【摘要】：固結(jié)磨料加工技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)勢,備受研究學者的關(guān)注;其既有在應用上的普遍性與廣泛性,又有因材料差異而表現(xiàn)出來的特殊性與針對性。其中,固結(jié)磨料研磨墊(FAP)的研制及性能評價一直是研究的熱點。FAP在加工過程中存在適度的良性磨損,是自修整機制形成的關(guān)鍵�；贔AP加工不同材料時表現(xiàn)出加工性能及磨損的差異,本文采用實驗與理論相結(jié)合的方法,從定量評價磨損的角度,開展了基于材料特性的固結(jié)磨料研磨墊磨損特性研究。主要研究工作和結(jié)果如下:(1)采用壓痕法和劃痕法研究軟脆材料氟化鈣(CaF2)的力學特性,并探討CaF2晶體超精密加工中的脆塑轉(zhuǎn)變行為。得到CaF2晶體的硬度為1.58 GPa,斷裂韌性為0.527 MPa·m0.5,理論臨界切深為0.806μm,由塑性域向微裂紋域過渡的實際臨界切深為1.623μm。壓痕尺寸效應表明工件表面化學軟化層對磨粒切削行為有一定的促進作用。(2)正交實驗研究FAP特性與工藝參數(shù)對軟脆材料加工多指標的優(yōu)化。研究FAP硬度、研磨壓力、研磨轉(zhuǎn)速和研磨液pH對CaF2晶體加工材料去除率、FAP磨損率、磨損比、表面質(zhì)量、材料去除保持率和FAP磨損不均勻度的影響,分析材料加工性能、FAP磨損特性及自修整性能。優(yōu)化選用方案:FAP硬度Ⅲ、壓力3 psi、轉(zhuǎn)速60 rpm、研磨液pH值9,獲得材料去除率為6.23μm/min,且30 min后保持率為90.3%,磨損比為38.2,實現(xiàn)高效低損傷的固結(jié)磨料加工。同時研磨過程中FAP磨損穩(wěn)定,自修整性能好;磨損量小,具有較長的使用壽命。(3)針對硬脆材料在硬度、彈性模量以及材料去除機理上不同于軟脆材料,研究了硬脆材料研磨過程中的材料去除機理和FAP磨損機理。分步探索研磨液p H、研磨壓力、研磨轉(zhuǎn)速對K9玻璃加工及FAP磨損隨加工時間段變化的動態(tài)影響趨勢。結(jié)果表明:添加銅粉的FAP,其自修整性能以及耐磨性都相應地提升,獲得的材料去除率和磨損比較高。K9研磨的最佳工藝參數(shù)為研磨液pH值9,壓力3 psi,轉(zhuǎn)速60 rpm,獲得的磨損比大且穩(wěn)定性好,研磨高效低損傷,FAP具有良好的利用率和自修整性能。固結(jié)磨料加工過程中存在兩個循環(huán)過程:1)工件表面化學軟化層“生成—去除”循環(huán),2)FAP表層基體“溶脹—磨損”循環(huán)。前者影響材料去除效率及工件表面質(zhì)量,后者影響FAP加工性能、自修整性能及使用壽命。(4)基于FAP基體“溶脹-磨損”循環(huán),分別建立固結(jié)磨料研磨過程中溶脹層生成模型和接觸磨損模型,分析FAP磨損機理,研究FAP磨損與FAP自身特性、工件材料特性以及工藝參數(shù)等因素之間的關(guān)系。建立“溶脹-磨損”耦合平衡模型,分析平衡左右兩端動態(tài)變化的因果。結(jié)果顯示:銅粉含量、添加劑濃度和添加劑擴散系數(shù)等影響基體溶脹率,而壓力、相對速度和FAP與工件自身特性等影響接觸磨損率。隨著FAP硬度的增加,FAP磨損率下降,耐磨性提高;隨著工件材料硬度的增加,FAP磨損率上升,與前文實驗結(jié)論相一致。(5)研究研磨墊表面磨損非均勻性。建立研磨墊表面相對磨損模型,仿真分析工藝參數(shù)和研磨墊結(jié)構(gòu)參數(shù)對磨損非均勻性的影響。結(jié)果顯示:工件與研磨墊轉(zhuǎn)速比越大,中心區(qū)域磨損越嚴重;在正弦直線擺動形式下,轉(zhuǎn)速比為1.11,擺動幅度系數(shù)為2,擺動頻率系數(shù)在0.1~0.2之間,磨損軌跡復雜,均勻性較好。此外優(yōu)化了研磨墊形狀,進一步降低了研磨墊磨損非均勻性,獲得了更好的面型精度及保持性,延長了修整后在線加工時間。
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【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG580.68

【參考文獻】

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本文編號：2456672