结构化CVD金刚石砂轮的表面结构设计及其磨削实验研究
发布时间：2021-09-05 04:08
利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）制备的CVD金刚石砂轮是一种不含结合剂的新型磨削工具,砂轮表面的CVD金刚石镀层磨粒致密均匀,磨粒形状为规则的棱锥型,磨粒之间具有一定的容屑空间,单个磨粒晶形完整、磨粒尺寸小于8μm,磨粒突出高度均匀。所以在精密磨削领域中,相比于传统的结合剂金刚石砂轮,CVD金刚石砂轮磨削效率高、磨削表面质量更好、砂轮寿命长。特别是在精密磨削硬脆材料领域,CVD金刚石砂轮比传统结合剂砂轮更具有优势,具有广泛的应用前景。本课题开展了结构化CVD金刚石砂轮的表面结构设计及其磨削实验研究,利用MATLAB进行砂轮表面结构阵列的三维形貌设计,建立基于结构化砂轮的三维磨削纹理表面的数学模型,分析了不同磨削纹理的形成规律;利用脉冲激光对CVD金刚石砂轮表面进行了结构化加工研究,实现了结构化CVD金刚石砂轮的制备;在单晶硅和碳化钨表面进行磨削实验研究,获得了具有不同形貌特征的磨削纹理,并研究了不同工艺参数下的纹理变化规律。首先,建立结构化砂轮磨削纹理的理论模型,基于砂轮表面结构参数和磨削纹理形貌参数,建立从砂轮表面结构阵列到工件表面磨削纹理形貌的映射关系数学模型,利用MATLAB...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨削加工的硬脆微结构表面及磨削轨迹和磨削工具[1，2-4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文均匀等特点。且由于CVD金刚石表面不含结合剂，因而砂轮磨不会脱落，且磨粒密度显著高于传统细磨粒金刚石砂轮，具有良，特别是对于微结构/纹理表面的加工。磨削加工中，砂轮表面磨粒随磨粒突出高度及磨粒间距的不同对划擦、犁耕与切削，所有磨粒的复合作用最终导致工件材料的去的形貌也将“复印”到磨削加工表面，磨削加工表面对砂轮表面高效精密磨削微结构或纹理表面提供了可能。表面结构化砂轮磨经成为硬脆材料纹理表面的重要加工方法，其可以实现高效、高粗糙度磨削硬脆材料表面微结构或表面纹理。硬脆材料微结构与削加工原理如图 1-2 所示，通过合理设计砂轮表面结构参数并合工艺参数，砂轮表面纹理结构能够按一定规律精确复制到磨削加而能够有效应用于硬脆材料微结构或纹理表面的高效精密磨削，工制备周期性的高精度硬脆材料微结构或纹理表面，从而显著提结构表面的加工效率。
图 1-3 磨损后 CVD 金刚石砂轮的表面形貌（左）和 EDM 锐化后的表面形貌（右）[6]德国布伦瑞克理工大学的 Hoffmeister 等[7-9]在 CVD 金刚石砂轮及其磨削工艺方面进行了大量的研究（图 1-4），研究结果表明与传统烧结金刚石砂轮相比，CVD 金刚石砂轮除了具有卓越的耐磨性，还可以获得极低的表面粗糙度，并能够有效应用于硬脆材料微结构表面的微磨削加工。图 1-4 CVD 金刚石盘形砂轮和笔形砂轮及堵塞的 CVD 金刚石表面形貌[7-9]日本工业大学的Suzuki等[10]研究了CVD金刚石砂轮精密磨削碳化钨（WC），图 1-5 为CVD磨削工具磨削硬脆材料WC工件表面及磨削前后表面质量对比，图1-6 是磨削工具及其微观形貌。研究发现CVD沉积金刚石磨削工具能够具有较高的磨粒密度，能够有效的去除工件材料，并获得了Ra8nm的表面粗糙度，实现了
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental Evaluation on Grinding Texture on Flank Face in Chamfer Milling of Stainless Steel[J]. Xian-Li Liu,Jin-Kui Shi,Wei Ji,Li-Hui Wang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)
[2]单晶硅微尺度侧磨表面质量影响因素试验研究[J]. 周云光,巩亚东,高奇,朱宗孝. 东北大学学报(自然科学版). 2017(07)
[3]表面结构化砂轮磨削加工技术研究进展[J]. 郭兵,金钱余,赵清亮,吴明涛,曾昭奇. 哈尔滨工业大学学报. 2016(07)
[4]二氧化硅的氢氟酸缓冲腐蚀研究[J]. 赵孟钢. 科技信息. 2013(13)
[5]论化学气相沉积（CVD）金刚石技术最新发展[J]. 王亨瑞,雷亚民,玄真武,何敬晖,董长顺. 超硬材料工程. 2010(01)
[6]化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展[J]. 吕反修. 材料热处理学报. 2010(01)
[7]磨削加工表面纹理的特征分析[J]. 朱双霞,刘莹,李小兵,郭纪林. 机械设计与制造. 2008(08)
[8]利用飞秒激光器进行精密加工的研究动向与未来展望[J]. 王玉英. 光机电信息. 2007(03)
[9]单晶硅超精密车削加工脆塑转变机理及临界切削厚度的研究[J]. 王明海,卢泽生. 航空精密制造技术. 2006(06)
[10]氢氟酸法测定石英砂中二氧化硅的含量[J]. 朴文革,张西粉,孙权. 炭素技术. 2000(05)
博士论文
[1]单晶硅材料超精密磨削机理研究[D]. 陈卓.广东工业大学 2013
[2]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]单晶硅高速磨削亚表层损伤的仿真与实验研究[D]. 朱宝义.太原理工大学 2018
