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研磨压力对固结聚集体磨料垫自修正影响

光学精密工程 2020年第2期28卷 372-381页

作者：牛凤丽朱永伟沈功明王子琨王科荣南京航空航天大学机电学院江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径,研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫,在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验,比较两者的材料... 详细信息

固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径,研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫,在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验,比较两者的材料去除率及加工稳定性;制备了4种陶瓷结合剂含量的聚集体金刚石,并制备成固结聚集体金刚石磨料垫,探索了不同压力下的固结聚集体金刚石磨料垫的自修正性能;分析了研磨后的工件表面粗糙度和表面微观形貌。结果表明:采用固结聚集体金刚石磨料垫,研磨后工件表面粗糙度低,去除效率稳定;在15~21 kPa的压力下,结合剂含量次高的聚集体金刚石研磨效率高,材料去除率达到8.94~12.43μm/min,加工性能较稳定,研磨后的工件表面粗糙度R a在60 nm左右;在3.5~7 kPa压力下,结合剂含量次低的聚集体金刚石研磨性能较稳定,材料去除率在2.67~3.12μm/min,研磨后的表面粗糙度R a在40 nm左右。高结合剂含量的聚集体金刚石磨粒更适合高研磨压力条件,而低结合剂的聚集体金刚石磨粒更适合于低研磨压力。

关键词：固结磨料垫聚集体金刚石陶瓷给合剂含量材料去除率自修正

基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

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人工晶体学报 2022年第2期51卷 271-281页

作者：熊光辉李军李凯旋吴成于宁斌高秀娟南京航空航天大学机电学院南京210016

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO_(3)固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨... 详细信息

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO_(3)固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO_(3)作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。

关键词： KDP晶体固结磨料垫晶体加工干式抛光摩擦磨损反应物

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金刚石一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫加工性能与磨损过程的影响

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表面技术 2023年第6期52卷 351-360页

作者：牛凤丽王科荣任闯刘宁朱楠楠朱永伟南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016 金华职业技术学院机电工程学院浙江金华321000

目的探究金刚石颗粒的一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫磨损的影响规律,提高固结磨料垫的自修整、加工性能及经济耐用度。方法选择14、8、5、1μm等4种粒度的金刚石颗粒,采用烧结法制备聚集体金刚石磨料,并将其用于制备固结聚集体金刚... 详细信息

目的探究金刚石颗粒的一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫磨损的影响规律,提高固结磨料垫的自修整、加工性能及经济耐用度。方法选择14、8、5、1μm等4种粒度的金刚石颗粒,采用烧结法制备聚集体金刚石磨料,并将其用于制备固结聚集体金刚石磨料垫。在CP-4抛光测试系统平台上开展研磨试验,在线获取加工过程中的力信号和摩擦因数。对比4种粒径的固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率、研磨比、研磨前后磨料垫的微观形貌、碎屑的形貌及尺寸分布,分析固结磨料垫的磨损过程及其演变规律。结果随着金刚石颗粒粒径的增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率由0.2μm/min(金刚石颗粒为1μm)增加到3.5μm/min(金刚石颗粒为14μm),研磨比由2.02增加至14.33。大粒径(≥5μm)的固结磨料垫研磨后,表面仍有锋利的金刚石微切削刃,研磨过程中的切向力和摩擦因素保持稳定,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损形式以金刚石颗粒的脱落为主;超细粒径(≤1μm)固结磨料垫表面的金刚石颗粒出现堵塞现象,并且研磨过程中的切向力和摩擦因数持续下降。结论随着金刚石颗粒的一次粒径增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率增加,自修整能力、材料去除能力和加工过程稳定性得到提升,进入稳定磨损期的时间缩短。

关键词：一次粒径聚集体金刚石磨料固结磨料垫磨损速率磨损机制

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超薄激光晶体固结磨料研磨抛光研究

超薄激光晶体固结磨料研磨抛光研究

作者：明舜南京航空航天大学

学位级别：硕士

钇铝石榴石（YAG）晶体具有晶场分裂能高、易于稀土离子掺杂、光转效率高和长时间工作不产生色心等优点,是应用最广泛的激光晶体之一;以超薄YAG晶体为增益介质的薄片激光器广泛应用于激光点火、测距、导弹拦截、轨道空间碎片清理、医学... 详细信息

