固结磨料确定性研磨表面生成建模与实验分析

基于CCOS技术原理,提出高效、高可控性的固结磨料确定性研磨工艺.通过线研磨实验发现采用中心供给研磨液方式相比于传统四周供液方式有利于提高加工效率及表面质量.分析了工艺参数对加工后表面硬度的影响,通过扫描电镜观察研磨后的表面形貌,分析固结磨料研磨的材料去除机制.通过不同参数线研磨实验验证了材料去除率与工具转速、载荷、时间呈线性关系,表明固结磨料研磨工艺的材料去除过程符合CCOS的卷积迭代原理.基于晶胞理论和磨粒粒径均匀的假设,建立了固结磨料研磨垫表面形貌的仿真模型.同时,模型考虑了磨粒浓度、磨粒粒度、研磨垫形状参数的影响.在固结磨料研磨垫形貌仿真数据的基础上,基于硬脆材料去除机理以及研磨垫与工件微观接触模型,考虑工件表面的力学性能,建立了一定参数条件下研磨垫与工件的接触间隙计算模型,进而建立了单点研磨去除斑模型.通过定点研磨实验验证了不同压力、转速、时长条件下单点研磨去除斑模型的准确性.将连续的研磨轨迹进行离散,考虑研磨垫形状、磨粒的尺寸和浓度、研磨工具的转速和承受的载荷、轨迹参数建立了总去除量与单点研磨去除量的卷积运算关系,提出固结磨料确定性研磨表面生成模型.开展不同参数下面研磨实验与表面仿真.结果表明,固结磨料确定性研磨表面生成模型能很好地预测不同参数下研磨去除的深度和研磨表面的残留误差,提高固结磨料研磨工艺的可控性.     

聚晶金刚石研磨机理研究

通过 PCD表面干研磨、湿研磨、钝湿研磨等对比试验 ,观察干研磨、湿研磨表面形貌 ,研究了 PCD材料研磨机理 .试验结果表明 ,干研磨去除率远大于湿研磨去除率 ,并可使 PCD表面达到镜面 ;湿研磨、钝湿研磨不能使其达到镜面 .干研磨时 ,材料的去除机理以热化学去除为主 ,基本不发生疲劳脆性去除 ;湿研磨时 ,材料去除机理以疲劳脆性去除为主 ,同时存在局部的热化学去除     

超精密研磨砂轮结构的优化设计

超精密平面研磨中工件的加工精度受到研磨轮结构参数的影响。为了得到最高的加工精度和最合理的砂轮磨损曲线，必须研究研磨轮的结构参数。通过研究研磨轮的加工精度系数曲线和磨损系数曲线得出：对于大量生产的研磨机床，研磨轮磨损是加工精度的主要影响因素，研磨轮应采用正三角形放射线结构；对于高精度小批量的研磨加工，加工精度系数是主要影响因素，研磨轮应采用反三角形放射线结构。     

聚晶金刚石石研磨机理研究

通过PCD表面干研磨,湿研磨,纯湿研磨等对比试验,观察干研磨,湿研磨表面形貌,研究了PCDS材料研磨机理,试验结果表明,干研磨去除率远大于湿研磨去除率,并可使PCD表面达到镜面,湿研磨,印湿研磨不能使其达到镜面,干研磨时,材料的去除机理以热化学去除为主,基本不发生疲劳脆性去除,湿研磨时,材料去除机理以疲劳脆性去除为主,同时存在局部的热化学去除。     

陶瓷球成球过程的建模与仿真

为反映陶瓷球实际成球过程,提出了一种成球轨迹和材料去除相结合的成球过程仿真方法.基于球体几何运动学分析,仿真出同心圆V形槽概率成球法中球面加工轨迹的分布.基于赫兹接触和普雷斯顿方程,建立了球-盘接触力学模型,得出了接触点材料去除量的表达式,然后结合球面划分,计算出球形误差值.对同心圆V形槽概率成球过程分别进行了仿真和实验,实验结果与仿真结果的变化趋势一致,且实验值与仿真值的最大误差为16.7%,验证了该仿真方法的有效性.     

自凝与热凝树脂义齿材料摩擦磨损行为对比

在自制的往复摩擦磨损实验台上,以球面接触方式,在干摩擦、法向压力为20N、往复频率为0.5Hz、摆幅85mm条件下,研究了牙科用的自凝和热凝树脂球分别对自凝树脂板的摩擦磨损行为.实验过程中利用动态应变仪测量摩擦过程中应变片的应变,进而计算出摩擦系数.结合电镜观察比较得出了自凝与热凝2种义齿材料的耐磨性能:自凝树脂义齿材料磨损过程中会出现材料塑性流动和表面致密的光滑层,磨损轻微,后者材料致密性差有气孔,磨损过程中出现层状磨损,气孔周围材料易脱落,结果自凝材料的摩擦系数低于热凝材料,且耐磨性高于热凝材料.     

