三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

分析了三维超声振动辅助铣磨(Ultrasonic Vibration Assisted Grinding,UAG)中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.

微粉金刚石表面镀钛对钎焊磨具性能的影响

在微粉金刚石磨具的制备过程中,金刚石热损伤和磨粒与结合剂间界面特性是影响磨具性能的主要因素。利用电铸与钎焊相结合的工艺把表面镀钛和未镀钛两种微粉金刚石磨料制备成磨具,并将其用于氧化铝陶瓷的磨削试验。通过对钎焊后金刚石磨粒与钎料的界面分析,磨削力、磨粒脱落率以及工件表面粗糙度的比较,探讨磨粒表面镀钛对钎焊微粉金刚石磨具性能的影响。结果表明,镀钛微粉金刚石表面镀层在钎焊过程中对微粉金刚石起到包裹隔离的作用,可以降低微粉金刚石的热损伤和石墨化;在利用两种钎焊微粉金刚石磨具磨削氧化铝陶瓷时,镀钛微粉金刚石磨具的磨削力较小,磨料的脱落率也较少,且工件表面粗糙度值更低。综合比较,磨粒表面镀钛后,可以减弱微粉金刚石的热损伤,提高磨具的磨削性能。

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。

径向超声锯切系统的实现及其应用探索

超声加工为硬脆性材料零件制造提供了一种高效精密加工方式,随着对超声加工研究的不断深入,超声辅助加工的形式也越来越多,提出一种结合径向超声振动辅助超薄金刚石锯片进行光学玻璃材料锯切研究。利用Pro/E建模与有限元分析手段,对采用二级变幅杆来实现超声振动方向的轴-径向转变进行了设计和仿真,完成了径向超声振动锯切装置的设计制造,并利用该装置,进行了光学玻璃的锯切试验,探索径向超声振动中单颗磨粒最大切削厚度对锯切过程机理的影响,试验结果表明在超声锯切过程中,单颗磨粒最大切削厚度对锯切比能的影响并不显著,而传统锯切方式中锯切比能随之增大而减小,这与光学玻璃材料在锯切过程中的材料去除方式有着一定关系,超声锯切过程中材料更多以脆性断裂方式去除,同时,超声振动在锯切过程中减少了金刚石锯片与工件间的摩擦,从而降低其能耗。

径向超声振动辅助锯切光学玻璃

本文通过在锯切用超薄切割砂轮的径向上辅加超声振动的方法,对两种不同物理特性的光学玻璃进行锯切加工实验,探索了径向超声振动对光学玻璃锯切过程的影响。理论分析了超声振动锯切过程中的锯切力和锯切比能,给出了单颗磨粒在普通锯切与超声振动锯切时的切削路径。采用有无超声振动辅助锯切两种方式对K9玻璃和石英玻璃进行锯切实验,分析了超声振动对光学玻璃锯切力和锯切比能的影响。结果表明,相比于普通锯切方式,除了受到加工参数的影响外,超声振动辅助加工时K9玻璃和石英玻璃的锯切力减少幅度分别在30%～50%和50%～65%,锯切比能分别减少了30%～45%和50%～60%。径向超声振动辅助锯切使材料产生微破碎,具有减小锯切力和比能的作用,因此有利于提高光学玻璃材料锯切效率和改善加工质量。

特种陶瓷端面磨削的实验研究

本文采用不同粒度、不同浓度的树脂结合剂金刚石砂轮 ,对两种典型的特种陶瓷材料ZrO2 与Si3 N4 进行了端面磨削实验研究 ;通过在线监测磨削力和功率消耗 ,并结合加工表面的SEM微观分析 ,探讨了ZrO2 与Si3 N4 陶瓷表面的形成特征及材料的去除机理。

超声波振动冲击对锯切过程中锯片自锐性的影响研究

超声波振动辅助加工是一种很好的加工硬脆材料的方法,而且超声波振动冲击能够对金刚石磨具进行修锐。通过观察氧化铝陶瓷材料超声波振动辅助锯切过程中金刚石锯片表面磨粒和结合剂形貌变化、测试分析锯切力及力比的变化特征,研究超声波振动冲击对锯切过程中金刚石锯片自锐性的影响。在超声振动辅助锯切过程中锯片结合剂可被连续地去除使得其工作表面不断有新的磨粒出露,而且金刚石磨粒保持着合适的出刃高度和容屑空间,磨粒表面还可以被微破碎形成微切削刃,因此,保持金刚石锯片工作面得以保持着稳定的锐利性,这也使得在锯切过程中的锯切力和力比不随锯切行程的累积而明显增大。

