硬质合金刀片CMP抛光机理及工艺参数决策研究

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硬质合金刀具优良特性使其在刀具产业占有重要地位,且以硬质合金刀片应用范围最广、产量最大。目前,磨削加工是硬质合金刀片的主要精密加工方法,但磨削产生的热变形、磨削烧伤和微裂纹极大降低了刀片使用性能与寿命。随着零件加工精度要求日益提高,化学机械抛光(CMP)不仅能避免机械表面损伤和提高刀片平整度,而且热影响小,CMP加工无疑是未来硬质合金刀片重要的精密和超精密加工方法之一。因此,迫切需要对硬质合金刀片CMP加工方法进行深入系统的研究。为探究硬质合金刀片CMP抛光机理,建立工艺参数科学决策方法,本文围绕硬质合金刀片CMP抛光机理及工艺参数决策开展研究,包括对硬质合金CMP抛光机理进行较深入理论分析,综合运用正交实验、田口法、方差分析和BP神经网络,以硬质合金YG8刀片毛坯为例,探索硬质合金刀片CMP工艺与工艺参数优化,建立其抛光质量预测模型,并基于智能决策技术开发CMP抛光工艺智能决策系统,具体研究工作如下:(1)抛光机理理论分析。通过阐述硬质合金刀片CMP加工的动力学过程,分析机械作用与化学作用之间的相互作用,建立抛光垫、工件与磨粒之间的接触模型,分析单颗磨粒的材料去除机理,并通过分析化学作用机理来阐述硬质合金CMP加工中化学反应对材料去除的影响。(2)硬质合金刀片CMP工艺参数优化。提出了多工序工艺流程规划,以硬质合金YG8刀片毛坯为例,以表面粗糙度和材料去除率为抛光质量综合评价指标,利用正交实验、田口法等方法对其工艺参数进行优化,最终获得各抛光工序的最佳工艺参数组合。(3)抛光质量预测模型建立。在(2)基础上,利用BP神经网络,建立硬质合金刀片CMP工艺参数影响的抛光质量预测模型,实现不同工艺参数对表面粗糙度和材料去除率的有效预测和验证。(4)CMP工艺参数数据库建立。在(1)和(2)基础上,提出工艺路线智能决策模型,利用Access建立CMP抛光工艺参数数据库。(5)CMP抛光工艺智能决策系统开发。在(4)基础上,基于智能决策技术,利用混合推理机制,建立CMP抛光工艺智能决策系统,实现工艺路线决策、工艺参数决策和抛光质量预测,并对系统进行实例测试。综上,本文的研究为建立硬质合金刀片CMP抛光工艺理论和工艺参数科学决策方法奠定了理论基础,将进一步加快提升我国硬质合金刀片精密和超精密智能化加工水平。
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