不锈钢材料砂带磨削试验

不锈钢材料具有优良的性能,应用广泛,但属于难磨材料．砂带磨削具有良好的磨削加工性能,笔者采用4种磨料砂带对不锈钢材料进行磨削试验．研究了磨粒与工件在磨削过程中的交互作用机理,讨论了影响材料去除率的因素,用SEM分析了加工表面显微形貌特征,揭示了材料的去除机理和砂带磨损形式．     

单晶硅片化学机械抛光材料去除特性

根据化学机械抛光(CMP)过程中硅片表面材料的磨损行为,建立了硅片CMP时的材料去除率模型,设计了不同成分的抛光液并进行了材料去除率实验,得出了机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率.结果表明,磨粒的机械作用是化学机械抛光中的主要机械作用,磨粒的机械作用与抛光液的化学作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.     

聚晶金刚石复合片车削花岗岩的磨损规律

利用工具显微镜和测力仪观测聚晶金刚石复合片(PDC)刀具车削花岗岩的过程,采用扫描电子显微镜观测PDC刀具的磨损断口形貌.研究结果表明:PDC刀具车削花岗岩的磨损过程可以分为初始磨损阶段、快速磨损阶段和稳定磨损阶段;单次受力曲线呈周期性波动上升;PDC刀具的磨损是由于冲击与磨削同时作用的结果,且以磨削为主,冲击为辅;PDC的磨损过程中既有磨料磨损,也有疲劳磨损,是多种磨损形式组合的结果;PDC的磨损与断裂足由于W和Co粘结相承受不住外加载荷,率先发牛断裂而导致与其粘结在一起的金刚石发生了脱落.     

微磨具磨削钠钙玻璃的磨损机理实验研究

建立了微磨削过程中单颗磨粒的磨损数学模型,通过观测微磨具磨削前后直径变化、表面形貌变化及加工前后试件的表面质量,分析了微磨削过程中不同阶段磨粒的磨损情况.利用粒度500~#微磨具对钠钙玻璃进行单因素磨损实验,研究不同的磨削影响因素对微磨具磨损的影响规律.实验结果表明:随着磨削速度和进给速度增大,磨粒的磨损和破碎现象加剧;随着去除材料体积的增加,微磨具直径先是急剧减小,而后呈线性减小趋势;加工表面的粗糙度随着去除工件体积的增加总体呈下降趋势.研究结果为提高微磨具的使用寿命和加工性能提供了理论参考和实验依据.     

四轴球体研磨机超精密研磨的机理及试验

运用创成性加工原理和误差均匀化效应对四轴球体研磨机实现球体超精密研磨的机理作了探讨 ,解释了该机“以粗干精”的特性 ,并以此作指导 ,以小型静电陀螺仪转子的研磨试验为依据提出了实现球体超精密研磨的基本工艺方法。     

分形特征表面接触磨损模拟

为实现粗糙表面微观接触磨损的精确预测,根据分形理论对传统的只考虑弹性-塑性两状态的二维分形接触模型进行了修正,并构建了包含弹性-弹塑性-塑性完全状态的三维粗糙表面分形接触模型.通过去除塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的球台方法来模拟微观磨损,磨损系数由被去除的球台体积与总接触微凸体体积之比来表征,采用数值仿真分析了磨损系数与分形参数、载荷和材料等因素间的依赖关系.计算结果表明,磨损系数随表面粗糙程度的增大而增大,随接触载荷的增大而减小并趋于相对稳定.接触副材料属性决定了微凸体临界接触面积,进而影响了磨损系数.该模型给出了微观磨损机理的数学描述,为界面接触磨损研究提供了新思路.     

奥贝球铁的无润滑滑动磨损机制

研究了一种铜钼奥贝球铁在按触应力下与GCr15钢对磨时的无润滑滑动磨损。结果表明当载荷小于98N时,奥贝球铁比GCr15耐磨。磨损过程中的形变诱发马氏体相变是这种材料具有良好耐磨性的重要原因。观察到了轻微磨损向剧烈磨损的转化。轻微磨损的机制是氧化磨损与分层机制;而脱层与分层机制则为造成剧烈磨损的原因。     

奥贝球铁的无润滑滑动磨损机制

研究了一种钢钼奥贝球铁在按触应力下与GCr15钢对磨时的无润滑滑动磨损。结果表明当载荷小于98N时，奥贝球铁比GCr15耐磨，磨损过程中的形变诱发马氏体相变是这种材料具有良好耐磨性的重要原因，观察到了轻微磨损向剧烈磨损的转化，轻微磨损的机制是氧化磨损与分层机制；而碚层与分层机制则为造成剧烈磨损的原因。     

