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中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)英文參考資料
題 目Diamond grinding of glass and
# 140 metal bonded super smooth
系 名 機(jī)械工程系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名 黨志杰
學(xué) 號(hào) 12020144X42
指導(dǎo)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(xué)機(jī)械工程與材料科學(xué)系2-39-1，kurokami，熊本，日本
摘要：玻璃是光學(xué)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(jì)的超光滑磨削方法。這種新方法被運(yùn)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(cè)量面積為256μm×256 μm的情況下，應(yīng)用水平可達(dá)到低于30nm(RZ)或5nm(RA),結(jié)果證明這種新方法對(duì)于完成超光滑表面拋光是有利的。在這篇報(bào)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(dá)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(xué)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?yàn)榫芄I(yè)最近發(fā)展迅速且對(duì)高質(zhì)低價(jià)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(jì)的超光滑磨削方法。這種新方法被運(yùn)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(cè)量面積為256μm×256 μm的情況下，應(yīng)用水平可達(dá)到低于30nm(RZ)或5nm(RA),結(jié)果證明這種新方法對(duì)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(gè)。在這篇報(bào)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(guò)拋光檢查使用導(dǎo)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(guò)橫向研磨達(dá)到的平滑度在臨界的粗糙表面是有限的，因?yàn)榇帜吓c磨削加工方向平行。為了減少凹槽，我們提出了新設(shè)計(jì)的超光滑磨削方法，如圖1所示，該方法對(duì)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(guò)程中，每個(gè)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(gè)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(guò)重復(fù)這樣的研磨程序，工件的整體表面完成。
3. 實(shí)驗(yàn)
如圖3所示，該實(shí)驗(yàn)是在研磨機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的。借用空氣的粉碎機(jī)主軸每次朝著X,Y,Z方向的移動(dòng)都可以精確到0.1μm。實(shí)驗(yàn)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(gè)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(cè)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(duì)砂輪表面進(jìn)行調(diào)整使得延性去除模式對(duì)碳化硅陶瓷的研磨得以實(shí)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(gè)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(tái)速度的減小而增大，另一方面，本實(shí)驗(yàn)在最低時(shí)速0.01mm/s 的情況下，光滑的球模式工件表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)磨削裂紋。然而，在單獨(dú)觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，光滑韌性模式可以運(yùn)用在10平方mm的整個(gè)工件表面的作業(yè)上，隨著工作臺(tái)速率的減小磨削裂紋也隨之減少。此外，通過(guò)使用粗粒度為#140的金剛石砂輪來(lái)降低工作臺(tái)的速率，從而使延性研磨模式得以實(shí)現(xiàn)。
對(duì)表面積為256μm x 256μm平方米的玻璃進(jìn)行時(shí)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(qiáng)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(wú)磨削裂紋和溝槽。尤其，溝槽在工件上有很小一部分，這對(duì)超平滑研磨是很重要的。
圖7顯示了一個(gè)轉(zhuǎn)速為10μ米，表面積為256μm x 256μm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50μm x 50μm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(cè)量下，地面工件表面的球形面也沒(méi)有磨削裂紋。
5. 結(jié)論
超光滑磨削玻璃使用了一個(gè)# 140金屬結(jié)合劑金剛石車(chē)輪來(lái)分析，主要結(jié)果如下：
（1）隨著工作臺(tái)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(tái)速率為0.01m/s的情況下得以實(shí)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(yùn)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(méi)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(dá)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(shí)驗(yàn)，感謝超硬磨料工業(yè)有限公司、尤希路化學(xué)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(bào)告）
理論和一些實(shí)驗(yàn)研究，卷69。
2. YASUI H and SAWA T：磨削液的供給對(duì)陶器進(jìn)行超光滑磨削的影響. 2003年度會(huì)議。
3. YASUI H, SAWA T, SAKAMO S and ODAKI T：磨削液的供給對(duì)Al2O3-TiC陶瓷進(jìn)行超光滑磨削的影響，2004年第六屆年會(huì)。
4. YASUI H, ARINO Y, and MATSUNAGA K: 延性光潔度高細(xì)磨
用金剛石砂輪的粒度較粗，卷63。