声磨粒冲击加工去除模型建立与仿真

运用脆性材料的临界切削深度理论,结合Hertz弹性接触理论和运动学方程对超声波磨粒冲击去除机理进行了理论分析,并采用光滑质点流体动力学(SPH)方法,研究了加工过程中磨粒冲击对脆性材料裂纹形成及扩展的影响。结果表明:光学石英玻璃的临界切削深度为0.013μm。采用粒度为W7的磨粒,加工间隙一定,超声工具头端面振幅在约低于23.87μm加工时,可实现在延性模式下研抛出高质量的石英玻璃表面;当振幅高于23.87μm时,可实现在脆性断裂模式下对玻璃表面的高效率研磨。仿真结果表明:脆性材料在磨粒冲击过程中首先表现为弹塑性变形,当达到材料的临界断裂应力时,材料内部开始出现裂纹。     

磨粒固化气囊光整技术及试验研究

针对模具激光强化表面高硬度、高耐磨性以及局域硬度差异等问题,提出了一种磨粒固化气囊光整加工新技术,以期实现模具激光强化表面的高效精密自动化光整加工.该技术将处于游离态的磨粒通过高分子粘结剂固化于橡胶基体表层,使磨粒群获得更稳定的支撑,形成了更有效和平稳的切削效果.根据磨粒固化气囊的性能要求,从材料特性着手,确定出通过酸性硅酮密封胶将磨粒直接固化在丁苯橡胶基体表面,以制得磨粒固化气囊的工艺方法;借助机器人辅助加工平台,对制得的不同粘结层厚度的磨粒固化气囊进行了光整试验研究.研究结果表明:通过控制磨粒固化气囊的均匀性,加强复合层的粘结效果,可以降低工件表面粗糙度,提高加工效率,为模具高效光整加工奠定了坚实的基础.     

电泳砂轮形成及磨削机理研究

介绍了超微细磨粒的电泳特性，并利用该特性试验研制一种新型的高密度低结合度超微细磨粒动态电泳砂轮，分析了电泳砂轮形成过程，从不同角度对电泳砂轮磨削机理进行了分析研究。     

碳化硅研抛加工过程中亚表面损伤的研究北大核心

碳化硅抛光加工中极易出现表面/亚表面损伤,使其应用受限。基于研抛加工中脆性材料去除机理,建立亚表面损伤深度(SSD)的理论模型。利用有限元仿真模拟了单颗粒抛光加工的过程,分析了不同研抛参数(抛光速度、抛光深度和磨粒顶角)对SSD的影响。结果表明,当加工深度大于脆性材料临界切削深度时,材料去除主要是脆性模式;SSD随着磨粒顶角以及抛光深度的增大而增大,随着抛光速度的增加而减小,但是抛光速度过高会不利于亚表面损伤的控制。由于抛光过程中运动学特性,抛光速度对SSD的影响大于抛光深度和磨粒顶角。     

基于CFD-DEM耦合的面约束软性磨粒流加工特性研究

软性磨粒流加工能有效解决复杂结构曲面的抛光问题。基于该技术特点,针对硬脆性材料加工存在的技术问题,提出一种面约束软性磨粒流加工方法,即通过在工件表面设置窄缝约束流道,利用多向磨粒流注入法,在流道中形成高速涡旋磨粒流抛光工件。同时,针对传统磨粒流建模无法描述磨粒-壁面碰撞行为的不足,提出一种基于计算流体力学与离散元法耦合的磨粒流建模方法(Computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM),并通过该方法得到了磨粒-壁面碰撞分布及工件表面材料去除分布,在此基础上研究了面约束软性磨粒流加工的均匀性。结果表明:入口直径是影响磨粒-壁面碰撞均匀性的关键因素,随着直径的增大,碰撞分布存在最优值;当磨粒流处于不同的流态时,流体黏度对材料去除的作用原理不同,低黏度流体下材料去除均匀性有明显提升。最后搭建试验平台,通过对比试验验证了建模方法及抛光方法的有效性,试验结果显示,面约束软性磨粒流抛光方法能够使得单晶硅表面粗糙度从506.71 nm降低到10.17 nm。     

光学玻璃的精密加工技术

对光学玻璃的高效精密特种加工技术进行了分析.对ELID法、激光加工、超声磨削以及精密铣削的最新研究进展进行了综述.介绍了采用ELID技术和控制加工工艺参数,使砂轮单个磨粒的最大切削深度小于脆性材料的临界切削厚度,实现了脆性材料的塑性加工,并得到精密光滑的表面;在加工非球曲面时,使零件的精加工抛光量降到最低.采用激光加工...     

