超声辅助磨削石英玻璃实验及磨削力影响因素探究

为深入研究石英玻璃的磨削机理,设计了超声和非超声条件下石英玻璃磨削三因素四水平正交试验,开展了影响因素分析和极差分析,探究主轴转速》进给速度》磨削深度对磨削力的影响规律,构建了简化磨削力模型.通过研究实验数据发现:磨削力随进给速度增大而增大,随磨削深度的增大而增大,随机床主轴转速的增大而减小.在超声环境下,磨削力相对于...     

石英玻璃的热辅助高效塑性域干磨削

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率,提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理,通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削,利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能,实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明,随着磨削深度的增加,Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5μm,大于粗磨表面的裂纹深度时,获得了Ra值为0.07μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理,结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时,砂轮以磨耗磨损为主,该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。     

石英玻璃超精密磨削加工的表面完整性研究

为了实现石英玻璃的高效低损伤超精密磨削加工,研究不同粒度金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面和亚表面质量,建立表面粗糙度与亚表面损伤深度之间的关系模型。通过石英玻璃磨削试验研究400#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削石英玻璃的表面微观形貌、表面粗糙度及其亚表面损伤深度,分析相应的材料去除方式;基于压痕断裂力学理论分析脆性域磨削石英玻璃时工件表面微观形貌和亚表面微裂纹的形成机理,建立表面粗糙度PV值和亚表面损伤深度SSD之间的定量关系。研究结果表明:随着砂轮粒度的减小,石英玻璃磨削表面的凹坑、微裂纹、深划痕等缺陷逐渐减少,表面粗糙度Ra和PV以及亚表面损伤深度SSD均随之明显减小,从400#砂轮磨削表面的R_a 274.0 nm、PV 5.35μm和SSD 5.73μm降低至5 000#砂轮磨削表面的Ra 1.4 nm、PV 0.02μm和SSD 0.004μm。500#和1 500#砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,但以塑性流动去除为主,5 000#砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削石英玻璃的表面粗糙度PV与亚表面损伤深度SSD之间满足SSD=(0.627～1.356) PV~(4/3)的数学关系。     

化学机械磨削技术研究现状与展望

化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工,被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工.在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上,对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论.分析表明,从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化...     

浅谈化学机械磨削技术研究现状与展望

化学机械磨削技术的出现,使硬脆材料的加工精度得到了质的提升,尤其在单晶硅、石英玻璃等半导体与光学领域展现出了极大的发展潜力,被现代化企业所接受和重视。本文详细梳理了现阶段化学机械磨削技术的发展现状,在总结现有研究成果的基础上,展开对磨削机理、工艺的探讨,以期找到现阶段出现研究瓶颈的原因。通过详细的分析与例证发现：从化学反应与物理作用相结合的角度解释磨削机理更有利于研究磨具结构和复合工艺开发等内容。本文最后,对将来的研究方向进行了展望,基于智能化技术对化学机械磨削过程进行实时监测,已获得详细的图片与数据是进一步开展研究的必然之路。     

杯形砂轮磨削熔融石英玻璃机理与实验研究

熔融石英玻璃是一种工程领域常用的光学玻璃材料。针对在陶瓷材料端面快速磨削中具有广泛应用的杯形砂轮,综合考虑了磨削过程中的脆性断裂和对材料造成的冲击效应,基于单颗粒磨削理论对砂轮运动轨迹和去除效率理论建模分析。在此基础上,对熔融石英玻璃材料进行多参数的单颗粒金刚石刻划实验,以验证理论预测模型,实际测得的磨削力数值与刻划后三维表面形貌,与理论分析结果吻合。结果表明,这一理论模型可以用于预测磨削力数值和优化加工参数。     

湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding, MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂...     

超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制*

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明：各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO2、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO2质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明：两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。     

电火花机械复合磨削加工钢结硬质合金的实验研究

提出采用电火花机械复合磨削加工钢结硬质合金，通过实验研究表明，复合磨削比电火花、纯机械磨削加工淬硬钢结硬质合金，可大幅度提高加工效率，降低砂轮损耗，提高表面质量。     

磨削加工的智能化

一、智能化的概念 智能化机械(IM)与自动化机械(AM)的区别在于: (1)AM用于单纯的重复作业,IM则能灵活地添加机械的作业内容,具有多变的适应能力; (2)AM能够正确地了解周围环境,并据此实施控制,而IM则可用于无规则变化的环境; (3)AM能够迅速且准确无误地实现既定的动作,而IM则具有人类所具备的部分功能或类似功能,例如具有记忆、推理、判断、学习等功能,具有柔软性和自律性。     

Research on chemo-mechanical grinding of large size quartz glass substrate

Finishing process of quartz glass substrate is meeting great challenges to fulfill the requirements of photomask for photolithography applications. For the final finishing of the substrate surface, chemical mechanical polishing (CMP) is often utilized. Those free abrasive processes are able to offer a great surface roughness, but sacrifice profile accuracy. On the other hand, the fixed abrasive process or grinding is known as a promising solution to improve accuracy of profile geometry, but always introduces damaged layer. Chemo-mechanical grinding (CMG) is potentially emerging defect-free machining process which combines the advantages of fixed abrasive machining and CMP. In order to simultaneously achieve high surface quality and high profile accuracy, CMG process has been applied into machining of large size quartz glass substrates for photomask use. Reported in this paper are CMG performances in finishing of quartz glass substrates including material removal rate (MRR), surface roughness, flatness and optical characteristics.     

