氧化锆陶瓷超声辅助磨削材料去除机理试验研究

为研究超声振动作用对先进陶瓷磨削材料去除机理的影响,文章在超声振动方向垂直于磨削表面条件下,采用钎焊磨头对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削(ultrasonic assisted grinding,UAG)试验。基于磨削表面微观形貌、磨削力和磨削比能分析,对变磨削深度条件下普通磨削(conventional grinding,CG)与超声辅助磨削的材料去除机理进行了对比。结果表明:当磨削深度低于10μm时,两种方法对应的表面材料去除机理均以塑性去除为主,且普通磨削表面伴有片层状破碎,而超声辅助磨削表面则存在尺寸细小的纹路状微破碎,同时磨削力与磨削比能也较低。当磨削深度超过10μm后,材料去除机理均转变为脆性断裂模式,且加工表面出现微裂纹,但相同条件下超声辅助磨削表面微裂纹尺寸较小。

单颗CBN磨粒超声振动辅助磨削AISI 304材料去除机理

为了解释超声作用下磨粒切削材料的去除机理,对单粒磨削过程进行了分析,建立了未变形切削厚度和磨粒与试件的固定速度比(vs/vw)的数学模型.在AISI 304试件上进行了固定速度比的普通磨削(conventional grinding,CG)、切向超声振动辅助磨削(tangential ultrasonic vibration assisted grinding,TUVAG)以及径向超声振动辅助磨削(radial ultrasonic vibration assisted grinding,RUVAG)的单颗粒试验.结果表明,在固定速度比条件下,试件在CG与TUVAG作用下都是以塑性变形的形式去除,但超声辅助显著提高了材料去除率.试件在RUVAG作用下材料的去除方式与未变形切削最大厚度agmax的值息息相关.agmax小于0.8μm时,试件表现为脆性断裂的形式去除;之后随着agmax逐渐增大,试件转变为塑性变形的形式去除.

基于单颗磨粒磨削的SiCp/Al材料去除机理研究

基于单颗磨粒磨削的仿真和实验,研究了SiCp/Al复合材料的去除机理,并对体积分数为20%和55%的SiCp/Al材料加工表面/亚表面质量进行对比研究。通过建立单磨粒磨削SiCp/Al材料的有限元仿真模型,对材料的去除过程进行仿真模拟,研究了不同磨削深度对表面/亚表面质量的影响;通过单磨粒磨削实验验证了仿真结果的准确性,并深入研究体积分数分别为20%和55%的SiCp/Al材料的表面形貌,分析了Al基体与SiC颗粒的去除方式,此外,还研讨了SiC颗粒的塑性去除条件。最后,通过对磨屑形貌的分析,进一步研究了材料的去除机理。

基于单颗金刚石划擦的单向C_(f)/SiC复合材料去除机理

为研究单向C_(f)/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理。试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,相同参数下SB方向信号值更大,信号波动更剧烈。结合声发射信号与SEM形貌分析,得出材料在不同方向的划擦去除行为,材料以脆性去除为主,SA方向纤维以拉伸断裂和纤维拔出为主,SB方向纤维主要断裂方式为弯曲断裂和剪切断裂。根据SEM形貌分析,阐述去除行为的形成过程,即解释材料划擦去除机理。

飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理

超短脉冲激光微加工技术以其独特的优势,尤其是对硬脆难加工类宽带隙材料的精密处理,而使其成为微结构加工中的研究热点。利用飞秒激光微加工系统对宽带隙材料SiC的烧蚀特性进行理论和试验研究。应用扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜等检测技术对样品的烧蚀形貌进行检测,以分析烧蚀区域的形貌特征及微结构质量。依据烧蚀孔径和入射脉冲激光能量之间的函数关系,得出SiC材料的烧蚀阈值为0.31J/cm2,并估算出光束的束腰半径为32μm。研究脉冲数目、重复频率和入射激光功率等对加工微结构形貌的影响规律,根据试验参数加工出形状规则的微孔结构,并对微结构的烧蚀形貌及材料的去除机理进行分析,为实现微结构的精密加工提供了重要的指导。

陶瓷磨削材料去除机理的研究进展

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,为了开发新的高效、低成本、低损伤加工陶瓷的方法 ,需要更深入地揭示其加工机理。介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展 ,就其进行了一定的讨论 ,并得出相关的结论。

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理研究

基于磨粒特征尺寸与砂轮、工件间液膜厚度比值的变化,研究了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理。分析了在两体加工及三体加工模式条件下,单颗磨粒运动特点以及磨粒由两体研磨加工向三体抛光加工转变的临界条件。实验证明,砂轮约束磨粒喷射光整加工中,随着加工循环的增加,工件表面微观形貌变化规律与理论分析相同,实验结果和理论分析吻合很好。

