基于磨粒三维轨迹的钽酸锂双面研磨均匀性

为了改善钽酸锂(LiTaO_(3),LT)晶片的材料去除均匀性,提出一种考虑磨粒三维微切削的材料去除均匀性模型。根据钽酸锂晶体脆/塑性去除机理,结合研磨垫表面磨粒的分布特征,运用力平衡方程计算了研磨垫上各磨粒的切入深度与切屑截面积。通过运动学分析推导了双面研磨中磨粒运动轨迹方程,建立了考虑磨粒三维微切削的材料去除均匀性模型,并研究了齿圈与太阳轮转速比m、下研磨盘与太阳轮转速比n对材料去除均匀性的影响。最后,开展了钽酸锂晶片固结磨料双面研磨实验,测量了不同转速比m,n下晶片的总厚度变化,验证了模型。实验结果表明:材料去除均匀性受转速比m,n的影响较大,当转速比m,n分别为0.85,1.3时材料去除均匀性最佳,此时晶片的总厚度变化为0.83μm,实验结果与仿真一致。所建模型对改善钽酸锂晶片双面研磨材料的去除均匀性有一定的指导意义。

不烧滑板磨削加工用Fe-Ni-Cu-Sn金属基金刚石工具的制备与性能

Al_(2)O_(3)-C不烧滑板作为连铸功能耐火材料在炼钢领域中受到广泛应用,而金属结合剂金刚石工具在滑板磨削加工中起到关键作用。本工作通过热压烧结法制备Fe-Ni-Cu-Sn金属基胎体和Fe-Ni-Cu-Sn金属基金刚石工具,首先研究烧结温度、保温时间和烧结压力对金刚石工具胎体力学性能的影响,获得优化的胎体烧结工艺参数并为后续制备金刚石工具奠定基础;其次研究不同的金刚石磨料对金刚石工具力学性能及磨削不烧滑板性能的影响,通过研究金刚石的浓度、粒度、品级与加工工具磨削效率、寿命及锋利度的关系,从而得到磨削加工不烧滑板的金刚石工具中金刚石磨料的优化参数,通过SEM对金刚石工具表面胎体与金刚石磨料的结合状态、金刚石的磨损情况进行表征。实验结果表明:金刚石工具胎体的最佳烧结工艺参数是烧结温度、烧结压力和保温时间分别为785℃、170 MPa、240 s;金刚石工具中的金刚石磨料最优选择为金刚石浓度25%、粒度45/50、品级SMD35。

基于GA-GRNN的AWJ强化3D打印AlSi10Mg表面性能实验研究

为提高磨料水射流(Abrasive Water Jet,AWJ)强化工艺对3D打印AlSi10Mg表面性能的强化效果预测的准确性及高效性,首先开展磨料水射流强化AlSi10Mg表面强化实验;然后分别以表面硬度和表面残余应力作为目标,基于遗传算法-广义回归神经网络(Genetic Algorithm-Generalized Ragression Neural Network,GA-GRNN)对实验数据样本进行训练,建立3D打印AlSi10Mg表面性能预测模型;最后,利用遗传算法对建立的神经网络预测模型中的AWJ强化主要参数进行优化。研究结果表明,经过磨料水射流强化后的AlSi10Mg表面硬度与表面残余应力均得到有效提高;建立的GA-GRNN预测模型与校验值误差在2.3%以内,具有较高的准确性;经遗传算法优化后,得到表面硬度最佳参数组合:射流压力为33 MPa,磨料粒径为0.15 mm,靶距为12.4 mm,此时表面硬度为159.25HV;表面残余应力最佳参数组合:射流压力为40 MPa,磨料粒径为0.13 mm,靶距为15 mm,此时表面残余应力为-137.4 MPa。为后续磨料水射流强化零件表面的参数选择提供数据支撑。

基于离散元法的磁性磨粒干压成型工艺参数优化

为探究磁性磨粒坯体压制阶段的各工艺参数对其成型质量的影响,优化磁性磨粒的烧结法制备参数,制备出质量优良的磁性磨粒,以铁基氧化铝磁性磨粒为研究对象,建立磁性磨粒干压成型的离散元模型。通过改变压制力、压制方式、摩擦系数、模具高径比等工艺参数,探究其对磁性磨粒坯体成型质量的影响,并实现压制过程中工艺参数的优化。结果表明:压制力越大,坯体孔隙率越小,但压制力过大,坯体外表面产生裂痕,影响坯体表面形貌的完整性,故宜选择75~125 MPa的压制力;双向压制得到的坯体密度更均匀、力学性能更好;模具的高径比越大,坯体的孔隙率相对较大,坯体的轴向应力相对较小;磨料颗粒间摩擦系数及侧壁与磨料颗粒之间的摩擦系数越小,坯体的孔隙率越小、致密度越好,坯体的均匀性也越好。在磁性磨粒混合阶段加入适量润滑液,可适当减小磨料颗粒间及颗粒与模具侧壁间的摩擦系数,进而提高磨粒坯体质量。

