小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。

基于MOGWO的45#钢表面激光抛光工艺参数多目标优化

目的提高45#钢表面激光抛光后的成形质量,提出一种激光抛光工艺参数多目标优化方法。方法构建基于功率、扫描速度、搭接距离的三因素三水平激光抛光试验,并分别应用粗糙度测量仪、显微硬度计和超景深三维显微镜测试抛光层的粗糙度、显微硬度和抛光层深度。基于试验数据,分别应用指数模型和二阶响应面模型构建抛光工艺参数与表面粗糙度、显微硬度、抛光深度的回归预测模型,并对2种模型的预测精度进行对比分析。采用多目标灰狼优化算法(MOGWO)结合优劣解距离法(TOPSIS)-CRITIC综合评价决策体系对抛光工艺参数进行寻优和多属性决策。结果二阶响应面模型具有更高的预测精度,能够更好地反映激光抛光工艺参数与各响应目标之间的映射关系。当功率为113W、扫描速度为3m/min、搭接距离为0.13 mm时,粗糙度值Ra从11.563μm降至5.713μm,降幅为50.59%,显微硬度从185.9HV0.5升至364.7HV0.5,升幅为96.18%,此时的抛光深度为0.051 mm,最大相对误差为7.84%。结论此方法可以为其他金属材料表面激光抛光质量预测模型的构建及工艺参数寻优提供借鉴。

超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析

为了揭示超声振动辅助抛光(ultrasonic vibration-assisted polishing,UVAP)氮化镓(GaN)的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓(GaN)材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。

新型钢抛光液中磨料的种类及其性能研究进展

磨料在抛光液中主要起机械作用,磨料的理化性质,如硬度、粒径、浓度等,是影响化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)性能的重要因素,对抛光效率有较大影响。针对我国抛光液对外依赖、需求量大,但精度等指标达不到市场要求等问题,同时由于磨料在抛光液的抛光性能中起着至关重要的作用,因此寻求效果更好的改性磨料或新型磨料材料,以促进化学机械抛光技术的发展势在必行。故此,归纳汇总近年来国内外研制出的新型钢抛光液,聚焦于抛光液磨料这一重要组分中不同物质的物化性质及其作用,对抛光性能(如材料去除率、表面粗糙度和光泽度等)的影响等,分类别阐述了不同物质的优劣势、复配协同作用以及在现有抛光液中的效果,为之后抛光液配方研究中磨料的选择提供参考。归纳总结发现,混合与复合磨料较单一磨料有较大的提升,稀土掺杂、核/壳结构等改进存在较大的研究价值,组分间的复配协同作用对抛光性能的提升有一定作用。最后,基于目前钢抛光液应用中存在的问题以及现有的具有前景的技术,对钢抛光液中磨料的发展进行了展望。

蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液p H、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果。方法 采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化。结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后9h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。

基于自转一阶非连续式微球双平盘研磨的运动学分析与实验研究

目的分析不同研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距和固着磨料粒度对微球精度的影响,确定自转一阶非连续式双平面研磨方式在加工GCr15轴承钢球时的最优研磨参数,提高微球的形状精度和表面质量。方法首先对自转一阶非连续式双平盘研磨方式微球进行运动学分析,引入滑动比衡量微球在不同摩擦因数区域的运动状态,建立自转一阶非连续式双平盘研磨方式下的微球轨迹仿真模型,利用MATLAB对研磨轨迹进行仿真,分析滑动比对研磨轨迹包络情况的影响。搭建自转一阶非连续式微球双平面研磨方式的实验平台,采用单因素实验分析主要研磨参数对微球精度的影响,得到考虑圆度和表面粗糙度的最优参数组合。结果实验结果表明,在研磨压力为0.10 N、下研磨盘转速为20 r/min、保持架偏心距为90 mm、固着磨料粒度为3000目时,微球圆度由研磨前的1.14μm下降至0.25μm,表面粗糙度由0.1291μm下降至0.0290μm。结论在自转一阶非连续式微球双平盘研磨方式下,微球自转轴方位角发生突变,使研磨轨迹全覆盖在球坯表面。随着研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距的增大,微球圆度和表面粗糙度呈现先降低后升高的趋势。随着研磨压力与下研磨盘转速的增大,材料去除速率不断增大,随着保持架偏心距的增大,材料去除速率降低。随着固着磨料粒度的减小,微球的圆度和表面粗糙度降低,材料去除速率降低。

