【摘 要】
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固结磨料加工技术因其加工效率高、工件亚表面损伤小、磨料利用率高、绿色环保等优点,被广泛应用于超精密加工领域。然而,作为核心技术的固结磨料研抛垫在加工后期阶段会产生“釉化”现象,致使工件材料的加工效率和加工质量下降。因此,需要对磨钝的固结磨料研抛垫进行适当修整,而修整方式和修整质量对固结磨料研抛垫的加工性能有一定的影响。本文针对现有固结磨料修整技术中存在的修整效果差、破坏程度高等问题,提出了采用磨料
【基金项目】
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国家自然科学基金“金刚石磨料固结研抛垫磨料射流自适应修整机理研究（U1804142）”
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固结磨料加工技术因其加工效率高、工件亚表面损伤小、磨料利用率高、绿色环保等优点,被广泛应用于超精密加工领域。然而,作为核心技术的固结磨料研抛垫在加工后期阶段会产生“釉化”现象,致使工件材料的加工效率和加工质量下降。因此,需要对磨钝的固结磨料研抛垫进行适当修整,而修整方式和修整质量对固结磨料研抛垫的加工性能有一定的影响。本文针对现有固结磨料修整技术中存在的修整效果差、破坏程度高等问题,提出了采用磨料水射流对固结磨料研抛垫修整的新技术,以期提高其修整效率和修整质量。主要研究内容如下:（1）磨料水射流修整系统的搭建设计并搭建了一套磨料水射流修整系统。该系统主要由动力系统、磨料供给系统、喷头系统、运动控制系统等组成。其不仅能够保证对固结磨料研抛垫的稳定持续的修整,而且能够保证修整轨迹可控。（2）固结磨料研抛垫磨料水射流修整工艺参数优化采用单因素试验法探讨了射流压力、喷头靶距、磨料浓度、喷射角度对W7的金刚石固结磨料研抛垫修整效果的影响规律。试验结果表明:其修整效果随着射流压力、喷头靶距、喷射角度的增大先增大后减小,随着磨料浓度的增大而增大。采用正交试验探讨了射流压力、喷头靶距、磨料浓度、喷射角度对W7的金刚石固结磨料研抛垫加工性能影响的显著性,并优化其修整工艺参数。试验结果表明:影响射流系统修整固结磨料研抛垫后的加工性能的各因素显著性为C（磨料浓度）＞D（喷射角度）＞A（射流压力）＞B（喷头靶距）;最优工艺参数组合为:射流压力4MPa、喷头靶距15mm、磨料浓度7%、喷射角度70°。采用响应面法探讨了射流压力、磨料浓度、喷射角度间的交互作用,并建立了对固结磨料研抛垫加工性能的回归预测模型。试验结果表明:各个因素间的交互作用会不同程度的影响固结磨料研抛垫修整后的加工性能;采用试验得到的回归预测模型对射流系统的工艺参数进行优化分析,得到工艺参数范围内的一组最优解为:射流压力3.8MPa、磨料浓度3%、喷射角度73°;将通过回归模型预测的石英玻璃的材料去除率与实际试验的结果对比,发现两者差值为4.562nm/min,说明建立的回归预测模型具有较高的精度。（3）磨料水射流修整固结磨料研抛垫的机理研究采用离散元模拟的方法分析了不同射流压力、喷头靶距、磨料浓度、喷射角度对磨料水射流修整固结磨料研抛垫的影响的微观现象,探索了磨料水射流修整固结磨料研抛垫的修整机理。模拟结果表明:各工艺参数的影响机理与修整后固结磨料研抛垫表面残留高度密切相关,固结磨料研抛垫表面残留高度越高,其表面越粗糙,即修整效果就越好。且试验所获得不同射流工艺参数对工件材料去除率的影响趋势和模拟所得的其对研抛垫残留高度的影响趋势基本一致。
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