脆性材料塑性域的超精密加工方法

较全面的总结了目前国内外脆性材料超精密加工的各种先进方法，并从中总结了各种加工方法所存在的一些优缺点，以此希望能对我国脆性材料塑性域超精密加工的研究有所启迪。     

ELID磨削——硬脆材料精密和超精密加工的新技术

金属基超硬磨料砂轮在线电解修整磨削技术是国外近年发展起来的一种硬脆材料精密和超精密加工新技术。本文介绍了ＥＩＤ磨削技术的基本原理、工艺特点和国内外研究情况。应用ＥＬＩＤ磨削技术,可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削 。     

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

通过分析单晶硅的纳米印压试验结果以及显微压痕透射电镜观察结果,并结合尺度效应理论,提出了一种新的单晶硅超精密切削脆塑转变机理,建立了宏微结合的单晶硅超精密切削模型。首次基于理论分析的方法给出了较为精确的单晶硅脆塑转变的临界切削厚度,并通过试验对研究结果给予验证。     

ELID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技术

金属基超硬磨料砂轮在线电解修整（ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＩｎｐｒｏｃｅｓＤｒｅｓｉｎｇ,简称ＥＬＩＤ）磨削技术是国外近年发展起来的一种硬脆材料精密和超精密加工新技术。本文介绍了ＥＬＩＤ磨削技术的基本原理、工艺特点和国内外研究应用情况。应用ＥＬＩＤ磨削技术,可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削     

磨削磨料加工技术的最新发展

概述了近年来磨削技术及其理论研究领域的最新进展 ,其中包括超精密磨削、研磨、抛光以及超精密复合磨削 ,重负荷荒磨、砂带磨削、超高速磨削、高效深磨技术 ,磨削自动化、数控化、智能化和虚拟化等方面的发展 ;另外 ,还介绍了砂轮修整、磨削液注入、绿色磨削、表面完整性和磨削淬硬等方面的技术进步与最新成果     

单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究

分析了单晶硅超精密切削时被加工晶面和滑移面间的相对关系以及单晶硅的力学特性,基于单晶硅超精密切削加工脆塑转变机理,模拟了分别以单晶硅(111)(、110)(、100)晶面为被加工面时的表面质量的各向异性特性。模拟结果表明这些晶面在不同晶向方向上表面质量呈现明显的各向异性特性,而以单晶硅(111)晶面作为被加工面时可以得到最好的加工表面质量。     

CUPE的超精密加工及测试技术

介绍了英国Ｃｒａｎｆｉｅｌｄ大学超精密加工实验室的概况、主要的研究范围及内容．重点介绍了超精密金刚石切削和磨削机床，超精密测量仪器，超精密加工和测量机床的组件以及Ｎａｎｏｃｅｎｔｒｅ超精密车床中的关键技术．     

基于纳米颗粒润滑的单点金刚石刀具磨损抑制技术

润滑是单点金刚石车削硬脆材料时的一个非常关键的因素,针对单点金刚石车床超精密加工单晶硅光学零件过程中刀具易磨损、加工精度一致性差等问题,提出了一种单点金刚石刀具磨损抑制技术,通过选用二硫化钼、石墨、铜、氧化铜等纳米颗粒作为润滑剂,在Ф25.4mm单晶硅平片上开展实验研究.结果表明,纳米颗粒的类型和质量分数对车削过程的润滑效果有明显的影响,使用质量分数为10％的纳米石墨颗粒作为润滑剂时,加工后零件表面质量最好.在车削加工5.067km后,单晶硅光学零件表面粗糙度优于25nm,刀具磨损量约5μm,该单点金刚石刀具磨损抑制技术是有效的.     

非球面零件超精密加工技术

介绍了非球面零件超精密切削、超精密磨削、超精密抛光（研磨）、等离子体的CVM、复制等技术的超精密加工方法．     

单晶硅超精密切削加工表面粗糙度预测模型的建立及试验研究

利用超精密机床进行切削加工时,对于操作者来说,首先面临的问题是最优切削用量组合的确定,这也是最让操作者感到棘手的问题.单晶硅成功的切削过程取决于优化工艺参数,比如进给量、背吃刀量、切削速度等.为了建立精确可靠的表面粗糙度预测模型,本文将遗传基因算法应用于回归分析,同时在超精密机床上对该预测模型进行了试验验证.     

