低温冷风与传统加工对磨削质量的对比分析

针对磨削加工传统方法的不足设计了一种新型低温冷风加工磨削装置,能够提供0～-80℃连续低温,压力在0.3～0.5MPa范围内变化,结构简单,操作控制方便,加工成本低。通过对比工件的表面粗糙度,发现使用低温冷风磨削效果优于传统磨削,并且低温冷风温度越低,压力越高则工件表面质量越好,机床参数与低温冷风参数相比对工件的表面粗糙度影响不很明显。     

脆性光学材料的超声磨削实验研究

分别采用超声磨削和普通磨削加工方法加工了几种脆性光学材料,研究了几种主要工艺参数对工件加工表面粗糙度的影响。结果表明,超声频率和振幅、金刚石磨料粒度、切深、工具的横向进给速度和旋转速度等工艺参数对表面粗糙度的影响较大。通过比较发现,超声磨削方法比普通磨削方法具有更好的加工表面粗糙度,更高的材料去除率,以及更低的工具磨损量。     

平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌

结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性     

平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌

结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性     

轴对称非球面磨削表面粗糙度和波纹度的分布特性

基于光栅平行磨削的加工方式,分析磨削参数对轴对称非球面表面粗糙度的影响,揭示轴对称非球面表面粗糙度的分布规律。研究砂轮与工件加工过程的干涉现象,阐述其对轴对称非球面表面波纹度的作用机理并提出影响其分布和大小的主要因素。结合磨削实验表明,垂直磨削方向的表面粗糙度明显比平行磨削方向上的大且数值呈现中部小、边缘大的分布特点。砂轮振动和插补步距分别是平行磨削和垂直磨削方向上表面波纹度产生的主要因素。     

轴对称非球面磨削表面粗糙度和波纹度的分布特性

基于光栅平行磨削的加工方式,分析磨削参数对轴对称非球面表面粗糙度的影响,揭示轴对称非球面表面粗糙度的分布规律。研究砂轮与工件加工过程的干涉现象,阐述其对轴对称非球面表面波纹度的作用机理并提出影响其分布和大小的主要因素。结合磨削实验表明,垂直磨削方向的表面粗糙度明显比平行磨削方向上的大且数值呈现中部小、边缘大的分布特点。砂轮振动和插补步距分别是平行磨削和垂直磨削方向上表面波纹度产生的主要因素。     

轨迹成型法加工光学零件磨床中的微进给电控装置的研究

本文提出了一种在轨迹成型法加工光学零件磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给电控装置。试验表明,在轨迹成型法加工光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后,工件表面粗糙度可达Ｒａ＝０．０２μｍ,能够达到光学零件精磨的粗糙度要求。     

化学气相沉积SiC材料超光滑表面纳米加工

 利用传统光学加工方法，采用陶瓷磨盘和金刚石微粉对国产化学气相沉积(CVD) SiC进行了粗磨、细磨加工；然后，利用颗粒直径从4 μm到1 μm的金刚石研磨膏逐级进行抛光，发现SiC表面存在纳米级划痕；最后，改用颗粒直径为20 nm氧化铝纳米颗粒的碱性水溶液进行抛光，表面粗糙度达到0.6 nm(RMS)，表面纳米级划痕得到很好改善，获得了较高表面质量的超光滑表面。     

状态方程实验用铜多台阶靶制备工艺

采用单点金刚石切削技术,通过合理的刀具设计、夹具设计及工艺过程设计,确定了加工工艺参数,完成了厚度几μm至几十μm的无氧铜多台阶靶的制备。通过触针式轮廓仪,台阶仪,白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量。结果表明：通过单点金刚石切削技术加工成形的铜多台阶靶,各台阶表面均方根粗糙度小于50 nm,工件表面轮廓平直,台阶垂直度较好。采用阿基米德原理对材料密度进行测量,加工成形后密度为(8.945±0.074) g/cm3,接近材料理论密度。     

光学玻璃金刚石磨削机理

本文通过对各类光学玻璃进行广泛的金刚石磨削试验,和对光学玻璃及金刚石片各种性能的测试,研究了金刚石磨具对光学玻璃磨削效果与诸因素间的关系,并对金刚石加工中的三种过程-破碎性切削、塑性变形、塑性切削进行了分析,指出了这三种过程的特点。作者还通过单颗粒金刚石刻划抛光的玻璃表面的实验,验证了各个过程的存在。据此,提出了为减少裂纹层深度,光学玻璃的金刚石磨削应该在低压高速下进行的论点。     