二氧化硅抛光液中金属杂质的检测方法

采用高分辨电感耦合等离子质谱仪检测二氧化硅抛光液中金属杂质元素,通过调节元素分辨力,选择适合的同位素进行检测,可有效解决质谱干扰问题。采用标准加入法稀释样品检测金属杂质含量的方法,10μg/kg加标回收率为81.17%~111.79%,可以实现对二氧化硅抛光液中多金属杂质的快速分析。

钨粉粒径对金刚石扩散镀钨影响的研究

金刚石镀钨能够改善铜与金刚石的润湿性,有助于合成金刚石/铜复合材料。采用扩散烧结法对金刚石表面进行处理,研究钨粉粒径对镀层的影响。并对试验机理及规模化生产的可行性进行了论述。试验结果表明:钨粉粒径过小或过大时均镀覆失败,其最佳镀覆粒径为金刚石粒径的1/3~2/3;金刚石烧结量对镀层影响关系很小,真空扩散镀钨烧结法适用于工业批量生产。

划片刀磨料粒度分布对不同硅晶圆划切品质的影响

为了更好地提升窄街区、小晶粒且街区带有不同修饰材料的硅晶圆的切割品质,研究了划片刀磨料的微小粒度变化和磨料粒度分布宽度对敏感硅晶圆切割品质的影响程度。采用不同粒度及径距微粉制备划片刀并划切表面含聚酰胺胶的窄切缝硅晶圆和表面有二氧化硅钝化层的薄脆硅晶圆。试验表明金刚石磨料粒度相差0.22μm即会对敏感硅晶圆划切的正崩、背崩及刀片磨损速率造成明显影响;粒度分布宽度的收窄有利于改善正崩,但对背崩效果不明显;粒度分布宽度与刀片划切磨损率的是非线性相关的。

管件内壁磁粒研磨时的磨粒动力学行为仿真及分析

为探究磁性磨粒在管件研磨过程中的动力学行为,对其研磨过程进行离散元仿真,并分析其运动轨迹和磨削力随管件转速和加工间隙的变化;通过单磨粒球运动及磁粒研磨试验,验证磁场力模型的准确性与粒子运动学行为可视化的可行性。结果表明:随管件转速提高,磁性磨粒在离心力作用下向加工区域外运动,且加工间隙越大越容易被“甩飞”;在达到临界转速之前,随管件转速提高,磨削力减小,材料去除效率提升。当管件转速由400 r/min提高至临界转速,加工间隙为2 mm和4 mm时,磨削力分别下降5.4μN和2.3μN,材料去除效率明显提升;当加工间隙为6 mm时,磨削力变化较小,且当转速大于临界转速650 r/min时,材料去除效率下降。同时,材料去除量在达到临界转速之前随管件转速提高而增大,但加工间隙的增大会使临界转速降低;且材料去除量的变化趋势与仿真结果一致,验证了仿真分析的可靠性。

滚抛磨块材质对SLM成型316L不锈钢表面滚磨光整效果影响的实验研究

为了深入研究不同材质滚抛磨块对选择性激光熔化(selective laser melting, SLM)成型316L不锈钢表面滚磨光整效果的影响,选用氧化铝、白陶瓷和棕刚玉3种滚抛磨块进行滚磨光整加工,研究不同材质滚抛磨块对SLM成型316L不锈钢在水平面和垂直面上的表面粗糙度、材料去除率、显微硬度及物相组成的影响。结果表明:棕刚玉磨块的加工效率最高,能显著降低水平面及垂直面的表面粗糙度,其中水平面的表面粗糙度下降率达到68.69%,垂直面的表面粗糙度下降率达到87.53%,并能提高材料去除率、增强显微硬度与残余压应力;相比之下,白陶瓷磨块在保持表面完整性的同时,可有效去除SLM成型缺陷,满足特殊表面需求;氧化铝磨块加工效果位于二者之间。