高速锯切单晶硅的锯切力和锯缝崩边研究

探讨在单晶硅的高速精密锯切中,锯切用量与锯切崩边幅度大小之间的关系。通过使用金刚石薄锯片对单晶硅进行高速锯切,测量和分析不同参数下的锯切力,并结合锯切力比来分析金刚石锯片对单晶硅的锯切中力与崩边相互联系的特征。结果表明:在高速锯切单晶硅过程中,锯切深度、进给速度增大都能引起锯切力与力比的增大,也造成了单晶硅崩边情况更加严重。但是转速的提高则可以使锯切力大幅降低,并有效抑制加工过程中沟槽侧面的崩边问题。锯切深度与进给速度的增加引起锯切力增大时使单晶硅材料更加倾向于脆性断裂而被去除,但是提高转速降低锯切力后可使单晶硅渐转化为塑性去除,有效提高了加工产品质量。

旋转超声锯切光学玻璃的表面形成机理研究

目的探究不同物理性能光学玻璃锯切加工的表面形成机理,以及旋转超声锯切过程中径向振动冲击对其表面特性的影响。方法首先通过显微压痕实验,对比K9与石英两种光学玻璃的硬度与断裂韧性,计算其各自的临界切削深度,并用LS-DYNA进行单颗磨粒切削的有限元仿真,分析不同物理性能光学玻璃的表面形成机理。然后对其进行旋转超声锯切(RotaryultrasonicsawingRUS)和普通锯切(ConventionalsawingCS)实验,分析径向超声振动对不同物理性能的光学玻璃表面特性的影响。结果 K9、石英玻璃的断裂韧性分别为5.232 MPa·m0.5和1.644 MPa·m0.5,临界切削深度为4.288μm和0.012μm。仿真结果表明,加工过程中,超声振动将单颗磨粒的最大切削厚度由1.1767μm提高为8.001μm。对石英与K9玻璃进行锯切试验的结果显示,对于K9玻璃,旋转超声锯切后,沟槽底部粗糙度Pa与峰谷值Pv相对普通锯切大幅降低,但石英玻璃下降幅度不大。结论超声振动增大了单颗磨粒切削厚度,使得K9玻璃的材料去除方式由部分塑性去除转变为完全脆性断裂去除,致使表面层产生微破碎,避免了传统加工过程中产生的大面积破碎和裂纹,进而提高表面粗糙度。石英玻璃因为临界切深小,在普通锯切中即为脆性去除,超声振动的影响效果稍小,对加工后表面粗糙度的影响不大。

ELID磨削后石材的表面微观特性研究

用不同粒度金刚石砂轮及EL ID技术精密磨削两种典型的天然石材,跟踪观察天然石材在EL ID磨削过程中表面形貌变化、加工后的表面粗糙度以及表面光泽度,并通过扫描电子显微镜和三维表面构造分析仪分析加工后的石材表面。实验结果表明,利用超细粒度金刚石砂轮进行EL ID磨削可在石材主要矿物上获得粗糙度极低的光滑表面,但无法消除石材与生俱来的裂隙、晶界等缺陷,正是这些缺陷限制了表面光泽度的进一步提高。

利用超声振动锯切硅片中的磨粒作用机制

为研究超声振动对单晶硅划片断面形貌形成机制的影响,建立了超声振动磨粒的运动轨迹方程,运用MATLAB软件对磨粒轨迹进行仿真。分别对单晶硅片进行径向振动旋转超声锯切和普通锯切,并对其断面形貌进行观察。结果表明:使用径向振动旋转超声锯切所产生的表面划痕为相互交错的波浪形,而普通锯切所产生的划痕为直线型,实验结果验证了磨粒运动轨迹理论分析的正确性。

