先進(jìn)制造技術(shù)-超精密研磨PPT

超精密研磨加工技術(shù)超精密研磨技術(shù)的研究現(xiàn)狀1超精密研磨的加工機(jī)理2超精密研磨新技術(shù)3總結(jié)和展望4近年來,超精密加工已成為國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。納米技術(shù)的出現(xiàn)促使超精密加工向其極限加工精度——原子級加工進(jìn)行挑戰(zhàn)。

超精密研磨由于具有獨(dú)特的加工原理和對加工設(shè)備、環(huán)境因素要求不高等特點(diǎn),故它可以實(shí)現(xiàn)納米級甚至原子級的加工,已成為超精密加工技術(shù)中的一個(gè)重要部分。一、超精密研磨的研究現(xiàn)狀目前各種超精密加工方法的精度范圍超精密加工目前包括4個(gè)領(lǐng)域：（1）超精密切削加工（2）超精密磨削加工（3）超精密拋光加工（4）超精密特種加工一、超精密研磨的研究現(xiàn)狀研磨加工面形范圍很廣，人們針對不同面形的工件探討了不同的加工方法。

杉浦修等人研究了采用磁力研磨法加工圓柱面的研磨機(jī)取得了較好的效果。日本的ToshirohKaraki-dog等人還研究了雙面研磨加工工藝，為雙面研磨的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。浙江工業(yè)大學(xué)的袁巨龍等人對氮化硅陶瓷球的研磨加工展開了深入的研究,取得了很好的成果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的潘洪平等提出超聲振動(dòng)研磨法，與傳統(tǒng)的研磨相比,加工效率可提高2~3倍。山東理工大學(xué)的肖作義從理論上首次提出采用提高磁場強(qiáng)度和磁場梯度的方法來提高加工的效率和質(zhì)量。一、超精密研磨的研究現(xiàn)狀超精密研磨拋光的主要工藝因素項(xiàng)目內(nèi)容研磨法加工方式加工運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式單面研磨、雙面研磨旋轉(zhuǎn)、往復(fù)擺動(dòng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)、從動(dòng)。。。。研具材料形狀表面狀態(tài)硬質(zhì)、軟質(zhì)平面、球面、非球面有槽、有空、無槽磨粒種類材質(zhì)、形狀粒徑金屬氧化物、氮化物硬度、韌性、形狀幾十微米至幾十納米加工液水質(zhì)油質(zhì)酸性~堿性、界面活性劑界面活性劑加工參數(shù)研磨速度（1~100）m/min研磨壓力0.01~30N/cm2研磨時(shí)間~10h環(huán)境溫度室溫塵埃潔凈室研磨速度、研磨壓力和研磨液濃度是研磨加工的主要工藝參數(shù)。在研磨機(jī)、研具和磨料選定的條件下，這些工藝參數(shù)的確定是保證加工質(zhì)量和加工效率的關(guān)鍵。一、超精密研磨的研究現(xiàn)狀對于硬脆材料的研磨加工,一部分磨粒由于研磨壓力的作用,使之壓入研磨盤中,用露出的尖端刻劃工件表面,進(jìn)行微切削加工;

另一部分磨粒則在工件與研磨盤之間發(fā)生滾動(dòng),產(chǎn)生滾軋效果,使工件表面產(chǎn)生微裂紋,裂紋擴(kuò)展后使工件表面產(chǎn)生脆性崩碎,形成切屑,達(dá)到表面去除的目的。磨料作用機(jī)理模型二、超精密研磨的加工機(jī)理單顆磨粒的接觸模型將磨粒形狀簡化為圓錐體其單顆磨粒的切削深度可用式(1)表示。式中：F為單個(gè)磨粒承受的壓力，N；為簡化圓錐磨粒的半頂角，()；為工件材料的屈服極限,MPa?！?）如=60，=2000MPa,F=N,則=0.13每顆磨粒載荷F=N時(shí),分布為600~6000顆磨粒/cm2,載荷相當(dāng)于0.6~6N,如果將研磨壓力控制在這一范圍,就可得到小于0.13的切削深度，所以超精密研磨的切除層是極小的。二、超精密研磨的加工機(jī)理壓入形成的裂紋（荷重98N）如圖所示為玻璃和硅表面裂紋的顯微照片。壓入變形破壞區(qū)的模型上圖所示是由壓入所引起的變形破壞范圍的模型。圖中a為壓痕半徑,Rs為表面上裂紋長度,c為彈性變形范圍的邊界。根據(jù)這一模型,就可以解釋研磨過程中不僅有帶裂紋的研磨痕,而且還摻雜一些由塑性變形而引起的研磨痕。二、超精密研磨的加工機(jī)理拋光機(jī)理模型二、超精密研磨的加工機(jī)理拋光同屬于超精密研磨，但比研磨獲得更高的精度。拋光是以磨粒的微小塑性切削生成切屑為主體而進(jìn)行的。切除過程中局部的高溫、高壓而使工件與磨粒、加工液及拋光盤之間發(fā)生物理化學(xué)作用并產(chǎn)生反應(yīng)生成物。又由于它們之間的力學(xué)作用,生成物不斷被除去而使表面平滑化。拋光機(jī)理超精密研磨新技術(shù)無損傷拋光非接觸式拋光磁場輔助拋光曲面超精密拋光界面反應(yīng)拋光機(jī)械微量去除拋光化學(xué)拋光…彈性發(fā)射加工動(dòng)壓浮離拋光浮動(dòng)拋光…機(jī)械化學(xué)拋光水合拋光膠態(tài)SiO2拋光…磁流體拋光磁懸浮拋光磁磨料拋光電泳拋光…氣囊拋光應(yīng)力盤拋光