单晶SiC的化学机械抛光及辅助技术的研究进展

由于单晶碳化硅(SiC)的传统化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)技术加工效率低,故提高SiC表面质量和材料去除率成为研究热点.总结了CMP中抛光液的主要成分,比较了CMP辅助抛光技术对单晶SiC抛光性能和作用机理的影响,并对单晶SiC-CMP技术的未来发展进行了展望.

旋转磁场磁流体研磨锗片的多物理场耦合数值模拟

为了提高锗片的表面质量,采用旋转磁场磁流体研磨的方法,以数值模拟为研究手段,研究锗片表面在固液两相流作用下的材料去除行为。依据磁流体的研磨原理建立仿真模型,从磁流体研磨的工艺参数出发,结合有限元分析以表面力学特性为切入点,分析不同励磁间隙、磁极转速、颗粒相体积分数等加工参数对锗片表面质量的影响,确定其最佳加工工艺参数,并进行磁流体研磨试验。结果表明:在励磁间隙为5 mm,磁极转速为1000 r/min,颗粒相体积分数为25%时,经过60 min研磨,锗片的表面质量得到有效改善,其表面粗糙度Ra由500 nm下降到47 nm,实现了锗片表面微小的塑性材料去除。

430不锈钢厚规格冷板表面短擦状白印缺陷分析与控制

430不锈钢厚规格冷板在冷轧生产过程中表面出现了严重的短擦状白印缺陷,通过大量的现场试验研究,分析了短擦状白印缺陷产生的原因,结合现场设备生产工况,规范穿带操作方式、优化换辊制度以及轧制工艺,可以有效控制430不锈钢厚规格冷板表面短擦状白印缺陷的产生。

超声振动辅助磁粒研磨技术的研究进展

超声振动辅助磁粒研磨技术是在磁粒研磨的基础上增加了超声波振动功能,可以在短时间内将表面抛光至纳米级别,因其具有辅助研磨效果佳、可控性和适用性好等优点,在越来越多的领域得到了应用。首先对超声辅助磁粒研磨加工技术的发展概况进行了简要介绍,分别从表面粗糙度、材料去除率、显微组织和残余应力等方面进行了重点分析和总结。其次,超声振动工艺参数是影响研磨效果的重要因素,优化选取振幅、振动频率、主轴转速以及磨料粒径等工艺参数可以明显提高研磨效果。此外还要考虑合适的加工时间和加工间隙,从而对复杂曲面进行精密研磨。最后,提出了超声振动辅助磁粒研磨加工技术研究中存在的一些缺陷,并对其未来的发展趋势进行了展望。

充液拉深工艺的研究

在开发研制一种新型超高压通用充液拉深装备的基础上 ,对筒形件充液拉深成形工艺进行了研究和数值模拟 ,并介绍了所研制装备的总体方案设计、通用充液模架结构特点、液压系统和自控系统及使用情况 .

焊丝钢ER70S-6产品质量提升

一高线在生产过程中发现轧制ER70S-6产品时,出现头部失水段和尾部夹痕、结疤料、棱子钢以及表面蹭伤问题。通过对开关水和夹送辊夹持延时合理地调整控制、对轧制工艺优化改进、对轧制过程中工艺细化灵活控制和设备严重磨损后的及时更换、对集卷区卷心架翻转机构和打包机的部分设备和控制系统优化升级,使得产品质量及成材率得到显著提高。