[2]脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究[D]. 张亮.湖南大学 2018
[3]脆性材料磨削材料去除及亚表面损伤的理论与仿真研究[D]. 王常楚.湖南大学 2016
[4]基于激光加工方法的大磨粒金刚石砂轮表面结构化研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2012
[5]CVD金刚石膜化学机械抛光工艺研究[D]. 王坤.大连理工大学 2010
[6]硅片超精密磨削表面质量和材料去除率的研究[D]. 田业冰.大连理工大学 2005
本文编号：3384637
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨削加工的硬脆微结构表面及磨削轨迹和磨削工具[1，2-4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文均匀等特点。且由于CVD金刚石表面不含结合剂，因而砂轮磨不会脱落，且磨粒密度显著高于传统细磨粒金刚石砂轮，具有良，特别是对于微结构/纹理表面的加工。磨削加工中，砂轮表面磨粒随磨粒突出高度及磨粒间距的不同对划擦、犁耕与切削，所有磨粒的复合作用最终导致工件材料的去的形貌也将“复印”到磨削加工表面，磨削加工表面对砂轮表面高效精密磨削微结构或纹理表面提供了可能。表面结构化砂轮磨经成为硬脆材料纹理表面的重要加工方法，其可以实现高效、高粗糙度磨削硬脆材料表面微结构或表面纹理。硬脆材料微结构与削加工原理如图 1-2 所示，通过合理设计砂轮表面结构参数并合工艺参数，砂轮表面纹理结构能够按一定规律精确复制到磨削加而能够有效应用于硬脆材料微结构或纹理表面的高效精密磨削，工制备周期性的高精度硬脆材料微结构或纹理表面，从而显著提结构表面的加工效率。
图 1-3 磨损后 CVD 金刚石砂轮的表面形貌（左）和 EDM 锐化后的表面形貌（右）[6]德国布伦瑞克理工大学的 Hoffmeister 等[7-9]在 CVD 金刚石砂轮及其磨削工艺方面进行了大量的研究（图 1-4），研究结果表明与传统烧结金刚石砂轮相比，CVD 金刚石砂轮除了具有卓越的耐磨性，还可以获得极低的表面粗糙度，并能够有效应用于硬脆材料微结构表面的微磨削加工。图 1-4 CVD 金刚石盘形砂轮和笔形砂轮及堵塞的 CVD 金刚石表面形貌[7-9]日本工业大学的Suzuki等[10]研究了CVD金刚石砂轮精密磨削碳化钨（WC），图 1-5 为CVD磨削工具磨削硬脆材料WC工件表面及磨削前后表面质量对比，图1-6 是磨削工具及其微观形貌。研究发现CVD沉积金刚石磨削工具能够具有较高的磨粒密度，能够有效的去除工件材料，并获得了Ra8nm的表面粗糙度，实现了
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental Evaluation on Grinding Texture on Flank Face in Chamfer Milling of Stainless Steel[J]. Xian-Li Liu,Jin-Kui Shi,Wei Ji,Li-Hui Wang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)
[2]单晶硅微尺度侧磨表面质量影响因素试验研究[J]. 周云光,巩亚东,高奇,朱宗孝. 东北大学学报(自然科学版). 2017(07)
[3]表面结构化砂轮磨削加工技术研究进展[J]. 郭兵,金钱余,赵清亮,吴明涛,曾昭奇. 哈尔滨工业大学学报. 2016(07)
[4]二氧化硅的氢氟酸缓冲腐蚀研究[J]. 赵孟钢. 科技信息. 2013(13)
[5]论化学气相沉积（CVD）金刚石技术最新发展[J]. 王亨瑞,雷亚民,玄真武,何敬晖,董长顺. 超硬材料工程. 2010(01)
[6]化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展[J]. 吕反修. 材料热处理学报. 2010(01)
[7]磨削加工表面纹理的特征分析[J]. 朱双霞,刘莹,李小兵,郭纪林. 机械设计与制造. 2008(08)
[8]利用飞秒激光器进行精密加工的研究动向与未来展望[J]. 王玉英. 光机电信息. 2007(03)
[9]单晶硅超精密车削加工脆塑转变机理及临界切削厚度的研究[J]. 王明海,卢泽生. 航空精密制造技术. 2006(06)
[10]氢氟酸法测定石英砂中二氧化硅的含量[J]. 朴文革,张西粉,孙权. 炭素技术. 2000(05)
博士论文
[1]单晶硅材料超精密磨削机理研究[D]. 陈卓.广东工业大学 2013
[2]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]单晶硅高速磨削亚表层损伤的仿真与实验研究[D]. 朱宝义.太原理工大学 2018
[2]脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究[D]. 张亮.湖南大学 2018
[3]脆性材料磨削材料去除及亚表面损伤的理论与仿真研究[D]. 王常楚.湖南大学 2016
[4]基于激光加工方法的大磨粒金刚石砂轮表面结构化研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2012
[5]CVD金刚石膜化学机械抛光工艺研究[D]. 王坤.大连理工大学 2010
[6]硅片超精密磨削表面质量和材料去除率的研究[D]. 田业冰.大连理工大学 2005
本文编号：3384637
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