氮化硅陶瓷的ELID高速磨削工艺试验研究

在采用封闭式阴极装置实现高速ELID磨削的基础上,对氮化硅陶瓷的ELID高速磨削工艺机理进行了研究.通过与非ELID高速磨削工艺的对比,揭示了氮化硅陶瓷ELID高速磨削的工艺机理,并给出了其表面粗糙度、磨削力与工艺参数之间的变化规律.这些规律表明:ELID高速磨削工艺能大大地减小氮化硅陶瓷的表面粗糙度值及磨削力,获得较好的表面质量.此外,砂轮线速度和磨削深度对其表面粗糙度值没有显著影响,且变化没有明显规律;而工件速度对表面粗糙度值存在一定的影响,表面粗糙度值随着工件进给速度的提高而增加,即表面加工质量有下降的趋势;ELID高速磨削工艺中的各类磨削参数均对氮化硅陶瓷的磨削力产生重大影响:磨削深度增加或工件速度的加快,都使磨削力变大;砂轮线速度的增加则导致磨削力下降.

SiCp/Al复合材料的ELID精密加工工艺

针对高体积分数SiCp/Al复合材料的加工难题,采用在线电解修整精密磨削加工工艺对其进行精密磨削实验研究.首先,通过建立单颗粒磨削模型,得到磨粒的最大变形磨屑厚度,进而利用Matlab软件,得到SiCp/Al复合材料塑性域磨削的试验参数范围.然后,通过单因素试验探究磨削深度、砂轮转速以及工件移动速度对加工表面粗糙度的影响,利用正交试验最优参数与理论分析得到的塑性域磨削的试验参数范围进行对比,确定了最优工艺参数.最后,以最优试验参数对体积分数40%的SiCp/Al复合材料进行精密磨削加工,获得表面粗糙度Ra 0.030μm的加工表面.研究表明:应用ELID精密磨削加工工艺,采用W5铸铁基金刚石砂轮,当砂轮转速为1 500 r/min,磨削深度在0.1μm,工件移动速度为2 m/min时,磨削效果最佳.

结合ELID磨削与MAF工艺对复杂曲面的加工控制

在线电解修锐(electrolytic in-process dressing,ELID)磨削可以高效率地光整加工,而磁力研磨(magnetic abrasive finishing,MAF)具有柔性加工的特点。以三轴立式加工中心为平台,研发了一种结合ELID磨削与MAF的新型组合工艺。设计了ELID磨削工具和MAF工具头,提出了利用该组合工艺对复杂曲面进行加工的控制方法。分析了由于刀具磨损产生的工件形状误差,提出了误差补偿的措施,同时也讨论了避免加工干涉的方法。最后,开发出能同时适用于ELID磨削与MAF的复杂曲面光整加工控制与补偿软件。

ELID超精密磨削钢结硬质合金及其表面质量分析

运用铁基结合剂金刚石砂轮与专用高频脉冲电源相配合 ,对钢结硬质合金 ( GT35)进行在线电解修整 ( ELID)精密磨削。分析了 ELID超精密镜面磨削异相非均质材料钢结硬质合金表面的磨削机理 ,并通过原子力显微镜对其表面进行了微观表面形貌的分析。研究结果表明 ,采用 ELID磨削技术解决了钢结硬质合金零件的超精密磨削加工 ,钢结硬质合金磨削表面粗糙度可达纳米级 ,Ra≤ 2 0 nm。

结合ELID磨削与磁流变光整加工的单晶硅反射镜超精密制造技术

分析了在线电解修整(ELID)磨削和磁流变光整加工(MRF)的加工原理与特点,充分结合这2种技术的优点对单晶硅反射镜进行纳米级精度的组合加工.首先进行ELID高效率磨削,在线检测工件表面误差后进行补偿磨削,使反射镜面加工成形,并获得较好的形状精度和表面质量.然后,利用磁流变技术进行确定性的光整加工,以减少反射镜的亚表面损伤,使加工表面的形状精度与表面粗糙度得到很大提高与改善.利用该组合工艺,对硅反射镜进行了系列的加工实验,高效率地得到了低于1 nm RMS的表面粗糙度和69 nmP-V形状精度的工件表面.