光学材料抛光亚表面损伤检测及材料去除机理

抛光后光学元件仍然存在亚表面损伤,它降低光学元件的抗激光损伤能力和光学性能,为去除抛光亚表面损伤以提升光学元件使用性能,需要对其进行准确检测和表征。首先,采用恒定化学蚀刻速率法和二次离子质谱法分别检测水解层深度和抛光杂质的嵌入深度。然后,使用原子力显微镜检测亚表面塑性划痕的几何尺寸。通过分析表面粗糙度沿深度的演变规律,研究浅表面流动层、水解层和亚表面塑性划痕间的依存关系。最后,建立抛光亚表面损伤模型,并在此基础上探讨抛光材料去除机理。研究表明:水解层内包括浅表面流动层、塑性划痕和抛光过程嵌入的抛光杂质;石英玻璃水解层深度介于76和105nm之间;抛光过程是水解反应、机械去除和塑性流动共同作用的结果。

陶瓷磨削的材料去除机理

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,为了开发新的高效、低成本、低损伤加工陶瓷的方法 ,需要更深入地揭示其加工机理。本文介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展 ,就其进行了一定的讨论 。

纳米磨削过程中加工表面形成与材料去除机理的分子动力学仿真

目前 ,以线性断裂力学为基础的加工理论对解释微切削加工机理还存在不足 .分子动力学分析的方法在研究纳米尺度或原子尺度下的固体变形方面具有独特的优势 ;辅以压痕挤压机理分析 ,解释纳米磨削过程中加工表面形成和材料去除机理 .研究表明 :静水压力对非结晶变形程度影响很大 ;晶格重构原子与一部分非晶层原子堆积在磨粒的前上方 ,由于磨粒不断前移 ,最终形成磨屑而实现材料去除 ,处在磨粒前下方的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 ;变质层由内外两层组成 ,外层是非晶层 。

软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理

基于阿伦尼乌斯原理和分子振动理论,分析了软性抛光粒子、石英玻璃和抛光垫之间的弹性与超弹性接触,研究了用软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理。基于理论研究进行了大量的抛光试验,建立了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率模型。理论计算与试验结果表明:在石英玻璃化学机械抛光中,材料的去除主要由抛光粒子与石英玻璃的界面摩擦化学腐蚀作用来实现;单个抛光粒子压入石英玻璃的深度约为0.05nm,且材料去除为分子量级;石英玻璃表层的分子更易获得足够振动能量而发生化学反应实现材料的去除;抛光压力、抛光液中化学试剂种类和浓度以及石英玻璃试件与抛光盘的相对运动速度决定了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率大小。

固结磨料化学机械研抛K9玻璃的材料去除机理

采用失重法对固结磨料研抛K9玻璃材料去除过程中的机械与化学作用进行了分离,采用显微硬度方法分析了研抛液对K9玻璃工件表层硬度的影响.研究结果表明:研抛液能与K9玻璃发生化学反应并在其表面形成一层较基质材料软的变质层,变质层厚度随浸泡时间的延长而增加;单纯研抛液的化学作用对K9玻璃的材料去除作用有限,固结磨料研抛垫对K9玻璃的机械去除作用主要以脆性去除为主,化学与机械的交互作用是K9玻璃影响材料去除的主要方式;当研抛盘转速为200 r/min时,化学作用与机械作用达到平衡,交互作用最为强烈,材料去除率达到最大值.

超细晶粒硬质合金磨削的材料去除机理研究

在使用金刚石砂轮的平面磨床上进行了超细晶粒WC-Co硬质合金的磨削实验研究,通过扫描电子显微镜观察磨削表面形貌,利用X射线能谱仪进行磨削表面元素微区分析,对不同磨削条件下超细硬质合金的材料去除机理进行了研究。研究结果表明:超细硬质合金磨削过程中,随砂轮粒度的增大或切深的增加,材料去除方式渐由滑擦、耕犁向脆性断裂、材料粉末化转变。磨削表面黏结相分布受材料去除方式的影响,以耕犁方式去除的磨削表面Co相分布不均匀程度最大。

发动机缸套高效超声珩磨的材料去除机理研究

建立了发动机缸套 (塑 脆性材料 )高效超声珩磨的材料去除率理论模型 ,给出了普通和超声珩磨的材料去除率公式 ,分析了超声珩磨材料的高效去除机理。试验验证了理论模型的正确性。研究表明 :超声珩磨方法对于不同材料的发动机缸套来说 。

