yg8硬质合金刀片cmp机理及工艺参数优化研究

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1、学校代号10530学号201510161715分类号TG175.3密级公开硕士学位论文YG8硬质合金刀片CMP机理及工艺参数优化研究学位申请人吴锋指导教师毛美姣副教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（机械工程领域）研究方向精密加工技术与装备二零一八年六月StudyonChemicalMechanicalPolishingMechanismandProcessParametersOptimizationofYG8CementedCarbideToolCandidateWuFengSupervisorMaoMeijiaoAssociateProfessor

2、CollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationPrecisionMachiningTechnologyandEquipmentDegreeMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含

3、任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:奚彩日期:山⒚年‘月⒎日绎学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检萦,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:屎茹日期:驷诋年∮月7日纤导师签名:磊丿馏廴~日期:立

4、昭年犭月T日湘潭大学硕士学位论文摘要硬质合金刀具以其高硬度、高耐磨性等优良性能成为高速和超高速切削加工领域的主流刀具，随着高速切削技术的不断发展，对硬质合金刀具的切削性能提出了更高的要求，而刀片表面质量成为制约刀具高速切削精度和使用寿命的关键因素之一。化学机械抛光（chemicalmechanicalpolishing，CMP）技术能够有效改善刀片表面精度和切削性能，目前对CMP加工硬质合金刀片过程中材料去除机理和工艺技术方面的许多问题尚未完全解决，而CMP刀片的表面精度很大程度上取决于对机理的认识和工艺的控制。因此，本文以YG8硬质合金刀片前刀面为研究对

5、象，对硬质合金刀片化学机械抛光的机理和工艺进行了研究，主要研究工作如下：首先，在考虑硬质合金刀片CMP过程化学作用的条件下对CMP的化学—机械材料去除模型进行了修正。通过分析YG8硬质合金刀片在弱酸性H2O2基抛光液中的化学氧化作用揭示了刀片表面的化学成膜过程，并通过研究CMP过程的实际接触面积、压力以及抛光垫—磨粒—刀片的接触形式和磨粒的磨削模型，推导得到了YG8刀片CMP过程化学—机械材料去除率的表达式，方程表明：材料去除率主要受抛光垫特性（微凸峰的表面密度fs、平均曲率半径Rp、高度标准差σp）、磨粒特性（半径R、密度ρn）以及抛光转速V和压力P的影

6、响。然后，采用试验方法分别研究了抛光垫特性（材质、表面粗糙度、表面组织结构）、磨粒特性（材料、粒径、浓度）和工艺参数（抛光速度、抛光压力）对YG8刀片CMP加工过程的影响规律，验证了材料去除机理的正确性，并获得了YG8刀片CMP加工有效的抛光垫和磨粒材料以及合理的工艺参数范围。结果表明：细帆布抛光垫CMP的效果最好但使用寿命短，聚氨酯抛光垫抛光效果次于细帆布但稳定性高；Al2O3磨粒CMP加工效果最佳，其参数范围是：磨粒粒径为1μm~3μm、浓度为10wt%~15wt%，转速为50~70r/min，压力为155.25~207KPa。最后，为进一步改善刀片的

7、表面质量，提高YG8刀片CMP的材料去除率，设计了四因素三水平的中心复合设计试验，采用响应曲面法对工艺参数进行优化，分别建立材料去除率（MRR）和表面粗糙度（Ra）与工艺参数之间的二阶回归预测模型，通过模型获得YG8刀片CMP过程的最佳工艺参数组合为：抛光速度V=65.5r/min、抛光压力P=156.7KPa、磨粒粒径为D=1.1μm、浓度C=13.98wt%，此时得到预测值Ra=0.019μm，MRR=56.56nm/min，最后验证了回归模型的准确性和最佳工艺参数组合的加工效果。关键词：YG8硬质合金刀片；化学机械抛光；材料去除机理；响应曲面法；工艺

8、参数优化I湘潭大学硕士学位论文AbstractCementedca