基于磁控磨粒均布的微细砂轮制备方法研究

论文摘要

近年来，精密与超精密加工已成为透镜模具加工的一种重要方法，如何加工出纳米级的表面精度和形状精度的透镜模具已经成为学者们广泛研究的一项课题。在硬脆材料的微小非球面透镜及其光学模具的制造技术中，最为有效的高形状精度和高表面质量创成的手段是采用微小直径的微粉砂轮进行镜面纳米磨削方法。传统砂轮磨料层磨粒排布不均匀是目前砂轮普遍存在的一个问题，由于磨粒分布不均匀而造成表面粗糙度不均匀。为了解决此问题，可以在砂轮成型的过程中施加磁场，通过磁场控制使得磨粒排布均匀，这样在磨削加工时可获得比传统砂轮更均匀的表面粗糙度。由于磨粒的均匀分布,可使得同时参与切削作用的磨粒数量增加,有利于提高磨削效率。本课题来源于新世纪优秀人才支持计划“微小非球面纳米加工关键技术研究”。针对目前透镜模具磨削的技术难题，本文进行了以下研究工作：（1）论述了磁控金刚石微粉砂轮制造技术的原理、研究现状及发展趋势，阐述了本文的研究背景、内容、目的和意义。（2）针对磁控金刚石微粉砂轮的特点，对其制造装置进行了设计开发，包括电机的选用，模具的设计，磁体的选用及其他附属结构的设计制造等。（3）对磁控金刚石微粉砂轮进行了一系列的配比实验，并分别观察磨粒的分布情况，得出了几组磨粒分布较好的参数结果。由实验可以得出结论，在弱磁场作用下，磁性颗粒表现出部分随机分布；当磁场增强到一定强度时，磁性颗粒分布较为均匀；而继续增大磁场时，形成团簇链。（4）对磁控金刚石微粉砂轮的成型工艺进行了设计和实验，制造出了一批不同配比在不同磁场条件下和不同电机转速情况下的磁控金刚石微粉砂轮，并对制造出来的砂轮进行了修整实验。（5）使用磁控金刚石微粉砂轮对硬质合金YG8进行了磨削工艺实验，并对各种实验参数与普通砂轮的磨削实验进行了对比实验研究，同时对磨削后工件的表面质量进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号物理含义表
• 插图索引
• 插表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 非球面的磨削加工方式
• 1.2.1 非球面磨削加工技术
• 1.2.2 镜面磨削技术
• 1.3 磁控金刚石微粉砂轮制造技术原理及发展概况
• 1.3.1 磁控金刚石微粉砂轮制备技术原理
• 1.3.2 磁性颗粒所受到的磁场力
• 1.3.3 磁控金刚石微粉砂轮制造技术发展概况
• 1.4 课题来源及研究意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 主要研究内容及技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 研究技术路线
• 第2章 磁控金刚石微粉砂轮制造装置的研制
• 2.1 磁控金刚石微粉砂轮制造装置的设计
• 2.1.1 整体设计
• 2.1.2 电机的选用
• 2.1.3 砂轮成型模具的设计
• 2.1.4 永磁体的选用
• 2.1.5 电机轴套的设计
• 2.1.6 定位块及长杆的设计
• 2.2 实验测量仪器
• 2.3 本章小结
• 第3章 磁控金刚石微粉砂轮的制备工艺
• 3.1 磁控金刚石微粉砂轮的成分选用
• 3.1.1 金刚石微粉的选用
• 3.1.2 磁性粒子的选用
• 3.1.3 结合剂的选用
• 3.2 磁控金刚石微粉砂轮的配比实验
• 3.3 磁控金刚石微粉砂轮的制备
• 3.4 磁控金刚石微粉砂轮的修整
• 3.4.1 砂轮修整的必要性
• 3.4.2 砂轮的修整方法
• 3.4.3 磁控金刚石微粉砂轮的修整
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁控金刚石微粉砂轮磨削硬质合金的工艺实验
• 4.1 金刚石微粉砂轮的磨削机理
• 4.2 硬质合金的基本性能和用途
• 4.3 磁控金刚石微粉砂轮磨削硬质合金 YG8 平面的实验
• 4.3.1 实验机床
• 4.3.2 YG8 平面磨削实验
• 4.4 YG8 平面磨削加工表面质量
• 4.4.1 金刚石含量的影响
• 4.4.2 铁粉含量的影响
• 4.4.3 树脂含量的影响
• 4.4.4 中心磁感应强度大小的影响
• 4.4.5 砂轮成型时电机转速的影响
• 4.5 YG8 非球面磨削实验
• 4.6 YG8 非球面加工表面质量
• 4.6.1 YG8 非球面形状精度分析
• 4.6.2 YG8 非球面表面粗糙度分析
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文及申请专利
• 附录 B 攻读学位期间参与的研究课题