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中北大學信息商務學院 本科畢業(yè)設(shè)計英文參考資料 題 目 Diamond grinding of glass and 140 metal bonded super smooth 系 名 機械工程系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名 黨志杰 學 號 12020144X42 指導教師 趙麗琴 職稱 副教授 2016年 6 月 2 日 超平滑的磨削玻璃與 140 金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪 安井黑吉 熊本大學機械工程與材料科學系 2 39 1 kurokami 熊本 日本 摘要 玻璃是光學工業(yè)中最重要的材料之一 人們迫切需求有關(guān)玻璃的這種高效超光 滑磨削技術(shù) 在以前的研究中 為了提高生產(chǎn)效率 我們提出了新設(shè)計的超光滑磨削方法 這種新方法被運用到水平表面的磨削 硬質(zhì)合金刀具的粗糙表面和碳化硅陶瓷等在測量面 積為 256 m 256 m 的情況下 應用水平可達到低于 30nm RZ 或 5nm RA 結(jié)果證明這種 新方法對于完成超光滑表面拋光是有利的 在這篇報道中分析了玻璃的超光滑磨削 金屬 結(jié)合劑金剛石砂輪使用的規(guī)范分別為 140 晶粒尺寸和 50 濃度 表面粗糙的成形玻璃的最 佳磨削狀態(tài)可達到約 27nm RZ 或 1 4nm RA 關(guān)鍵詞 超平滑磨削 玻璃 表面粗糙度 納米 金剛石砂輪 粗晶粒尺寸 金屬鍵 1 引言 玻璃是光學行業(yè)中最重要的材料之一 其作用是支持玻璃精密工業(yè) 人們迫切需求有 關(guān)玻璃的這種高效超光滑磨削技術(shù) 因為精密工業(yè)最近發(fā)展迅速且對高質(zhì)低價玻璃組成部 分的需求不斷 在以往的研究中 為了提高生產(chǎn)效率 我們提出新設(shè)計的超光滑磨削方法 這種新方法被運用到水平表面的磨削 硬質(zhì)合金刀具的粗糙表面和碳化硅陶瓷等在測量面 積為 256 m 256 m 的情況下 應用水平可達到低于 30nm RZ 或 5nm RA 結(jié)果證明這種新 方法對于完成超光滑表面拋光是有利的 這是各種材料超光滑磨削研究中的其中一個 在這篇報道中 玻璃的超光滑磨削使用 了金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的粗晶粒尺寸 2 超光滑磨削方法 在我們以前的研究 1 通過拋光檢查使用導線研磨 高去除率超光滑磨削方法可以完 成幾乎相同的平滑度 結(jié)果發(fā)現(xiàn) 通過橫向研磨達到的平滑度在臨界的粗糙表面是有限的 因為粗磨溝與磨削加工方向平行 為了減少凹槽 我們提出了新設(shè)計的超光滑磨削方法 如圖 1 所示 該方法對于完成超光滑表面拋光是有利的 首先 在新方法中 工件輪與地 面的接觸寬度使地面工件向正常方向磨削 如圖 2 所示 在磨削過程中 每個輪子的旋轉(zhuǎn) 都垂直 與磨削方向且小于切削刃的磨損寬度 第二步 工件稍微注水一節(jié) 與磨削方向平行 兩 個輪圈的重疊橫截面在注水前后形成的幾何粗糙表面和地面視差比所需的粗糙表面更加光 滑 然后與地面接觸寬度一定的工件輪再使地面工件向反方向磨削 通過重復這樣的研磨 程序 工件的整體表面完成 3 實驗 如圖 3 所示 該實驗是在研磨機數(shù)字計算機控制下進行的 借用空氣的粉碎機主軸每 次朝著 X Y Z 方向的移動都可以精確到 0 1 m 實驗條件總結(jié)如表 1 所示 金屬鍵砂輪的晶 粒尺寸和濃度分別為 L40 和 50 玻璃用的是一種干凈的陶器 這個研磨液用的是可溶型 的 包括大量的陰離子表面活性劑 地面工作部件粗糙表面的觀察和測量使用了顯微鏡 掃描電鏡 干涉儀和原子力顯微鏡 4 延性去除模式磨削玻璃 圖 4 顯示的是磨削玻璃表面在 0 01mm s 到 