超精密加工技术讲义.pptx

第三节 超精密加工技术 22:57 超精密加工的内涵 以不改变工件材料物理特性为前提,以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性(无或极少的表面损伤,包括微裂纹缺陷、残余应力、组织变化等)为目标的加工技术 。 超精密加工时一个相对的概念，其界限会随着时间的推移而变化。 3.3 超精密加工技术3.3.1概述 综合加工精度与年代的关系 用于精密加工和超精密加工的材料，在化学成分、物理力学性能、加工工艺性能上均有严格要求： 1.应该质地均匀，成分准确，性能稳定、一致，无外部和内部微观缺陷。 2.其化学成分的误差应在10-2～10-3数量级，且应控制其杂质含量或不含杂质； 3.其物理力学性能，如抗拉强度、硬度、伸长率、弹性模量、热导率、膨胀系数等，应达?10-5～10-6数量级； 4.冶炼、铸造、轧辗、热处理等工艺过程均应严格控制温度。 3.3.2 超精密加工材料 超精密加工机床是超精密加工水平的标志,它应满足以下一些要求: 1高精度 2高刚度 3高稳定性 4高自动化。 3.3.3 超精密加工设备及环境 净化的空气环境 空气中的尘埃和微粒对于精密和超精密加工会引起加工精度的下降； 空气洁净度指空气中含尘埃量多少程度；被控制的微粒直径0.5μm。 恒定的湿度 恒温室内一般会将湿度保证在55%-66%， 防止机器、石材吸水膨胀，以及对一些仪器产生影响，如激光干涉仪的零点漂移 超精密加工的工作环境是保证加工质量的必要条件,它应满足以下一些要求: 恒定的温度环境 精密加工中机床热变形和工件温升引起的加工误差占总误差的40～70%； 控制温度±0.5℃； 较好的抗振动干扰环境 防振：消除工艺系统内部自身产生的振动干扰； 隔振：阻止外部振动传播到工艺系统中来。 3 超精密加工技术3.5 超精密加工的支撑环境 超精密切削加工 超精密切削加工主要是指由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的超精密车削。 可用于加工有色金属材料及其合金，以及光学玻璃、石材和碳素纤维等非金属材料，加工对象是精度要求很高的镜面零件。 3.3.4 超精密切削加工 金刚石刀具 超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石 金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和六根2次对称轴。 金刚石车床 加工4.5mm陶瓷球 金刚石车床及其加工照片 3.3.5 精密与超精密磨削加工 精密与超精密磨削加工 是利用细粒度的磨粒和微粉,对黑色金属、脆材料进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度的值。 超精密磨削砂轮 结合剂 树脂结合剂：自锐性好、耐磨性差； 金属结合剂：耐磨性好、自锐性差、砂轮修整困难；铸铁 陶瓷结合剂：化学稳定性好，脆性较大。 金刚石砂轮：加工硬质合金等难磨材料用金属结合剂； 立方氮化硼砂轮：一般用树脂结合剂和陶瓷结合剂。 超精密磨削加工 超精密磨削砂轮的修整 与普通砂轮不同，超硬砂轮精密磨削砂轮的修整分整形(修形)和修锐两个阶段； 整形：使砂轮具有要求的工作型面精度； 修锐：将超硬磨粒周围的结合剂去除，使磨粒能裸露出理想的高度； 修整方法有车削、磨削、喷射、电解在线修锐、电火花修整等，最常用的是 (1)车削法 用单点、聚晶金刚石笔、修整片等车削金刚石砂轮； 适用于普通结合剂砂轮的修整； (2)电解在线修锐法 将超硬磨料砂轮接正极，石墨电极接负极； 在砂轮与电极之间通以电解液； 通过电解腐蚀作用去除超硬磨料砂轮的结合剂，修锐； 适用于金属结合剂砂轮的修整； 磨削速度 金刚石砂轮：磨削速度12～30m/s，其中陶瓷结合剂、树脂结合剂，磨削速度可选高些；金属结合剂选低些； 立方氮化硼砂轮：磨削速度80～100m/s 磨削液 金刚石砂轮：磨削硬质合金普遍采用煤油，而不宜采用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜适用苏打水。 立方氮化硼砂轮：宜采用油性的磨削液，一般不用水溶性液，因为在高温下CBN砂轮与水会起化学反应，称为水解作用，加剧砂轮磨损。 3.3.6超精密研磨和抛光 基于机械作用的超精密研磨抛光方法 是依靠微细磨粒的机械作用对被加工表面进行微量去除，达到高精度的加工表面。 弹性发射加工 浮动研磨抛光 磁力研磨 电解磁力研磨抛光 弹性发射加工 机理：微切削＋被加工材料的微塑性流动作用 弹性发射加工 数控弹性发射加工装置 用数控方法控制聚氨酯球位置，以获得最佳几何形状精度，同时使超细微粒加速，对工件进行原子级弹性破坏。在加工硅片表面时，用直径为0.1μm的氧化锆微粉，以100m/s速度与水平面成20°的入射角向工件表面发射，其加工精度可达±0.1μm，表面粗糙度值在0.0005μm以下。 工作原理 利用流体力学原理使抛光器与工件浮离，在抛光器的工件表面做