ELID磨削预修锐阶段砂轮表面氧化膜厚度测量及生长特性

针对ELID磨削砂轮表面氧化膜的厚度测量及生长特性,采用激光和涡流传感器进行氧化膜的厚度模拟测试,以验证测量系统的准确性,并在预修锐阶段对氧化膜的生长特性进行观察。研究结果表明:在前期,氧化膜沿砂轮半径向内生长的速度大于向外生长的速度,且基本呈线性生长,氧化膜生长速度最快;在后期,向内生长速度减缓,向外生长速度稍快,但氧化膜总体生长速度变慢。

在线电解修整(ELID)超精密磨削中的金刚石磨具特性研究

ELID(E lectrolytic In-process D ressing)磨削技术是在电化学加工、电解磨削原理基础上发展起来的一项磨削新技术,主要用于硬脆材料超精密磨削过程中金属基结合剂超硬微细磨粒砂轮的在线修整。本文以金刚石微粉砂轮在线电解修整(ELID)磨削氮化硅陶瓷为例,着重研究了磨具特性对硬脆材料超精密磨削过程的影响。研究表明,磨具组织沿砂轮圆周的不均匀性将会导致砂轮表面钝化膜状态的不一致,这将直接影响砂轮局部参与切削的磨粒数量,影响单个磨料的实际磨削厚度。这首先将对工件表面的磨削质量,特别是对表面粗糙度产生直接影响,同时也非常不利于实现材料的高效去除。

电火花修形砂轮对ELID磨削效果影响的实验研究

本文对经电火花精修形、粗修形后形成硬质层和去除修形形成硬化层的金属结合剂超硬磨料砂轮进行对比实验,研究了三种砂轮的ELID电解曲线和电解后的砂轮表面形貌,分析了不同砂轮被电解后对加工工件的表面粗糙度的影响。实验结果表明:电火花修形后砂轮,表面硬质层阻值较大,不宜直接用于ELID精密镜面磨削加工;电火花修形能够提高砂轮表面的强度和硬度,能够提高砂轮的耐磨性;为保证砂轮基体受电火花淬火影响最小,形成硬质层最薄,电火花精修形时需选用较小的占空比。

硬质合金ELID镜面磨削的试验研究

硬质合金具有硬度高、强度好、耐腐蚀和耐磨损的特点,采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求,而且工序多、效率低、成本高。本文采用在线电解修整(ELID)技术对硬质合金进行精密镜面加工。通过试验,分析了磨削深度、电极间隙、占空比、电解电压对硬质合金表面粗糙度的影响规律,并得到了优化的ELID磨削工艺参数。使用优化后的ELID磨削工艺参数加工硬质合金材料可获得较低的表面粗糙度。

ELID精密磨削钢结硬质合金及其AFM表面形貌分析

对钢结硬质合金 (GT35)进行在线电解修整 (ELID)精密磨削。对钢结硬质合金难磨机理以及ELID磨削钢结硬质合金的磨削机理进行了分析。并通过原子力显微镜(AFM )对镜面钢结硬质合金表面不同区域进行了微观表面形貌的分析。研究结果表明 ,采用ELID磨削技术实现了对钢结硬质合金零件的精密磨削加工 ,钢结硬质合金磨削表面粗糙度可达nm级 ,Ra≤ 2 0nm。

ELID精密镜面外圆磨削技术的应用

在线电解修整 (ELID)精密镜面磨削有效地实现了许多难加工材料的平面精密加工和高效加工。本文介绍了ELID磨削技术在精密镜面外圆磨削上的应用。通过采用金属基超硬磨料砂轮在线电解修整对硬质合金、碳化硅陶瓷进行精密镜面外圆磨削 ,得到了表面粗糙度Ra=0 .0 2 5～ 0 .0 2 8μm的加工表面。

磨削参数对ELID内圆磨削轴承外圈的影响

从磨削过程中振动功率的角度研究了在线电解修整(ELID)内圆磨削轴承外圈时,磨削深度和砂轮进给速度对磨削表面波纹度的影响,并通过不同的磨削参数组合,从磨削过程中氧化膜状态和材料去除机理等角度分析比较了磨削深度和砂轮进给速度对磨削过程影响的程度。试验结果表明,磨削深度的作用更重要,在实际ELID内圆磨削过程中可以先采用较大的磨削深度以实现高的材料去除率,再采用较小的磨削深度以提高表面质量,并且在ELID磨削过程中可以通过振动的大小来预测加工后工件表面的波纹度大小。

基于砂轮径向振动主动控制的ELID内圆磨削

在线电解修整(ELID)磨削过程中砂轮表面会生成一层具有一定厚度的氧化膜,其刚度远小于工件及砂轮结合剂的刚度,可以有效衰减磨削过程中的振动。将ELID技术应用到无心内圆磨削中,通过调节电解参数来改变氧化膜的状态,进而对砂轮径向振动进行控制。通过试验研究了电解参数的改变对砂轮径向振动的影响规律,并基于此规律设计了控制器,对磨削过程中的砂轮径向振动进行了主动控制磨削试验。试验结果表明,该控制器可以将磨削过程中的砂轮径向振动控制在设定值附近,维持ELID磨削的稳定。在实际的ELID内圆磨削中,可以先将砂轮径向振动控制在较高值,以实现较大的材料去除率;一段时间后再将砂轮径向振动控制在较低值,以提高工件表面质量。