Thread grinding of precision quartz solenoids to international electrical standards

International specifications regarding quarts solenoids have recently changed. This study describes the grinding of a precision thread along the quartz bobbin of such a solenoid. Fused quartz being a grinding resistant material, the optimal grinding conditions were clarified. A closed-loop compensation system was applied in which a magnetic scale was used to measure the table feed of the thread grinding machine, resulting in a quartz solenoid of high pitch accuracy.     

2.5D玻璃磨削夹具设计及磨削实验研究

2.5D玻璃已应用于手机屏幕镜片,由于玻璃材料硬度高、脆性大,需要采用精密磨削的方法加工。首先根据磨削力计算出吸附力,然后设计出一款真空吸附的手机镜片磨削夹具,可以保证玻璃在高速加工时的精准定位;最后通过实验研究2.5D玻璃的磨削过程,得到的玻璃镜片无外观缺陷,尺度及精度满足图形尺寸公差的要求。     

光纤石英玻璃基板微V槽阵列的精密磨削

针对脆性石英玻璃的微加工,利用自主研发的金刚石砂轮微尖端修整工艺,研发了光纤阵列石英玻璃微V槽磨削技术。分析了60°的微V槽形状偏差对光纤耦合损耗的影响,然后,研究了砂轮微尖端的误差补偿修整工艺。最后,实验分析了微V槽的磨削精度。理论分析显示:微V槽角度、间距和宽度的偏差分别控制在±0.42°、±1.04μm和±1.2μm以内时,耦合损耗小于0.5dB。实验结果表明:开发的数控磨削工艺可加工高精度的60°微V槽阵列;采用数控轨迹和角度补偿修整后,砂轮微尖端半径可平均达到10.46μm,角度精度为(60±0.22)°;对石英玻璃进行微磨削后,微V槽的角度偏差达到0.4°,尖端半径为10.5μm,宽度偏差为0.3μm,间距偏差为0.5μm,可保证光纤阵列的精密对接。     

微操作玻璃微针磨针仪研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮磨盘可以实现玻璃微针的高效磨削。磨针仪主轴支承结构消除了电机对磨盘端面跳动的影响。采用显微镜和CCD摄像系统直接观察对针和磨削进给过程。通过试验确定了磨针仪合理的调速范围和许可的磨盘跳动量值。     

光学玻璃镜面的自进给电泳磨削的试验研究

分析塑性方式磨削机理,提出自切深进给电泳磨削的新技术。试验结果表明,该技术能实现光学玻璃材料的塑性方式去除,达到镜面磨削。     

异型玻璃外廓检测及磨边加工技术的研究

在仿形原理的基础上,提出了一种异型玻璃外廓尺寸的检测方法,通过旋转运动与直线运动结合,将传感器采集信息进行数据处理和坐标变换后,获得待测异型玻璃外廓的尺寸,为外廓磨边加工的进行提供精确的运动轨迹.在此研究基础上,采用基于PC开放式数控方式,实现对异型玻璃外廓检测和磨边加工运动控制,并结合实际应用,从硬件设计、软件设计两个方面介绍了基于翠欧开放式运动控制器的异型玻璃外廓检测及磨边加工系统,最后进行了试验验证.     

An investigation into parallel and cross grinding of BK7 glass

Conventional grinding of BK7 glass will normally result in brittle fracture at the surface, generating severe sub-surface damage and poor surface finish. The precision grinding of BK7 glass in parallel and cross grinding modes has been investigated. Grinding process, maximum chip thickness, ductile/brittle regime, surface roughness and sub-surface damage have been addressed. Special attention has been given to the condition for generating a ductile mode response on the ground surface. A polishing–etching method has been used to obtain the depth of sub-surface damage. Experiments reveal that the level of surface roughness and depth of sub-surface damage vary differently for different grinding modes. This study gives an indication of the strategy to follow to achieve high quality ground surfaces on brittle materials.     

基于MATLAB的立式玻璃磨边机传送辊的优化设计

以立式玻璃磨边机传送辊的转动惯量最小为目标,综合考虑传动辊的结构、速度、强度和硬度等约束条件,建立优化设计数学模型。利用MATLAB优化工具箱,对传送辊进行优化设计,优化结果表明,传送辊的转动惯量减少了59.14%,质量减少了59.59%,这样有利于提高传动系统响应的快速性,同时节约制造成本。     

普通磨床超精度磨削工艺及工艺参数选择

通过对超精度磨削机理的研究和分析，在ME1432B普通外圆万能磨床上．采用精、细修整砂轮．使砂轮上的同一颗粒等高微刃数增多的方法，达到磨削抛光作用，并对磨床导轨、砂轮主轴与轴瓦间隙进行修刮和调整，同时合理选择磨削工艺参数等方面达到超精磨削的目的。