基于差分进化的球磨机钢球磨损规律预测方法

分析了钢球在磨机中的磨损机理,研究了冲击、磨剥和腐蚀磨损分量与磨矿工况参数间的关系,引入钢球硬度及耐腐蚀性研究其对钢球磨损规律的影响,建立了钢球磨损规律预测模型。通过5组实验获得不同磨矿工况下的不同粒级钢球磨损数据,采用差分进化算法,辨识预测模型中的未知参数。最后通过两组扩大连续磨矿实验验证预测模型的准确性。验证实验结果表明,所建模型能在一定范围内预测磨机中不同粒径钢球的变化情况,指导磨矿过程的合理补球,维持磨机中钢球装球率稳定。     

4轴球体研磨机研磨圆度趋小化机理

从建立４ 轴球体研磨机弹簧加压球体研磨的力学模型入手，运用高点切削作用机制和误差趋小化效应，解释了球体圆度误差趋小化机理。根据４ 研具对球面研磨的包络原理，提出了未研磨包络区是产生残存圆度误差的主要因素，并以研磨实验为依据探讨了未研磨包络区、研磨压力、磨料粒度、毛坯精度、研具磨损不均匀对球体研磨圆度的影响，为进一步改善研磨工艺和提高球体研磨圆度提供了参考。     

考虑时变磨损的机器人磨抛参数优化研究

针对自动化磨抛过程中存在的磨抛工具磨损现象，使得难以建立精准的磨抛去除模型进而达到稳定一致的磨抛效果这一问题，提出了一种考虑时变磨损的机器人磨抛参数优化方法．首先，将物理建模方法中的丰富信息和回归建模方法的跟踪学习特性相结合，提出了一种融合先验知识的磨抛材料去除回归模型，极大地减少了原本回归模型所需的大量实验数据，使得提出的模型能够跟踪砂纸的磨损变化；其次，将所使用模型的预测结果与其他文献所提出的理论模型以及基于支持向量回归的预测模型进行了对比分析；最后，使用所得的预测模型对机器人磨抛参数进行优化，在混联机器人抛光实验台上进行实验验证，结果表明，所提出的融合先验知识的磨抛材料去除模型相比于常用模型具有更高的预测精度和更少的实验数据，所提出的机器人磨抛参数优化方法能够有效地补偿磨抛工具的磨损，保证磨抛过程中材料去除的一致性，同时提高了磨抛加工效率．     

基于微纳米摩擦学的超精密加工技术研究进展

回顾了超精密加工机理研究的几种主要方法，重点介绍了结合微观摩擦磨损和分子动力学模拟的微纳米加工材料去除机理的研究现状。在此基础上，简单讨论了微摩擦磨损与微纳米切削加工的关系，试图说明当切削深度小到接近于刀具的刃口半径时，微纳米切削加工中刀具与工件的作用过程近似于滑动摩擦作用过程，基于微摩擦学的微纳米加工机理的研究是合适的、有意义的。     

变载荷下摩擦磨损在线监测与磨损机理分析

选用阶梯加载、短时高载及有阻尼简谐激励动载(DHE)等加载方式,研究加载方式对球-盘配副的摩擦磨损的影响.采用测力传感器、在线可视铁谱传感器(OLVF)分别实现摩擦磨损实时监测,并分析盘试样磨损特征.与静载荷相比的结果显示:a.阶梯载荷可以减小磨合期的局部高磨损峰值;b.短时高载时,摩擦系数摩擦系数μ及百分覆盖面积比IIPCA结果显示球-盘配副有一定的承载能力,但加载时间超过60s后,磨损显著增加;c.在DHE载荷下,容易造成μ陡升.磨痕形貌分析表明:过载条件下,恒载和阶梯载荷造成的磨损以表面材料塑性流动为主,DHE载荷易造成表面疲劳;因此,球-盘配副能够承受一定的短时高载荷,阶梯载荷有利于改善配副的摩擦学性能,而DHE载荷对配副的损伤最大.     

高温下等离子喷涂涂层的减摩和抗磨特性

采用等离子喷涂工艺以最佳工艺参数制得 Ｃｒ２Ｏ３涂层。在 ＳＲＶ高温摩擦磨 损试验机上测量了该涂层与Ａｌ２Ｏ３球对磨从室温到８００℃时的摩擦系数和磨损量，结 果发现摩擦系数和磨损量都随温度上升而下降。 ＡＥＳ和 ＳＥＭ分析和观察磨损表面结 果表明；常温时涂层磨损机制为断裂磨损；高温时磨损表面发生材料转移和塑性流动， 并且在涂层表面有致密保护膜生成，该致密保护膜不仅降低摩擦系数而且降低涂层磨损。 文中还讨论了负荷对摩擦系数和涂层磨损的影响。