新型刚玉砂轮磨削GH4169镍基高温合金的性能评价研究

镍基高温合金是航空发动机部件的常用材料,其磨削加工存在工具损耗严重、寿命短等难题。针对3种新研制的刚玉砂轮(分别为粒度60#的微晶和单晶混合磨料砂轮、粒度60#的单晶刚玉砂轮,以及粒度70#的单晶刚玉砂轮),开展了GH4169镍基高温合金材料的磨削试验,从磨削力、磨削温度、砂轮磨损以及表面粗糙度等方面对3种砂轮的磨削性能进行了评价。结果表明,3种砂轮磨削GH4169材料在砂轮磨损和表面粗糙度方面未表现出明显差异,而通过对磨削力和磨削温度的综合评价发现粒度60#的单晶刚玉砂轮的磨削性能更优。3种砂轮磨削GH4169材料的磨削比在0.5~3之间。在正常磨削条件下,3种砂轮的磨削表面粗糙度Ra小于0.4μm。同时发现,砂轮磨损(主要包括磨粒的破碎和脱落)是造成磨削表面缺陷形成的重要原因。     

高纯钨磨削加工试验研究

为探究适用于高纯钨磨削加工的砂轮,使用80~#绿碳化硅砂轮和金刚石砂轮开展磨削对比试验,从工件表面粗糙度角度评价上述两种砂料对高纯钨磨削加工表面的影响。试验结果表明,绿碳化硅砂轮对应的工件得到了更理想的表面粗糙度。使用绿碳化硅砂轮开展工艺试验,分析在不同磨削参数下加工表面粗糙度的变化趋势,以此为依据对高纯钨磨削加工工艺参数进行评价与优化。综合考虑加工表面粗糙度以及加工效率,得出适合于钨磨削加工的参数为砂轮线速度v_s=23m/s、磨削深度a_p=8μm、工作台进给速度v_w=10m/min,该参数下得到的表面粗糙度均值为0.336μm。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

Development of a new high-shear and low-pressure grinding wheel and its grinding characteristics for Inconel718 alloy

Nickel-based alloy has been widely used due to its outstanding mechanical properties. However, Nickel-based alloy is a typical difficult-to-machine material, which is a great constrain for its application in the manufacturing field. To improve the surface quality of the ground workpiece, a new high-shear and low-pressure grinding wheel, with high ratio of tangential grinding force to normal grinding force, was fabricated for the grinding of selective laser melting (SLM) manufactured Inconel718 alloy. The principle of high-shear and low-pressure grinding process was introduced in detail, which was quite different from the conventional grinding process. The fabrication process of the new grinding wheel was illustrated. A serial of experiments with different processing parameters were carried out to investigate the grinding performance of the developed grinding wheel via analyzing surface roughness and surface morphology of the ground workpiece. The optimal processing parameters of high-shear and low-pressure grinding were obtained. The surface roughness of ground workpiece was reduced to 0.232 μm from the initial value of 0.490 μm under the optimal grinding conditions. It was found that the initial scratches on the ground workpiece were almost completely removed after the observations with the metalloscopy and the field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The capability of the newly developed high-shear and low-pressure grinding wheel was validated.     

Interference and grinding characteristics in ultra-precision grinding of thin-walled complex structural component using a ball-end grinding wheel

As for ultra-precision grinding of difficult-to-process thin-walled complex components with ball-end grinding wheels, interference is easy to occur. According to screw theory and grinding kinematics, a mathematical model is established to investigate the interference and grinding characteristics of the ball-end wheel. The relationship between grinding wheel inclination angle, C axis rotation angle, grinding position angle and grinding wheel wear are analyzed. As the grinding wheel inclination angle increases, the C axis rotatable range decreases and the grinding position angle increases. The grinding position angle and wheel radius wear show a negative correlation with the C axis rotation angle. Therefore, a trajectory planning criteria for increasing grinding speed as much as possible under the premise of avoiding interference is proposed to design the grinding trajectory. Then grinding point distribution on the ball-end wheel is calculated, and the grinding characteristics, grinding speed and maximum undeformed chip thickness, are investigated. Finally, a complex structural component can be ground without interference, and surface roughness and profile accuracy are improved to 40.2 nm and 0.399 μm, compared with 556 nm and 3.427 μm before ultra-precision grinding. The mathematical model can provide theoretical guidance for the analysis of interference and grinding characteristics in complex components grinding to improve its grinding quality.     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削特性试验研究