磁力研磨工艺提高叶片表面质量的试验研究

目的提高航空发动机涡轮叶片的服役年限。方法应用磁力研磨工艺提高涡轮叶片表面质量,包括降低叶片表面粗糙度、去除飞秒激光制孔过程中产生的棱边毛刺以及降低叶片表面残余应力,建立神经网络模型确定最佳工艺参数,在最佳工艺参数下对叶片进行研磨加工。使用JB-8E触针式表面粗糙度测量仪、超景深显微镜和X’Pert Powder残余应力测试分析系统,分别对叶片表面粗糙度、孔口形貌以及叶片表面残余应力进行分析。结果叶片在最佳工艺参数下完成研磨加工,叶片表面粗糙度从3.08μm下降到0.19μm,叶片气膜孔棱边毛刺基本去除,且存在倒圆迹象,研磨后叶片晶格更加致密,受力状态从残余拉应力(324.7 MPa)转变为残余压应力(132.8 MPa)。结论应用磁力研磨工艺可以有效降低叶片表面粗糙度,去除叶片气膜孔的棱边毛刺,对气膜孔的棱边进行倒圆加工,提高飞秒激光制气膜孔的表面质量,同时还可以将叶片的残余拉应力转化为残余压应力,使得叶片晶格排布更加紧密,在提高叶片强度和耐磨性的同时不会引入新的缺陷,增加叶片的服役寿命。

提升线材轧材表面质量的措施研究与分析

金属线材、轧材在生产加工过程中,经常会出现表面质量问题,影响线材、轧材的美观性与使用价值,通常需要借助一定的技术手段进行预防。针对线材、轧材的表面缺陷进行分析,进一步总结缺陷出现的原因,并提出相应的优化措施,不断提高产品质量,提升企业的经济效益和竞争力。

磨削诱导单晶高温合金微观组织演化机制研究

目的通过对零件磨削表面的微观组织进行表征,探讨高温和大应变条件下单晶高温合金晶体取向和位错的演化机制。方法采用场发射扫描电子显微镜对磨削亚表面微观组织形貌进行观察,通过X射线衍射技术对磨削前后表面晶体取向进行分析。利用聚焦离子束定向切割技术制备了磨削表面透射电子扫描样品,采用透射电子显微镜和透射菊池衍射方法对表面白层以及塑性变形层晶体取向以及位错分布进行了表征。结果磨削后单晶高温合金表面形成强烈塑性变形,原始单一取向发生改变,形成多晶衍射峰特征。磨削表面深度方向上形成具有不同晶粒尺寸和取向的梯度组织结构。选区衍射花样显示原始单晶材料的衍射斑点转变为多晶材料的衍射环。磨削表面由于强烈剪切变形和磨削热产生微纳尺度的动态再结晶现象,同时形成高密度位错结构。磨削表面产生强烈的剪切应变,使晶体向有利于剪切变形的方向旋转,形成了R-Cube织构和F剪切织构。结论单晶高温合金磨削表面微观组织演化是基于微纳尺度的动态再结晶和位错滑移运动进行的。

高碳钢拉拔过程断面分析

就72A高碳钢在拉拔至0.2～0.25mm过程中出现的断丝,用电子探针扫描电镜(EMS)分析其断面。分别从断面形状和断面中夹杂物的成分两方面进行分析,并采用电子探针点扫描和面扫描找出了断裂的形式和原因。最终得出结论:脆性夹杂物是导致拉断的主要原因,另外,中心偏析和表面缺陷也会引起断裂。并提出了解决方案。