硅片的在线电解修整超精密磨削

用铸铁短纤维结合剂金刚石砂轮与脉冲电解修整相配合，对硅片进行了在线电解修整（ELID）超精密磨削。研究了磨削工艺多数对硅片的加工质量及磨削效率的影响，采用原子力显微镜（AFM）与扫描电子隧道显微镜（STM）对硅片磨削表面进行了形貌分析，探讨其微观磨削机理。结果表明，砂轮中金刚石磨粒对硅片表面进行间歇式破碎，微观磨痕为Z字型；硅片表面粗糙度可达纳米级，R_a=4．0nm、R_z=7．8nm；整个硅片（3＃）厚度变差为1．5μm；磨削硅片的变质层主要为原子面扭曲展及过渡层；磨削效率达1．07×10~3mm^3／min。

在线电解修整磨削液研究现状及其展望

在线电解修整(electrolytic in-process dressing,ELID)镜面磨削过程中,磨削液的成份及配比对砂轮表面氧化膜的生成速度、致密性、黏附性以及绝缘性等都有着很大的影响,磨削液的配比及优化成为ELID磨削过程中的关键技术之一。主要介绍了ELID磨削液的成分配比、磨削液对氧化膜的影响以及ELID磨削液改进这几个方面的研究进展,并对ELID磨削液下一步的研究重点进行了展望。

在线电解修整磨削与化学机械抛光相结合的蓝宝石基片组合加工技术

通过分析ELID磨削和CMP抛光两种加工技术的原理和特点,充分结合两种技术的优点,对蓝宝石基片进行超光滑纳米级精度的组合加工。从理论上分析和计算了蓝宝石的临界切削深度,以及在不同粒度砂轮下的脆性和延性磨削方式;采用不同粒度的砂轮对蓝宝石基片进行超精密ELID磨削实验,快速地获得高质量的加工表面,同时采用磁流变斑点法对加工面的亚表面损伤进行测量;利用CMP抛光技术对磨削加工后的表面进行光整,以减少磨削时产生的加工缺陷,使工件的表面质量得到进一步改善与提高,最终获得亚纳米级的表面粗糙度。

微波铁氧体基片高效磨削技术研究

针对微波铁氧体基片的功能要求、材料特性和磨削工艺特点,通过大量实验分析了铁氧体基片ELID磨削与普通磨削的磨削力对比结果和形成原因,以及磨削力随工艺参数的变化规律,在此基础上,对ELID磨削效率、表面质量及磨削中出现的问题和解决途径进行了深入研究。实验结果表明,ELID磨削方法适用于微波铁氧体基片的高效磨削,保证了表面加工质量,将ELID磨削技术与平行研抛工艺结合起来,能够形成微波铁氧体基片精密高效的批量生产能力。

轴承套圈内圆在线电解修整磨削试验

提出了一种新的在线电解修整磨削轴承内圈的方法。该方法直接将导电的金属工件做为电解阴极,将铸铁基CBN砂轮作为阳极,在磨削过程中利用工件电极对砂轮进行修锐,维持了与传统在线电解修整磨削相同的磨削过程,保证了磨削过程的稳定进行。使用W10的砂轮可获得表面粗糙度Ra为0.03μm的加工表面。

一种光学材料高效超精密加工方法

提出了结合磁流变光整加工(MRF)与在线电解修整(ELID)磨削对各种光学材料进行超精密加工的方法,即采用ELID磨削进行预抛光以获得高质量表面,然后采用MRF进行精密抛光以进一步减小表面粗糙度和形状误差。利用该组合工艺对BK7玻璃、硅晶玻璃、碳化硅等光学材料进行了超精密加工实验,可以在短时间内使光学材料工件表面得到亚纳米级的表面粗糙度和峰谷值为λ/20(λ为单位波长,λ=632.8nm)的形状精度。

应用超硬大磨粒金刚石砂轮实现BK7光学玻璃的超精密磨削

首先以91μm磨粒杯形铜基金刚石砂轮作为修整器并结合砂轮在线电解修锐技术(ELID,Electrolytic in- process dressing)对151μm磨粒电镀镍基单层金刚石砂轮进行精密高效的修整。在最佳的修整参数下,同时应用测力仪对两个砂轮间磨削力进行监测,并应用共轴光学位移检测系统对砂轮表面状态进行在位监测,151μm砂轮的回转误差被减小至1～2μm范围,同时砂轮上所有金刚石磨粒被修整出平坦表面并拥有恒定的圆周包迹,此时砂轮达到最佳工作状态。然后应用被良好修整的砂轮对光学玻璃BK7进行磨削加工。磨削试验结果和亚表层完整度评价结果表明新开发的大磨粒金刚石砂轮修整技术的可行性,也验证大磨粒金刚石砂轮只要经过精密修整是可以应用于光学玻璃的延展性超精密磨削加工的,并能实现纳米级的表面粗糙度,显示出大磨粒金刚石砂轮在加工难加工材料和硬脆材料中的良好应用前景。