纳米结构硬质合金磨削的表面形貌和材料去除机理研究

在使用金刚石砂轮的精密平面磨床上进行纳米结构硬质合金的磨削实验研究,通过扫描电子显微镜观察磨削表面形貌,利用表面轮廓仪测量磨削表面粗糙度。分析金刚石砂轮粒度和结合剂类型、设定切深和工作台进给速度对表面质量的影响,讨论磨削过程中材料的去除机理。研究结果表明:表面粗糙度随单颗磨粒最大未变形切屑厚度单调递增;在相同砂轮设定切深条件下,砂轮粒度影响表面粗糙度;树脂砂轮更适宜磨削纳米结构硬质合金;材料主要以非弹性变形方式去除。

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响

碟轮修整方法可以实现对单层钎焊金刚石砂轮的精密修整,改善磨粒等高性,提高加工表面质量。为了探究此种修整方法对磨削SiC陶瓷的材料去除机理的影响,建立了砂轮修整量与单颗磨粒最大切厚之间影响关系的理论模型,并且进行了单层钎焊金刚石砂轮的碟轮修整实验,在修整过程中又进行了SiC陶瓷的磨削实验。从砂轮磨粒形貌及磨削表面形貌角度对磨削过程中的材料去除机理进行了研究。结果表明,碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮增加了砂轮表面动态有效磨粒数,减小了单颗磨粒最大切厚,使SiC陶瓷的材料去除方式从修整前的脆性断裂转变为塑性变形,最终实现了SiC陶瓷的延性域磨削。

铜化学机械抛光材料去除机理研究

本文根据铜CMP过程中表面材料的磨损行为,建立了铜CMP时的材料去除率构成成分模型,并通过材料去除率实验,得出了各机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率及其作用率:当np=nw=200r/min时,有最佳材料去除率,此时单纯的机械作用率为9.2%;单纯的化学作用率为仅为2.1%,抛光垫的机械与化学交互作用率为5.08%;磨粒的机械与化学交互作用率为83.6%。通过对实验结果进行分析,可得如下结论:硅片化学机械抛光中,一定的参数下有一个最优的抛光速度;在最优的速度下,机械与化学之间交互作用达到平衡,这时可获得最高的材料去除率;硅片化学机械抛光过程是一个多变的动态过程,仅仅通过增加机械作用或化学作用不能获得理想的材料去除效果。本文的研究结果可为进一步研究硅片CMP时的材料去除机理提供理论参考依据。

超声振动辅助磨削脆性材料去除机理

脆性材料塑性去除有利于提高加工表面质量。采用切向、轴向和径向超声振动辅助磨削加工方法,对烧结钕铁硼NdFeB永磁材料去除机理进行了试验研究,结合脆性材料去除脆-塑性转变临界条件,分析了不同超声振动辅助方式对材料去除机理的影响。分析得出以下结论:轴向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性剪切的方式去除;切向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性方式去除,同时伴有少量沿晶断裂;径向超声振动辅助磨削加工过程中,工件材料主要以断裂破碎的方式去除,而且加工表面残留裂纹。因而,轴向超声振动辅助磨削最有利于实现脆性材料塑性去除。

纳米加工和材料去除机理研究

针对钠米技术、微型机械在未来工程应用中对纳米级加工的要求,提出将扫描探针显微镜的技术和原理应用于纳米机械加工过程,实现纳米量级加工的可控性和加工结果的可观察性。给出了采用该方法进行纳米切削加工的试验结果,表明这一方法具有稳定、可靠的微加工性能。观察结果显示了材料去除加工的微观过程,被去除材料在刃前发生剪切变形前,与之约成90°的前刀面方向上切屑已充分变形。

纳米结构Al_2O_3/13TiO_2涂层精密磨削的材料去除机理的研究

应用扫描电镜对纳米结构Al2O3/13TiO2(n-Al2O3/13TiO2)涂层精密磨削后的表面/亚表面形貌进行观察和分析,结合对n-Al2O3/13TiO2 精密磨削的单颗磨粒磨削力、磨削力分力比和比磨削能的磨削实验结果的分析,揭示了n-Al2O3/13TiO2 涂层精密磨削的材料去除机理。研究表明,在大多数磨削条件下,n-Al2O3/13TiO2 陶瓷涂层磨削的材料去除机理主要是以材料碎裂和材料压碎等脆性去除方式为主,同时也存在一定的材料粉末化以及极少的显微塑性变形等方式。研究结论对纳米结构陶瓷涂层的工业化应用具有重要的理论和实用价值。