一种新型的固着磨料抛光片──WBN抛光片的制作工艺及其特性

本文描述了用冲击合成方法得到的超硬材料纤锌矿型氮化硼（ＷＢＮ）制作的一种新型抛光片。在光学玻璃抛光中的初步应用显示：这种新型的ＷＢＮ抛光片具有比传统的ＣｅＯ２。抛光片更大的切削力、更短的抛光时间和更好的表面粗糙度及更长寿命等优点。     

单晶金刚石刀具后刀面沟槽磨损的石墨化生成过程分析

单晶金刚石刀具切削单晶硅时后刀面会发生剧烈沟槽磨损,严重影响零件加工质量和刀具寿命。为了从金刚石石墨化转变角度揭示沟槽磨损生长扩展机制,建立了金刚石刀具后刀面具有初始沟槽的分子动力学模型,模拟了切削单晶硅时初始沟槽处的工件材料流动行为与金刚石刀具晶体结构变化情况。结果表明,初始沟槽的存在改变了工件材料的流动状态;并且这种材料流动引起了刀具初始沟槽附近温度和能量的变化,温度升高了8%,势能提高了1.4%;通过分析金刚石刀具晶体结构发现,初始沟槽处的刀具材料发生了石墨化转变,并通过计算采样点处原子间键角,得到了石墨化转化率随着切削的进行不断升高,并最终趋于恒定的规律,当切削进入到稳定切削阶段时,石墨化转化率约为6%。     

单晶金刚石刀具后刀面沟槽磨损的石墨化生成过程分析

单晶金刚石刀具切削单晶硅时后刀面会发生剧烈沟槽磨损,严重影响零件加工质量和刀具寿命。为了从金刚石石墨化转变角度揭示沟槽磨损生长扩展机制,建立了金刚石刀具后刀面具有初始沟槽的分子动力学模型,模拟了切削单晶硅时初始沟槽处的工件材料流动行为与金刚石刀具晶体结构变化情况。结果表明,初始沟槽的存在改变了工件材料的流动状态;并且这种材料流动引起了刀具初始沟槽附近温度和能量的变化,温度升高了8%,势能提高了1.4%;通过分析金刚石刀具晶体结构发现,初始沟槽处的刀具材料发生了石墨化转变,并通过计算采样点处原子间键角,得到了石墨化转化率随着切削的进行不断升高,并最终趋于恒定的规律,当切削进入到稳定切削阶段时,石墨化转化率约为6%。     

Investigating the mechanisms of diamond polishing using Raman spectroscopy

Recent research has shown that a phase transformation of diamond to a different form of carbon is involved when diamonds are polished in the traditional fashion. The question as to how this phase transformation is activated and maintained to produce high wear rates is of great technological interest since it may radically change the way we view the processing of diamond. This paper describes the use of Raman spectroscopy to examine debris produced on the diamond polishing wheel, both during its preparation and during polishing. In addition, polished diamond surfaces were examined for the possible existence of non-diamond surface layers in an attempt to identify material removal mechanisms. Raman spectroscopy proves ideal for these analyses because its relatively high spatial resolution is well suited to the analysis of small wear features and debris particles, and because of the wealth of information it reveals about chemical structure. This level of structural information has been lacking in previous analyses of diamond polishing debris. In addition to the non-diamond carbon found in the wear debris, significant quantities of two iron oxides, magnetite (Fe₃O₄) and haematite (α-Fe₂O₃), were also found. An interesting observation was that a transformation from magnetite to haematite could be induced either by using high power laser excitation or by frictional heating during polishing. It is suggested that some of the Raman peaks previously attributed to lonsdaleite might better be explained by the presence of these oxides.     

气相沉积法制备聚酰亚胺薄膜不同单体配比的表征及其性能影响

聚酰亚胺微球作为惯性约束聚变的重要候选靶丸之一,其力学性能和热学性能的提高对于实现聚变点火有重要意义.本文以均苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚为原料,采用气相沉积法制备了不同单体配比的聚酰胺酸薄膜,研究了制备聚酰胺酸薄膜过程中不同单体蒸发温度对薄膜组成的影响,并对聚酰胺酸薄膜进行热环化处理.采用红外光谱仪分析了聚酰胺酸薄膜和聚酰亚胺薄膜的组成,结果表明:随着二酐蒸发温度的增加,聚酰胺酸薄膜中过量二酐单体的红外吸收振动特征峰(1780 cm~(-1),1850 cm~(-1)强度增加,单体配比由二胺过量到二酐二胺配比均衡再到二酐过量.热环化处理的过程中,薄膜中过量单体会再次蒸发,其红外图谱显示最终产物只有聚酰亚胺,但单体配比接近样品聚酰亚胺红外特征振动峰(1380 cm~(-1))强度更大.X射线衍射图谱显示配比接近的样品具有更高的晶化程度,说明过量单体的存在抑制了聚酰胺酸分子链的生长,造成分子量降低.采用纳米压痕仪和热重分析仪分别测量了聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度以及失重曲线,结果表明分子量的降低会造成聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度的降低,同时热稳定性也变差.扫描电子显微镜图像显示聚酰亚胺薄膜呈层状结构,单体配比接近的样品表面状况更好,这一点与聚酰亚胺分子的生长规律相符合.     