抛丸和抛浆对金属基体表面完整性的影响对比

以Q235热轧带钢为研究对象,利用ANSYS/AUTODYN模块模拟了抛丸和抛浆对基体表面的冲击过程,并结合抛丸和抛浆冲击试验研究了带钢表面粗糙度和残余应力。结果表明,抛丸冲击后基体表面冲击深度和冲击直径分别比抛浆高20%~49%和9%~22%;抛丸冲击基体表面瞬时温度为247~413℃,抛浆冲击基体表面瞬时温度为60~97℃,说明浆体中的流体可以带走大量冲击热能。抛丸冲击后基体表面粗糙度和表面残余应力比抛浆冲击分别高22%~37%和3.7%~13.8%,抛浆冲击后基体表面完整性优于抛丸冲击。

微孔的磨料水射流抛光CFD模拟及试验

为解决飞秒激光微孔难以抛光的问题,结合磨料水射流去除函数稳定、自适应性强等特点,采用磨料水射流抛光方法提高飞秒激光微孔质量。利用Fluent软件对不同工艺参数下的磨料水射流微孔抛光过程进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟,分析不同参数下的流场分布、侵蚀速率及壁面剪切力作用规律;然后通过响应面法对射流靶距、射流压力及磨料粒径等3因素进行优化试验,以微孔内壁面剪切力均方差为响应值,建立其响应面方程,获得最佳抛光参数组合并进行试验验证。结果表明:射流压力对微孔内壁面剪切力的影响最大,当射流压力从0.80 MPa增至1.50 MPa时,微孔内壁面剪切力增大2倍以上。射流的不同结构段因性质不同可适用于不同工况。利用响应面法分析得到水射流微孔抛光的最佳工艺参数组合是:射流冲击角,90°;射流靶距,3.5 mm;射流压力,1.10 MPa;磨料粒径,15.0μm。在该条件下抛光微孔内壁面的表面粗糙度R_a降至0.354μm。磨料水射流抛光可显著改善微孔壁面质量,且响应面法预测的数据模型有较高准确性。

堆积磨料陶瓷砂轮磨削性能试验研究

相对比于传统电熔刚玉磨料、碳化硅磨料和超硬磨料的磨粒,堆积磨料的磨粒是一种采用前述传统磨料的微粉级磨粒以结合剂粘结经造粒和一定温度下烧结、固化处理得到的聚合磨粒团,又被称为固结磨料、团聚磨料或聚合磨料,具有微型磨具的特征,拥有磨料、结合剂和气孔三要素,具有类似于微晶陶瓷刚玉磨料性能的结构均匀性、微刃切削性能、微晶粒沿晶界脱落的微破碎性和自锐性。

薄规格无取向硅钢的卷取错层原因与控制

薄规格无取向硅钢的卷取错层严重影响产品的出厂质量,如何将错层控制在±1 mm以内是生产现场的重要研究课题。于是从薄规格无取向硅钢现有生产设备和工艺技术入手,从剪切不齐和卷取不齐两个方面探索错层产生的原因,总结控制措施并在生产现场实施验证。

Y^(3+)掺杂二氧化硅磨料的合成及其在氧化锆陶瓷中的化学机械抛光行为

为了提高氧化锆陶瓷的抛光效率,在二氧化硅表面掺杂Y^(3+)得到改性磨料.X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析表明,Y元素以Y(OH)_(3)的形式存在于改性磨料中.扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和粒度分析结果表明,复合磨料呈球形,粒度均匀,无聚集体和2次颗粒出现.与纯胶体二氧化硅磨料相比,材料去除率(material removal rate,MRR)提高了33%左右.MRR增大的原因是掺杂的Y(OH)_(3)改变了二氧化硅颗粒的Zeta电位,减小了二氧化硅颗粒与氧化锆陶瓷之间的排斥力,增大了二氧化硅颗粒和氧化锆陶瓷基体之间的接触概率,导致摩擦系数增大.

