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运用分形技术来研究平面研磨机的粗超度

2014/6/22 17:13:30      点击:
 工件的粗超度是平面研磨和抛光的一个重要的指标和参数,是关系到工件表面的光滑度,亮度和美观效果的。平面研磨机所能达到的粗超度水平是客户是否选用研磨机的一个重要标准,粗超度是目前高精密研磨技术的重要突破点,目前方达所能达到的粗超度是0.2nm,已经跻身世界先进水平,但是随着科技的发展我们应该不断努力,不断创新,研究出更高的粗超度。方达并没有满足现状的成就,还在进一步的探索平面研磨技术,争取开创出更高端的研磨工艺。满足日新月异的平面研磨机需求。
    分形技术是通过一种模型对平面研磨机所达到的粗超度的一个研究。基于分形的粗糙表面模拟:目前对工程粗糙表面的分形研究主要是基于对截面轮廓曲线的研究,一般主要采用Weierstrass-Man-delbrot分形函数(简称W-M函数)模型和随机中点位移方法模拟表面轮廓[11-12]。统计检验表明,这两种方法所得到的分形表面的高度都满足高斯分布。根据Mandelbrot分形理论,若将工程粗糙表而放大到适当尺寸,就会发现工程粗糙表面高度分布近似于地球表面的高山峡谷,而分形布朗运动则是描述加工表面形貌(高度分布)的一种合适的模型。这些物体表面的微观结构被广泛地应用于工程计算中,例如摩擦、润滑、密封、接触、导热等领域。
    通常描述与高度特性相关的粗糙度的参数有:轮廓算术平均偏差Ra,轮廓均方根偏差Rq,微观不平度高度Rz和轮廓最大高度Ry。基于分形的粗糙表面由标准方差stdev和表面轮廓分形的维数Ds决定。Ds与Ra的线性关系并不十分明显。但一般来说,Ra值小时,Ds值则较大。这是因为Ra小时,表面的微观结构精细,短波长成分较多,因此Ds值较大。Ds与Ra可以反映轮廓的不同特征,参数不能互相替代[13]。采用常见的粗糙度Ra,Rq,Rz,Ry等来描述表面轮廓的不规则行为,具有简洁方便的优点,但因其所包含粗糙表面的信息有限,难以全面地体现粗糙表面的随机行为和细节特征。而基于分形的粗糙表面容易通过计算机来模拟,为研究与粗糙表面相关的问题提供了一种新途径。Sum[14]测量了常用的聚亚氨酯IC1000抛光垫的一维轮廓的粗糙高度分布,如图1所示。图1 粗糙抛光垫的高度分布通过分形技术,应用随机中点位移法来模拟基于分形的粗糙表面。在模拟过程中的参数有反映粗糙表面的粗糙峰的高度的标准方差stdev,有反映粗糙表面粗糙程度的轮廓分形的维数Ds。图2和图3分别是抛光垫和晶片的粗糙表面轮廓的分形模拟结果。从图2可以看出:当轮廓分形维数Ds相同时,标准方差stdev为6μm的抛光垫高度分布明显比标准方差stdev为10μm的高。当标准方差stdev相同时,轮廓分形维数Ds为1·9的粗糙程度明显比轮廓分形维数Ds为1·7的粗糙。从图3的晶片高度分布可得出同样的结论,因此图2, 3表明,可以选取不同的参数来构造具有不同粗糙程度的表面轮廓。

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