单晶硅纳米切削中C–C键断裂对金刚石刀具磨损的影响

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、C–C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层C–C键的断裂使其两端碳原子由sp³杂化转变为sp²杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp²杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, C–C键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的C–C键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.     

光学玻璃加工破坏层研究及粗磨、精磨、抛光工序加工余量的合理匹配

本文通过用五种散粒磨料（碳化硅）、五种固着磨料（金刚石）对八大类常用光学玻璃进行加工，用扫瞄电子显微镜观察其表面形貌，用抛测法测出其破坏层深度，得出一系列破坏层的深度数值，从而找出破坏层与磨料之问的函数关系。以破坏层的绝对深度为依据，得出光学加工中精磨、抛光工序的加工余量的合理匹配值。     

Characterization of laser processing of single‐crystal natural diamonds using micro‐Raman spectroscopic investigations

The application of lasers for processing diamond has revolutionized the diamond industry and its applications in microelectronics, microelectromechanical system (MEMS) and microoptoelectromechanical system (MOEMS) technologies. The process quality can be evaluated using spectroscopic techniques. In the present investigation, four different types of Q‐switched solid‐state lasers (with different beam parameters), namely, a lamp‐pumped Nd:YAG laser operating at 1064 nm, a lamp‐pumped Nd:YAG laser operating at second harmonically generated 532 nm, a diode‐pumped Nd:YVO₄ laser operating at 1064 nm and a diode‐pumped Nd:YAG laser operating at 1064 nm, have been employed for the processing of a single‐crystal, gem‐quality, natural diamond. The main objective behind the selection of these lasers with different beam parameters was to study the effect of wavelength, pulse width, pulse energy, peak power and beam quality factor (M² factor) on various aspects of processing (such as microcracking, material loss and cut surface quality) and their relative merits and demerits. The overall weight loss of the diamond and formation of microcracks during processing have been studied for the above four cases. The characteristics of the graphite formed during processing, elemental analysis, surface morphology of the cut surface and process dynamics have been studied using micro‐Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). We observed that laser cutting of single‐crystal diamonds used for industrial applications can be accomplished without microcracking or surface distortion using Q‐switched Nd:YAG lasers. This allows direct processing without extensive postgrinding and polishing stages. Very efficient diamond processing is possible using diode‐pumped lasers, which results in the lowest possible breakage rate, good accuracy, good surface finish and low weight loss. From the micro‐Raman and SEM studies, it is concluded that the surface quality obtained is superior when diode‐pumped Nd:YVO₄ laser is used, owing to its extremely high peak power. The maximum graphite content is observed while processing with lamp‐pumped Nd:YAG laser at 532 nm. An overall comparison of all the laser sources leads to the conclusion that diode‐pumped Nd:YAG laser is a superior option for the efficient processing of natural diamond crystals. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

八面体硼皮金刚石的形成于耐热性能的实验研究

 本文采用低能离子注入方法，在2 000、5 000、7 000和8 500 V四种不同的高压电场中进行了八面体硼（B）皮金刚石的离子注入实验，并与同一批未注入B的金刚石进行了XPS测试和热失重分析的对比实验。XPS测试结果证明了注B金刚石表面已形成B皮；热分析（TGA）实验表明了八面体B皮金刚石的耐热起始氧化温度T（onset）均超过1 000 ℃平均达1 027 ℃。结果表明：金刚石{111}晶面的B皮抗氧化性能最好，并与离子注入深度无关。     

内渐进多焦点镜片的加工

介绍了加工内渐进多焦点镜片的自由曲面数控机床的基本结构及工作原理,开展了机床的加工工艺实验,用以改善内渐进多焦点镜片的光学性能。实验结果表明,车削阶段影响表面粗糙度的两个主要因素是镜片材料和切削速度;得到了抛光效果良好的两个抛光参数:抛光时间是50s—100s,抛光气压是0.03 MPa—0.06 MPa;不同材料的镜片车削后表面粗糙度不同,抛光后表面粗糙度基本相同。