镍磷合金巨电流变抛光过程的分子动力学仿真

文章利用分子动力学模拟了巨电流变抛光过程中不同进给深度、切削速度和二氧化硅磨粒运动状态对镍磷合金工件表面形貌、磨削力、温度和势能的影响。结果表明:随着磨粒剪切和挤压作用,工件中原子发生位移和堆积,导致形成切屑和沟壑,其深度随着磨削深度的增加而增大;磨削速度对表面质量的影响较小;在磨削过程中,切向力和轴向力发挥主要作用;随着进给距离的增加,工件的势能和温度逐渐上升。

导体镶嵌型巨电流变抛光液及其对硅材料的抛光

目的 解决现有电流变抛光液在电场下强度低和使用寿命短等问题。方法 分析现有电流变抛光液的缺点及其原因,提出将新型巨电流变液——导体镶嵌型电流变液应用于抛光领域,并研制出以二氧化硅为磨料,以镶嵌了纳米碳的二氧化钛为电介质颗粒的硅油基电流变抛光液。测定添加了不同粒径磨料抛光液的剪切强度与电场强度、温度、使用时间的关系。搭建简易的旋转式电流变抛光装置,对不同粒径磨料的电流变抛光液在硅片表面的抛光效果进行试验。结果 碳镶嵌二氧化钛基电流变抛光液具有高剪切强度(>30kPa)、低漏电流(<1μA)、高温度稳定性(25~125℃)、长使用寿命和对少量磨料不敏感等优点。抛光实验结果表明,在电压2.5 kV下,硅片经过添加了2μm磨料的电流变抛光液持续抛光3 h后,其表面粗糙度从206nm降至6.4nm。之后再采用添加200nm磨料和20nm磨料的抛光液先后继续精抛后,其粗糙度降至0.46 nm和0.36 nm。结论 碳镶嵌二氧化钛基巨电流变抛光液能有效降低表面粗糙度,改善表面质量,很好地应用于精密抛光领域,展示出良好的应用前景。

新型电流变抛光工具开发及其抛光实验

针对当前电流变抛光研究中所用尖锥状工具要求抛光间隙为μm级、对设备定位精度要求高及抛光非导体需加辅助电极等不足,研制了一种新型的电流变抛光工具——集成电极工具。介绍了集成电极工具的结构,并对其电场分布进行了计算。新工具不仅可以抛光导体工件,而且也可以抛光非导体工件。工具与工件之间的抛光间隙可以大到mm数量级。以碳化钨(WC)和光学玻璃为对象,分别进行了抛光实验,并通过单因素实验给出了电压、转速、磨料浓度、抛光时间等因素与表面粗糙度的关系曲线。实验结果表明:抛光10min后,WC的表面粗糙度由Ra66.48nm下降到Ra33.18nm;光学玻璃的表面粗糙度由Ra11.02nm下降到Ra3.67nm。

电流变抛光液剪切屈服特性

通过电子显微镜观察了在电场作用下电流变抛光液微粒垂直电极形成的纤维柱状微观结构。根据粒子的结合模型和粒子间的作用力,建立了电流变抛光液的静态剪切屈服应力模型,计算了粒子链的抗剪切强度。在屈服应力测试装置上进行了电流变抛光液的静态剪切屈服应力实验,得到了磨料种类、浓度和粒度对电流变抛光液的剪切屈服应力的影响规律,并通过实验对理论模型进行了验证。

电流变抛光液中固相粒子间结合模型研究

电流变抛光液中的固相极化后形成复杂的微观结构并改变其流变性能。通过超景深三维显微系统观察了电流变抛光液在外加电场作用下形成的微观结构。根据粒子介电极化模型和抛光液中固相粒子间的作用力,建立了混有不同粒度磨料颗粒的电流变抛光液中固相粒子的结合模型,分析了颗粒粒度和粒子间作用力等因素对粒子结合模型的影响。

电流变抛光工艺研究

研究了电流变抛光工艺参数对工件表面粗糙度的影响。用SiC和Al2O3磨料分别对硬质合金和光学玻璃进行了抛光试验,考察了抛光时间、工具电极转速、电源电压、磨料浓度等工艺参数影响工件表面粗糙度的规律。试验结果表明,随着抛光时间、工具电极转速、电源电压的增加,工件表面粗糙度逐渐降低。随着磨料浓度增加,工件表面粗糙度先降低后升高。对于表面粗糙度而言,磨料浓度存在一个最佳值。