钇铝石榴石（YAG）晶体具有晶场分裂能高、易于稀土离子掺杂、光转效率高和长时间工作不产生色心等优点,是应用最广泛的激光晶体之一;以超薄YAG晶体为增益介质的薄片激光器广泛应用于激光点火、测距、导弹拦截、轨道空间碎片清理、医学美容等军事、国民经济领域。固结磨料研磨抛光技术具有平坦化能力优、对抛光液依赖性小、对工件形貌选择性高、工艺可控性强等优点。本文采用固结磨料研磨抛光YAG晶体,探索适合YAG晶体加工的固结磨料研磨垫和抛光垫,研究固结磨料研磨和抛光YAG晶体的优化工艺参数,研究控制超薄工件加工过程中破损的应对策略,设计超薄YAG晶体加工工艺路线,获得了超薄YAG晶体固结磨料研磨抛光加工工艺方法。本文的主要研究工作和研究成果如下:（1）确定了适合YAG晶体加工的固结磨料研磨垫和抛光垫及优化工艺参数。固结磨料研磨YAG晶体时,应选择硬度较大的基体和粒径为15-25μm的金刚石磨粒制备固结磨料研磨垫;当研磨压力为32.7 k Pa,研磨垫转速为75 r/min,转速比为1时,固结磨料研磨YAG晶体的效果最佳。固结磨料抛光YAG晶体时,应选择硬度适中（为II）的基体和粒径为3-5μm的金刚石磨粒制备固结磨料抛光垫;当抛光压力为48.3 k Pa,抛光垫转速为70 r/min,转速比为1,抛光液p H值为10时,固结磨料抛光YAG晶体的效果最好。（2）超薄YAG晶体研抛过程中的破损控制研究。采用Griffith断裂理论计算YAG晶体内裂纹发生扩展时的最大工作应力,分析不同工艺条件下超薄YAG晶体抛光时所受到的应力。研究了YAG晶体厚度、粘贴方式、抛光压力对应力大小和分布的影响,并与最大工作应力对比,确定了YAG晶体加工的粘贴方式为垫边粘贴法,得到了垫边YAG晶体的最优尺寸为10 mm×20mm,研抛超薄YAG晶体时,垫边晶体的破损极限为3 mm。（3）获得了优化的超薄YAG晶体的固结磨料研抛工艺。设计了固结磨料研抛超薄YAG晶体的工艺流程,比较三角粘贴法和垫边粘贴法加工的超薄YAG晶体,发现垫边粘贴法更适合加工超薄YAG晶体加工,从而验证了仿真的结果。在工件自转的基础上,增加摆动,采用摆动法固结磨料研抛YAG晶体,并得到了研磨优化的工艺参数为:研磨压力43.6 k Pa,研磨垫转速80 r/min,摆速40摆/min;抛光优化的工艺参数为:抛光压力43.6 k Pa,抛光垫转速60 r/min,摆速40摆/min。摆动法固结磨料研抛出的超薄YAG晶体厚度更薄（厚度为0.142 mm）、效率更高（研磨效率提高了1.42倍）、平面度更好（平面度为1.523 wv）,是超薄YAG晶体的有效加工方式。

关键词：固结磨料研抛固结磨料垫超薄钇铝石榴石晶体垫边粘贴法摆动法

偏置量对固结磨料小工具头抛光面形收敛效率的影响

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表面技术 2021年第12期50卷 130-139页

作者：徐成宇张云刘纪东朱永伟南京航空航天大学机电学院南京210016 清华大学机械工程系北京100080

目的解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率。方法提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具... 详细信息

目的解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率。方法提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具头去除函数实验模型,并验证抛光小工具头理论去除函数合理性,基于CCOS技术原理建立工件表面定量去除模型,通过虚拟加工实验探索偏置量对固结磨料小工具头抛光钛合金后的面形收敛效率的影响。结果归一化理论去除函数曲线与实验曲线吻合度较高,定点抛光去除函数仿真模型能够很好地预测定点抛光斑的去除轮廓形状。抛光小工具头抛光钛合金的面形误差随偏置量增加,呈现先减小、后增大的趋势,无偏置的抛光小工具头抛光后,面形数据均方根(RMS)收敛效率为54.56%,波峰值与谷峰值之差(PV)的收敛效率为60.21%,当抛光小工具头偏置量为1.5 mm时,抛光后的RMS收敛效率达到最高,为73.83%,PV收敛效率为69.68%。结论固结磨料小工具头去除函数理论模型可指导确定性材料去除,偏置量为1.5 mm时的抛光小工具头具有最强的修正误差能力,可以显著提高固结磨料小工具头抛光工艺的面形收敛效率。

关键词：固结磨料垫抛光小工具头去除函数偏置量面形收敛

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固结磨料研磨石英玻璃的工艺参数优化

金刚石与磨料磨具工程 2020年第5期40卷 90-95页

作者：王占奎杨亚坤逄明华马利杰梁明超李勇峰苏建修河南科技学院机电学院河南新乡453003

以石英玻璃的材料去除率和表面粗糙度为评价指标,以转速(A)、压力(B)和研磨液种类(C)为影响因素,进行石英玻璃固结磨料研磨正交试验,对其试验结果进行回归分析并建立3因素下石英玻璃材料去除率和表面粗糙度的影响规律模型。结果表明:影... 详细信息

以石英玻璃的材料去除率和表面粗糙度为评价指标,以转速(A)、压力(B)和研磨液种类(C)为影响因素,进行石英玻璃固结磨料研磨正交试验,对其试验结果进行回归分析并建立3因素下石英玻璃材料去除率和表面粗糙度的影响规律模型。结果表明:影响石英玻璃材料去除率的显著性因素顺序为B>C>A,影响其表面粗糙度的显著性因素顺序为A>B>C。材料去除率最佳的研磨工艺参数组合为转速100 r/min,压力27.580 kPa,三乙醇胺研磨液;表面粗糙度最佳的工艺参数组合为转速100 r/min,压力27.580 kPa,乙二胺研磨液。同时,材料去除率与转速的关系为二次函数形式,材料去除率与压力的关系为指数函数形式;而表面粗糙度与转速及压力的关系均为幂函数形式。以材料去除率为优先考虑目标时可选择三乙醇胺研磨液,以表面质量为优先考虑目标时则可选择乙二胺研磨液。

关键词：石英玻璃固结磨料垫研磨材料去除率表面质量