碳化硅研抛加工过程中亚表面损伤的研究

碳化硅抛光加工中极易出现表面/亚表面损伤,使其应用受限。基于研抛加工中脆性材料去除机理,建立亚表面损伤深度(SSD)的理论模型。利用有限元仿真模拟了单颗粒抛光加工的过程,分析了不同研抛参数(抛光速度、抛光深度和磨粒顶角)对SSD的影响。结果表明,当加工深度大于脆性材料临界切削深度时,材料去除主要是脆性模式;SSD随着磨粒顶角以及抛光深度的增大而增大,随着抛光速度的增加而减小,但是抛光速度过高会不利于亚表面损伤的控制。由于抛光过程中运动学特性,抛光速度对SSD的影响大于抛光深度和磨粒顶角。     

在硬脆材料玻璃上超声振动研磨钻孔试验研究

在多次对硬脆性材料玻璃进行超声振动研磨钻孔试验的基础上，分析了试验样品中出现的边崩和表面加工质量的缺陷原因，提出了避免边崩的措施。探求了磨料颗粒大小对加工形成的表面粗糙度的影响，并进行了分析。试验结果表明：随着磨料粒度的增大，即磨粒直径的减小，加工表面粗糙度降低，加工出来的孔精度与质量可满足建筑安装、装璜等工程技术的要求。     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

单层钎焊金刚石磨头干式加工AlSiC复合材料试验研究

使用单层钎焊金刚石磨头对SiC含量为20%与50%(体积分数)的AlSiC复合材料进行磨削加工,对比了单层钎焊金刚石磨头加工两种AlSiC复合材料的磨削力,分析了复合材料被加工表面微观形貌及材料去除机理,观察了磨屑形貌,并对钎焊金刚石磨粒的磨损形式进行了分析。结果表明,SiC含量为50%的AlSiC复合材料的磨削力小于SiC含量为20%的复合材料,20%SiC复合材料的磨削力波动较50%SiC复合材料的更平稳;钎焊金刚石磨头干式加工AlSiC复合材料时,20%SiC的AlSiC复合材料以塑性去除为主,且Al基体易受热软化而涂覆在被加工材料表面,磨屑为较窄的锯齿状;而50%SiC的AlSiC复合材料在加工中以脆性去除为主,表面缺陷以SiC颗粒的断裂、破碎和粉末化为主要特征,其磨屑呈块状和颗粒状,加工20%SiC的复合材料时金刚石磨粒易形成铝涂覆层,而加工50%SiC的复合材料时金刚石磨粒以磨粒磨损和微破碎为主。     

单晶硅超精密磨削过程的分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅超精密磨削过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度观察了微量磨削过程,解释了微观材料去除、表面形成和亚表面损伤机理,并分析了磨削过程中的磨削力和磨削能量消耗。研究表明:磨削过程中,在与磨粒接触的硅表面原子受到磨粒的挤压和剪切发生变形,堆积在磨粒的前方,当贮存在变形晶格中的应变能超过一定值时,硅的原子键断裂,即完成了材料的去除;随着磨粒的运动,磨粒前下方的硅晶格在磨粒的压应力作用下晶格被打破,形成了非晶层,非晶层不断向前向深处扩展,造成了单晶硅亚表面的损伤;同时部分非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原子键结合,重构形成已加工表面变质层。     

软固结磨粒群宏观力学特性对材料去除的影响研究

针对软固结磨粒气压砂轮不同成分组成的粘磨层(粘结剂与磨粒混合层)影响模具激光强化表面材料去除的问题,对不同目数磨粒与粘结剂百分比的粘磨层在单轴压缩载荷下的宏观力学特性展开了分析,提出了将离散元方法 PFC3D模拟技术应用于软固结气压砂轮光整加工领域,利用该软件建立了软固结磨粒群模型,建立了其与材料去除之间的联系。最后,通过Instron-5966l拉伸试验机进行了压缩实验,验证了仿真准确性;并针对激光强化模具表面进行了光整试验。研究结果表明,磨粒目数及粘结剂百分比不同的粘磨层对模具激光强化表面将产生不同的材料去除。     

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。     

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。