磨粒尺寸对固结聚集体磨料垫研磨加工性能的影响

摘要

固结磨料加工技术是现阶段光学元件精密超精密加工的主要手段，亲水性固结磨料研磨抛光垫（FAP）是现阶段的研究热点，磨粒是亲水性FAP能否实现自修正的关键因素之一。传统的亲水性FAP研磨加工过程中，随着研磨垫使用时间的增加，FAP表面会出现“釉化”现象，材料去除率下降，影响了加工效率的稳定性和加工后工件的表面质量。因此，本文采用金刚石聚集体磨粒，它具有自锐性好、利用率高、被加工工件表面质量好等优良的加工特性，将其应用于亲水性FAP中，探索聚集体磨粒对固结磨料垫研磨加工性能的影响。主要完成的工作如下： （1）根据垂直式湿法分级原理，选择水分级工艺参数，得到指定粒径金刚石聚集体磨粒的制备工艺路线。研究表明：由无压烧结制备的聚集体磨粒形状饱满圆润，多呈椭球状；在满足分级介质的流态为层流、颗粒自由沉降的前提，微粉分级精度高。 （2）单因素法探索磨料属性（单晶金刚石、聚集体金刚石）、聚集体磨粒二次颗粒尺寸对固结磨料研磨垫研磨加工性能影响。实验表明：固结金刚石聚集体磨料垫研磨加工稳定性好，能够兼顾材料去除率、表面粗糙度同时优化；在聚集体磨粒二次颗粒尺寸为15~20μm时，工件材料去除率最高。 （3）采用混合水平正交实验的方法，探索金刚石聚集体磨粒一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力、研磨液流量等因素对固结聚集体磨料垫研磨加工性能的影响。实验表明：聚集体金刚石的原料粒径和二次粒径的综合选择对固结磨料研磨垫的加工性能影响最显著，聚集体磨粒的二次颗粒尺寸为20~25μm、一次颗粒尺寸为1~2μm，研磨压力为14kPa、研磨液流量为60ml/min时，得到石英玻璃最优的精研加工效果。 （4）提出亲水性固结聚集体磨料垫的加工模型。分析固结聚集体磨料垫的微观接触模型，建立FAP表面有效磨粒数目、切入深度、材料去除率数学模型，探讨聚集体磨粒FAP研磨的材料去除机理。研究表明：金刚石聚集体磨粒自锐性好，研磨过程高效且稳定。

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