Mg(HCO_(3))_(2)沉淀(LaCe)_(2)(SO_(4))_(3)制备稀土抛光粉及其抛光性能

以包头混合型稀土矿经浓硫酸强化焙烧、水浸、中和除杂、P_(507)转型预分级的产物(LaCe)_(2)(SO_(4))_(3)液为初始料液,以硫酸镁废水经碱转、碳化制得的Mg(HCO_(3))_(2)溶液为沉淀剂,通过沉淀、氟化、焙烧、破碎分级等工序成功制备出一种镧铈稀土抛光粉.对制备的镧铈抛光粉形貌、物相及抛光性能进行表征.结果表明:制备的镧铈稀土抛光粉颗粒成形好,分布较均匀.用其抛光K9玻璃,当累积抛光120 min后,玻璃片抛蚀量可达352 mg,且玻璃片面粗糙度S_(a)由初始的2.0 nm降低至1.742 nm.而以NH_(4)HCO_(3)沉淀(LaCe)Cl_(3)工艺制备的镧铈抛光粉,在相同抛光条件下玻璃片抛蚀量仅为299 mg,面粗糙度S_(a)由初始的2.0 nm降低至1.767 nm.因此,在保持相同抛光质量的前提下,Mg(HCO_(3))_(2)沉淀(LaCe)_(2)(SO_(4))_(3)工艺制备的镧铈稀土抛光粉综合性能更优.

圆管切向振动辅助磨料流的光整加工试验研究

传统磨料流加工技术在加工孔道内壁、形状复杂的工件时,工件表面在各个方向上的加工质量不均匀。在传统磨料流加工中加入振动辅助,使工件表面形成波浪形加工轨迹,以提高工件表面质量和材料去除效率。分析振动辅助加工原理和磨粒对工件表面的划痕作用,搭建振动辅助磨料流加工试验平台,研究磨料流速、振幅、频率对工件表面粗糙度与表面形貌的影响。结果表明:与传统磨料流加工相比,振动辅助磨料流加工使磨粒在工件表面的切削路径变长,形成交叉划痕,工件表面粗糙度降低;振动频率越高,磨粒与工件表面间的微切削长度越长,工件的表面粗糙度越低;磨料流速增大,磨粒对工件表面的切削效果增强,表面粗糙度下降的幅度更大。

固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究

针对固结磨料研磨石英晶片材料去除率难以预测的问题,提出一种基于接触力学和广义回归神经网络(GRNN)的石英晶片材料去除率模型。首先根据脆/塑材料去除机理、磨粒块与晶片微观接触简化形式,采用微积分、力平衡原理等方法,建立了理想情况下的材料去除率模型。然后采用微单元法,进行了三因素四水平正交试验,并通过GRNN分析研磨液流量、研磨液浓度、研磨盘转速与材料去除率修正系数的映射关系,进一步完善了材料去除率模型。最后为验证材料去除率模型,设定研磨盘转速为20 r/min,研磨液浓度为5 wt.%,研磨液流量为36 ml/min,仿真并测量不同研磨压强以及相对速度下,晶片材料去除率预测值与实际值。结果表明:研磨压强和相对速度的增加使晶片材料去除加快,材料去除率模型预测值与实际值变化趋势相同,模型误差为8.57%。材料去除率模型基本满足固结磨料研磨工艺中石英晶片材料去除率预测需求。

三氯化铁-草酸体系不锈钢化学机械抛光液设计与优化

为提高柔性显示衬底不锈钢箔片化学机械抛光加工效率,研制一种三氯化铁-草酸型抛光液并用于304不锈钢衬底的化学机械抛光加工过程。设计正交优化试验,确定磨粒粒径、磨料含量、草酸含量和三氯化铁含量对材料去除率和表面粗糙度(S_(a))的影响显著性顺序,并重点探究三氯化铁和草酸对材料去除率的影响规律。利用优化后的抛光液精抛304不锈钢,其材料去除率高于560 nm/min,抛光30 min后Sa低于8 nm。相比现有抛光液的材料去除效率(226.56 nm/min),新抛光液的加工效率提升超过1倍。

La_(2)O_(3)刻蚀对金刚石单晶性能的影响

以氮气为保护气氛,在820~980℃下用La_(2)O_(3)刻蚀人造金刚石单晶表面,研究稀土氧化物La_(2)O_(3)刻蚀对人造金刚石单晶性能的影响。利用扫描电子显微镜观测刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌,通过人造金刚石单晶表面粗糙度、单颗粒抗压强度、抗冲击韧性和铜基结合剂金刚石节块抗弯强度来表征刻蚀前后金刚石单晶性能的变化。结果表明:La_(2)O_(3)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀是各向异性的;当刻蚀温度从820℃升高到980℃时,{100}面表面粗糙度从0.40μm增加至2.28μm,{111}面表面粗糙度从0.70μm增加到3.32μm,金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576 N降低到最小530 N,冲击韧性由92.94%下降到89.21%。当金刚石体积分数为5%时,刻蚀后金刚石节块的抗弯强度增幅达到17.9%。

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

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。