基于顆粒流理論半固著磨具表層磨粒加工性能研究.pdf

1、磨粒加工是精密、超精密加工技術(shù)的主要手段。半固著磨粒加工技術(shù)以“陷阱”效應(yīng)降低甚至消除磨粒中或外界侵入的大顆粒對被加工表面造成的表面損傷，實(shí)現(xiàn)高效精密加工。
　　 本文鑒于半固著磨具的特點(diǎn)，引進(jìn)離散元顆粒流理論對半固著磨具表層磨粒加工性能及影響因素進(jìn)行了研究，并用半固著磨具加工實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)建立了半固著磨具三維顆粒流模型。本文通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)--半固著磨具壓縮實(shí)驗(yàn)和直剪實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的參數(shù)

2、是否合理，并最終確定了模型。
　　 (2)模擬了半固著磨具加工過程中表層磨粒的運(yùn)動(dòng)并監(jiān)測磨粒的運(yùn)動(dòng)特性。仿真結(jié)果表明：在工件加載過程中，磨粒受到工件頂端的法向力導(dǎo)致結(jié)合劑斷裂而脫落；在工件切向運(yùn)動(dòng)過程中，磨具表面與工件相接觸的磨粒往四周遷移，磨具邊緣有磨粒脫落。針對處于磨具邊緣的磨粒，采集該顆粒脫落時(shí)的最大切向結(jié)合劑把持力。討論并分析了磨具制造參數(shù)（磨粒粒徑大小、孔隙率、磨粒硬度和結(jié)合劑濃度）和加工工藝參數(shù)(加工載荷和工件與磨具

3、相對轉(zhuǎn)速)對處于磨具邊緣脫落磨粒的最大切向結(jié)合劑把持力的影響。
　　 (3)對半固著磨具加工性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。以單晶硅片為加工對象，利用掃描電鏡(SEM)觀測研磨加工前后半固著磨具的表面微觀形貌和表層磨粒狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)半固著磨具表層磨粒大量脫落并有少量磨具堵塞。在相同的加工條件和相同的磨具磨料質(zhì)量比濃度情況下進(jìn)行半固著磨具研磨硅片，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磨具磨料磨粒越小，磨具磨耗越大和去除率越小；在相同的半固著磨具磨料粒度下，65wt％磨