1mm s 的 140 金剛石砂輪和 12m s 的磨輪 下的顯微鏡和掃描電鏡照片 對砂輪表面進行調(diào)整使得延性去除模式對碳化硅陶瓷的研磨得以實現(xiàn) 從圖中可以看 出 在速度為 1mm s 到 0 05mm s 的情況下 可以從整個工件表面上觀察到磨削裂紋的球 型光滑表面 一部分光滑模面隨工作臺速度的減小而增大 另一方面 本實驗在最低時速 0 01mm s 的情況下 光滑的球模式工件表面沒有發(fā)現(xiàn)磨削裂紋 然而 在單獨觀察時發(fā) 現(xiàn) 光滑韌性模式可以運用在 10 平方 mm 的整個工件表面的作業(yè)上 隨著工作臺速率的 減小磨削裂紋也隨之減少 此外 通過使用粗粒度為 140 的金剛石砂輪來降低工作臺的速 率 從而使延性研磨模式得以實現(xiàn) 對表面積為 256 m x 256 m 平方米的玻璃進行時速為 VWP 0 01mm s 的切入磨削的三維影 像圖和二維剖面圖如圖 5 所示 從圖中可以清楚地看到研磨槽平行于磨削方向 研磨槽高 度約為 500nm 另一方面 表面粗糙度平行于研磨方向 約為 43nm 三維約 700nm 的表面 粗糙度強烈受溝槽高度的影響 溝槽高度與表面最大粗糙度息息相關(guān) 考慮到結(jié)果 發(fā)現(xiàn) 能夠抑制或減少溝槽發(fā)生的新的研磨方法是非常重要的 4 超光滑磨削 圖 6 顯示了超光滑磨削玻璃表面在顯微鏡和掃描電鏡下的照片 如圖所示 光滑的球 型工件表面無磨削裂紋和溝槽 尤其 溝槽在工件上有很小一部分 這對超平滑研磨是很 重要的 圖 7 顯示了一個轉(zhuǎn)速為 10 米 表面積為 256 m x 256 m 平方米下形成的超光滑磨削 玻璃的三維影像圖和二維剖面圖 從圖中可以得知超光滑磨削玻璃的三維表面粗糙度約為 27nm RZ 或 1 4nm RA 平行于磨削方向的二維表面粗糙度約為 6 5nm RZ 或 1 1nm RA 垂直于磨削方向的二維表面粗糙度約為 8 2nm RZ 或 1 3nm RA 如此高光滑 的表面粗糙度與研磨或拋光形成的表面粗糙度幾乎是相同的 圖 8 顯示了在表面積為 50 m x 50 m 平方米下形成的超光滑磨削玻璃的原子力顯微鏡 下的三維影像圖和二維剖面圖 平行與磨削方向的二維表面粗糙度約為 4 5nm RZ 或 0 9nm RA 垂直于磨削方向的二維表面粗糙度約為 7 3nm RZ 或 1 0nm RA 很明顯 即使在原子力顯微鏡精確的測量下 地面工件表面的球形面也沒有磨削裂紋 5 結(jié)論 超光滑磨削玻璃使用了一個 140 金屬結(jié)合劑金剛石車輪來分析 主要結(jié)果如下 1 隨著工作臺速率的降低 140 金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削玻璃的裂紋也隨之減少 因此 延性模式研磨在工作臺速率為 0 01m s 的情況下得以實現(xiàn) 2 為了防止切入研磨 可以在工件表面觀察到磨槽平行與磨削方向 其高度約為 500nm 3 運用新研制的超光滑磨削方法發(fā)現(xiàn)光滑的球型工件表面沒有磨削裂紋和溝槽 4 采用新研制的超光滑磨削方法和合適的磨削條件 玻璃可以達到的三維表面粗糙度約 為 27nm RZ 或 1 4nm RA 二維表面粗糙度約為 8nm RZ 或 1 3nm RA 致謝 作者感謝 k miyamoto 先生協(xié)助實驗 感謝超硬磨料工業(yè)有限公司 尤希路化學工業(yè) 有限公司和日本鎢有限公司提供砂輪 磨削液和工件材料 引用 1 YASUI H 超光滑磨削方法的發(fā)展 附第一例報告 理論和一些實驗研究 卷 69 2 YASUI H and SAWA T 磨削液的供給對陶器進行超光滑磨削的影響 2003 年度會議 3 YASUI H SAWA T SAKAMO S and ODAKI T 磨削液的供給對 Al2O3 TiC 陶瓷進行超光滑磨削 的影響 2004 年第六屆年會 4 YASUI H ARINO Y and MATSUNAGA K 延性光潔度高細磨 用金剛石砂輪的粒度較粗 卷 63