基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨研究

目的获得更低粗糙度的TC4钛合金零件表面。方法采用黏结法制备不同粒径的磁性磨料,依次运用粒径为150~250μm和63~106μm的磁性磨粒以及这两种粒径的混合磨料进行磁力研磨对比实验,分析基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨可行性。基于磁性颗粒动力模型,根据最小能量原理分析了混合粒径磁力链的微结构,并利用体式显微镜对单粒径和混合粒径磁力链进行对比分析。结果单粒径和混合粒径磁力研磨在12 min时钛合金工件表面粗糙度均约为0.11μm,此时单一粒径趋于平衡,而混合粒径磁力研磨的表面粗糙度继续下降,在16 min左右达到最低,为0.084μm,比单一粒径降低了20%,工件表面初始划痕和凹坑得到了更好的去除,加工后表面纹理更为致密。大粒径磁力链颗粒能量最小,约为‒3.6×10^(‒13)J,其次是混合粒径磁力链结构,颗粒能量约为‒2.1×10^(‒13)J,而小粒径磁力链结构颗粒能量约为‒0.45×10^(‒13)J,是大粒径和混合粒径磁力链的5~9倍,这说明小粒径颗粒不易形成单独磁力链。结论混合粒径磁力链中,小粒径颗粒不易形成单独磁力链,而是吸附在大粒径磁力链间隙中,提高了磁力刷的刚性和密度,不同粒径的磨粒同时参与研磨,从而在混合粒径磁力研磨TC4钛合金中能够有效的降低表面粗糙度。

小孔流道内容积交变空化流场特性分析

目的基于容积交变空化原理,研究小孔流道内容积交变空化流场的演变规律,以及容积交变频率和容积变化量等关键工艺参数对流场特性的影响,为容积交变空化抛光小孔内表面提供指导。方法首先,建立小孔流道内容积交变空化流场的三维瞬态仿真模型。其次,采用标准k-epsilon模型、Zwart-Gerber-Belamri模型模拟不同容积交变频率和容积变化量下容积交变空化流场含气率和湍流强度,并与高速摄像结果进行比较分析。最后,对机械加工的Al1060和T2 Cu小孔内表面进行抛光,验证容积交变空化抛光小孔内表面的可行性。结果在一个周期内,当容积变化量为20mm,容积交变频率分别为90、100、110、120Hz时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积交变频率的增大而增大,含气率最高可达0.6648;当容积交变频率为120 Hz,容积变化量分别为10、15、20、25 mm时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积变化量的增大而增大,含气率最高可达0.7068。随着活塞的拉伸和压缩,湍流强度也由两边强、中间弱逐渐转变为两边弱、中间强,并在周期末达到最大。实验研究表明,经过容积交变空化抛光后,Al 1060小孔内表面的粗糙度由0.7044μm降低到0.3247μm,T2 Cu小孔内表面的粗糙度由0.7214μm降低到0.3573μm,小孔内表面粗糙度明显降低。结论容积交变空化抛光小孔内表面具有可行性。可通过提高容积交变频率和容积变化量来提高小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度,进而提高容积交变空化抛光小孔内表面的抛光效率。

板材拉伸成形中损伤、失稳与成形极限曲线的建立

失稳理论是建立成形极限曲线（ＦＬＣ）的理论基础。本文论述了ＦＬＣ理论研究中存在的问题。指出：一般出厂板的表面状况不会影响板材的集中失稳；板内损伤平面应变时最严重。双拉时，板内损伤的积累、发展，导致应力状态向平面应变漂移；拉压时，载荷失稳后引起的双拉，也会导致平面应变。因此平面应变状态的出现是双拉与拉压状态板材集中失稳的共同原因。在此基础上提出了建立ＦＬＣ的统一的模型。试验结果表明，新模型优于Ｍ－Ｋ理论。

冷轧汽车板短线缺陷的分析和控制

根据冷轧连退反馈的短线缺陷(宽度0.2~0.5 mm、长度1.5~2 mm),采用扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)仪分析了缺陷区域底层的物质构成,确定缺陷处的主要成分为w(Ni)=5%~7%、w(Cr)=1%~2%、w(Si)=1%~2%,与热轧精轧F4—F6无限冷硬精轧轧辊成分相同。结合缺陷的宏观特征,确定缺陷的产生机理为热轧F5—F6工作辊冷却不足,导致轧辊温度偏高,轧辊表层组织破碎剥落,压入带钢后经冷轧形成短线缺陷。通过热轧烫辊制度优化、末道次精轧负荷控制、各机架工作辊冷却水和润滑控制、F1—F6全机架高速钢轧辊配置等措施,使冷轧短线缺陷发生率由15.8%降低至1.0%。