計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)

…三、超精密研磨新技術(shù)1、彈性發(fā)射加工

EEM優(yōu)點(diǎn)：工件表層無塑性變形原子級的精度無缺陷的表面質(zhì)量缺點(diǎn)：材料去除率極低三、超精密研磨新技術(shù)加工時(shí)研具與工件不接觸，使微粒子沖擊工件表面，并產(chǎn)生彈性破壞物質(zhì)的原子結(jié)合，以原子級的加工單位去除工件材料，從而獲得無損傷的加工表面。2、磁流變拋光技術(shù)MRF三、超精密研磨新技術(shù)磁流變拋光利用磁流變液在磁場中的流變特性對工件進(jìn)行研磨拋光加工。優(yōu)點(diǎn)：很好的面型精度和表面粗糙度很高的吻合度效率高缺點(diǎn)：加工設(shè)備較為復(fù)雜加工介質(zhì)很難制備使用成本非常高非磁性磨料混入磁流體并置于磁場中時(shí)，由于磁流體中強(qiáng)磁性微粒的作用，磁流體被吸向高磁場一側(cè)，同時(shí)非磁性磨粒與磁流體的運(yùn)動(dòng)方向相反，推向低磁場一側(cè)磨粒在磁流體浮力作用下壓向旋轉(zhuǎn)的工件而進(jìn)行拋光。利用磁懸浮拋光方法對Si3N4陶瓷球進(jìn)行加工，可獲得了Ra4nm、Rz40nm的表面精度。3、磁懸浮拋光技術(shù)三、超精密研磨新技術(shù)4、電解拋光優(yōu)點(diǎn)：拋光的表面不會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層效率高(可以同時(shí)拋光多個(gè)零件)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜表面的拋光缺點(diǎn)：電解液通用性差、腐蝕性強(qiáng)應(yīng)用范圍小污染環(huán)境三、超精密研磨新技術(shù)電解拋光，是以被拋工件為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極同時(shí)浸入到電解槽中，通以直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽極溶解，從而達(dá)到工件表面光亮度增大的效果。

5、計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)

CCOS優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)執(zhí)行速度快、記憶準(zhǔn)確表面粗糙度好缺點(diǎn)：吻合性差去除率低，加工時(shí)間長三、超精密研磨新技術(shù)根據(jù)定量的面型檢測數(shù)據(jù),建立加工過程的控制模型,用計(jì)算機(jī)控制一個(gè)小磨頭對光學(xué)零件進(jìn)行研磨或拋光,通過控制磨頭在工件表面的駐留時(shí)間及相對壓力來控制材料的去除量。三、超精密研磨新技術(shù)隨著技術(shù)發(fā)展，超精密研磨加工方式不再局限于磨料加工形式，很多采用非傳統(tǒng)方式的超精密加工技術(shù)不斷出現(xiàn)。

激光拋光、無磨料拋光、氣囊拋光、液體射流拋光、等離子體輔助拋光、應(yīng)力盤拋光、離子束拋光、……三、超精密研磨新技術(shù)浙江工業(yè)大學(xué)超精密加工研究中心等成功研制了基于偏心研磨方式的精密球體高效研磨機(jī)和基于雙自轉(zhuǎn)研磨方式的超精密球體研磨機(jī)。項(xiàng)目的研究成果和裝備性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，具有重要的理論意義并產(chǎn)生了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。精密球體高效研磨機(jī)Olymball-E600超精密球體研磨機(jī)Olymball-D600氮化硅和硬質(zhì)合金球體的加工效率提高了20倍以上球形誤差0.05μm表面粗糙度Ra3nm批合格率由傳統(tǒng)加工方法的30%提高90%以上三、超精密研磨新技術(shù)四、總結(jié)與展望