结合在线电解修锐高效磨削陶瓷密封件研究

本文通过设计制作金属结合剂金刚石磨具 ,结合电解修锐技术对Al2 O3 陶瓷密封件进行了研磨式磨削实验。在实验过程中通过检测磨具表面的磨粒出露高度及陶瓷材料的去除量 ,评价该磨削工艺在陶瓷材料密封件加工中的应用效果。结果表明 ,电解修锐可有效地修锐金属结合剂金刚石磨具 ,在加工过程中使磨具保持良好的切削能力。因此材料去除量较大 ,加工工时短 。

花岗石加工用金刚石-金属复合材料磨损机理研究

本文通过大量实验过程，跟踪观察了花岗石锯切过程中金刚石－金属复合材料在各种加工条件下的磨损状态；探讨了花岗石种类、金刚石、金属合金结合剂等因素对磨损状态的影响。最后，分析了磨、抛过程中金刚石的磨损特点，并提出了相应的解决措施。

实现花岗石高效锯切的关键因素分析

分析了锯切花岗石过程中金刚石节块磨损机理。探讨了不同品质金刚石的失效特点及其对结合剂的要求，指出在同一节块中使用混合品质金刚石是造成金刚石非正常失效的直接原因。在分析了锯切中节块表面载荷分布特征的基础上，提出沿节块表面不同载荷区域使用不同品质金刚石和相应结合剂系统。试验结果表明，在节块成本和节块耐磨度不变的前提下，金刚石非正常失效率大大下降，锯切效率提高了６０％。

材料成型实验教学中心教学体系的研究

材料成型实验教学中心根据专业、课程设置等特点,采用系统化、模块化的实验教学模式,循序渐进地提升学生的专业技能。结合各专业学生特点以及实验课程性质,实行多元化化的实验考核方法以及开放式、标准化的管理模式,突出学生的主体性和能动性。提出"工学一体化"的培养模式,提高学生的工程素质,提升学生综合分析问题、解决实际问题的能力。

结合剂中金刚石固位机理及提高固位能力的技术

探讨了结合剂在金刚石节块锯切花岗石过程中所起的固位作用及固位机理。指出在设计结合剂时应努力提高结合剂的固位能力，保证金刚石实现最佳工作状态。从添加碳化物形成元素、稀土元素，采用镀膜金刚石以及合理使用金刚石等方面讨论了提高节块工作中结合剂固位能力的手段及作用机理。

锯、磨过程中花岗石去除机理及其对锯切过程影响

本文观察了几种典型花岗石已锯切表面形貌特征，探讨了花岗石中不同造岩矿物的断裂机理及其对锯切过程的影响。研究结果表明：不同矿物的变形特征是决定金刚石失效过程的关键；不同的锯切条件会造成不同的单颗磨粒最大岩屑厚度，进而对花岗石解理的进行和裂纹的扩展产生影响。

花岗石锯切过程中的比能变化特征

金刚石圆盘锯已成为目前切割花岗石的最主要工具,对锯切过程进行深入地研究对于降低加工成本和提高加工效率有着非常重要的意义。能量消耗对所有加工过程都起着重要的作用,本文着重围绕在不同的加工参数下锯切花岗石时主轴电机消耗功率的变化情况,并结合比能u与单颗金刚石磨粒最大切削厚度hmax的对应关系对花岗石锯切过程中的能量特征进行量化研究。

稀土对微粉金刚石磨具使用性能影响的研究

本文通过添加稀土元素，探讨了稀土在改善微粉金刚石—铜锡合金复合材料的烧结性质、提高其使用性能方面的作用。实验结果显示，由于稀土的加入使得磨具表面结合剂明显得到细化，金刚石与结合剂界面结合状态大大改善，保证了磨具工作过程中金刚石微粉的有效出刃和正常工作，从而有效的保证了陶瓷的高效。

岩石切削过程中破坏机制的离散元分析

利用离散单元方法(DEM)对两种不同属性的花岗石样本模型进行了切割模拟,通过调整不同的切削参数计算并分析了岩石切削过程中的切削力、切削深度、切削比能及切削力倾角的变化规律,从细观上探讨了临界切深对岩石脆性破坏模式和塑性破坏模式及其转变的影响,指出了当切削深度逐渐增大时,破坏模式依次从塑性破坏模式到过渡破坏模式最后转变为脆性破坏模式,同时切削力倾角并不随切削深度变化。将离散单元法分析的结果与实际实验进行了比较,表明该方法是合理的。