在改装成的超声磨削机床上进行了陶瓷超声磨削与普通磨削的对比试验,以揭示蠕动进给超声磨削加工的磨削特性及其材料去除机理。结果表明:当超声振动方向与磨削进给方向相同时,超声振动所引起的抛磨作用非常显著,超声磨削的表面粗糙度比机械磨削的低;Al2O3陶瓷在一般条件下超声磨削的去除方式仍属于脆性断裂,以晶粒粉碎、穿晶断裂为主,但伴随有沿晶断裂、弹性划擦、塑性流动等现象。     

钛合金TC4电火花诱导可控烧蚀高效磨削技术研究

利用大部分金属尤其是难加工金属的可燃特性,开发一种针对难加工金属材料的新加工工艺——电火花(EDM)诱导可控烧蚀高效磨削技术。采用开槽导电砂轮进行磨削加工,首先利用导电区域与加工材料产生电火花诱导放电并通入助燃氧气,使材料表面产生电火花引燃烧蚀并软化,然后将已烧蚀和软化的材料磨除,对钛合金TC4进行烧蚀磨削试验,并与常规电火花磨削和机械磨削进行对比,分析了材料去除率(RMM)、表面质量和机床主轴电机功率变化等指标。结果表明,在试验条件下,烧蚀磨削在放电利用率提高的同时可获得表面粗糙度为0.59 μm的加工表面,与机械磨削的表面粗糙度值相近,而相同条件下电火花磨削的表面粗糙度为1.29 μm。由于烧蚀后产生了软化层,在切深小于软化层厚度的条件下,相对于电火花磨削和机械磨削状况,烧蚀磨削主轴电机功率相比空载时的增加值分别降低了95.2%和96.8%。此工艺方法可大大提高难加工材料的可磨削性能。     

ELID成形磨削实验研究与表面粗糙度预测

为了探究ELID成型磨削中磨削参数和电解参数对表面粗糙度的影响规律,基于未变形切屑厚度模型,考虑砂轮上磨粒出刃高度的随机性以及ELID磨削中氧化膜的影响,建立了针对ELID磨削的表面粗糙度预测模型。单因素实验研究了ELID成形磨削电源参数对表面粗糙度的影响规律,并探讨了电解电流与氧化膜厚度之间的关系。全因子实验以工件转速、砂轮转速和进给切深为影响因素,研究了磨削参数对表面粗糙度的影响规律,并对预测模型进行了验证。结果表明:磨削参数中,其他条件一定时,表面粗糙度随砂轮转速的增大而减小,随工件转速和切深的增大而增大;同时对于粗糙度的预测误差达到了8.75%,预测模型有效可靠。     

硬脆材料光滑表面超精磨削的研究

利用自行研制的专用小电流低电压脉冲/直流电解电源和非线性弱电解水基磨削液,在MM712OA精密平面磨床上制作了一套ELID磨削装置,对硬脆材料的ELID光滑表面磨削技术进行了系统的研究,获得了砂轮修整参数及磨削参数与光滑表面磨削粗糙度之间的关系。     

GH4169磨削表面粗糙度影响参数的敏感性研究

通过GH4169高温合金平面切入磨削实验,建立了表面粗糙度的经验公式,分析了表面粗糙度对磨削参数的灵敏度,获得了磨削参数稳定域和非稳定域。结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同磨削参数对表面粗糙度的影响曲线,进行了磨削参数区间的优选。研究结果表明:表面粗糙度对磨削深度的变化最为敏感,对工件速度的变化敏感次之,对砂轮速度的变化最不敏感;磨削深度优选范围为0.01～0.015mm,工件速度优选范围为10～15m/min,砂轮速度优选范围为20～30m/s,可控制表面粗糙度在0.7μm以内。为高温合金材料磨削表面粗糙度控制提供理论方法和试验依据。