基于半固著磨粒磨具加工的材料去除機(jī)理研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)、電子技術(shù)、航空航天技術(shù)的發(fā)展，對加工技術(shù)的要求越來越高，對高效高精度低表面損傷的加工需求越來越多?，F(xiàn)有的磨粒加工方法，按磨粒分布形式，可分為固著磨粒加工和游離磨粒加工。這些方法均無法實(shí)現(xiàn)高效高精無損傷的加工要求。在固著磨粒的加工中，磨粒是被結(jié)合劑完全束縛的。而在游離磨粒加工中，磨粒是完全自由的，處于無約束狀態(tài)。本文提出了一種新的加工方法，半固著磨粒加工方法。半固著磨粒加工中磨粒的約束狀態(tài)是介于完全約束和完全自由之間的。在加

2、工的過程中，磨?？梢栽谝欢ǖ姆秶M(jìn)行位置的調(diào)整。使參與加工的磨粒數(shù)量多，同時單顆磨粒上的加工壓力小，故能在保證較好的加工精度的同時，保持較高的加工效率。如果在加工過程中混入硬質(zhì)大顆粒，在加工壓力的作用下硬質(zhì)大顆粒會下陷到磨具內(nèi)部，這樣就能減緩大顆粒帶來的表面損傷。 本文基于半固著磨具，對硅片等陶瓷材料去除機(jī)理展開了實(shí)驗(yàn)研究。綜合運(yùn)用多種測試儀器，研究了半固著磨粒磨具的主要特性。采用納米壓痕技術(shù)對磨具表層特性進(jìn)行了測試得到了表層磨

3、粒在加載時的“加載-位移”特征。通過實(shí)驗(yàn)研究了半固著磨具與工件的接觸特性，對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)研究了工藝參數(shù)對材料去除率和表面粗糙度的影響。通過對比游離磨粒和半固著磨具加工硅片，綜合SEM、AFM等試驗(yàn)手段，對研磨加工的表面損傷進(jìn)行了分析，得到了半固著磨具加工時材料去除的主要方式。論文的主要工作和研究成果如下： （1）綜合運(yùn)用多種試驗(yàn)方法，研究了半固著磨粒磨具的主要特性：在相同磨料質(zhì)量百分比下，半固著磨具中磨料粒度號越大，

4、其表面硬度值越小；磨料質(zhì)量百分比為65 wt％半固著磨具的抗剪強(qiáng)度最強(qiáng)；在相同磨料質(zhì)量百分比下，半固著磨具中磨料粒度號越大，其抗剪強(qiáng)度越??；磨料質(zhì)量百分比為65 wt％半固著磨具的密度最高；采用SEM觀測可知，磨料質(zhì)量百分比為65 wt％半固著磨具中的磨粒和氣孔分布較好，半固著磨具的彈性模量隨著磨具中磨粒粒度號的增加而減小。 （2）納米壓痕測試結(jié)果表明：表層結(jié)合劑在加載時發(fā)生彈塑性變形，當(dāng)外加載荷達(dá)到結(jié)合劑屈服極限時，結(jié)合劑進(jìn)入

5、屈服階段。表層磨粒受力時發(fā)生位置遷移，磨粒上所受到的力和其位移之間的關(guān)系可以由納米壓痕儀測出。 （3）運(yùn)用SEM等手段觀測發(fā)現(xiàn)，半固著磨粒磨具的表面形貌是很不平整的，存在著很多突出的高峰。半固著磨粒磨具與工件接觸試驗(yàn)表明，當(dāng)載荷變大時，高峰會產(chǎn)生流動，磨具與工件之間的接觸面積會隨著載荷的增大而增大。 （4）通過試驗(yàn)得出了載荷、轉(zhuǎn)速、流量對材料去除率和表面粗糙度的影響結(jié)果：載荷越大，材料去除率越高，隨著加工載荷的增加，表面

6、粗糙度逐漸增加；磨具轉(zhuǎn)速從20rpm提高到60rpm時，材料去除率呈直線上升，表面粗糙度則略有上升；當(dāng)研磨液流量低于50ml/min時，隨著研磨液流量的增加，去除率逐漸增大，表面粗糙度則逐漸降低。 （5）進(jìn)行了半固著磨粒磨具加工實(shí)驗(yàn)，并與同工藝條件下游離磨粒加工進(jìn)行了對比，綜合SEM、AFM等試驗(yàn)手段，對研磨加工的表面損傷進(jìn)行了分析，得到了半固著磨具加工時材料去除的主要方式二體磨損形式去除，SSB-2半固著磨具對工件進(jìn)行了延性切