精密研磨與拋光ppt課件

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7 1研磨拋光機理7 2精密研磨 拋光的主要工藝因素7 3超精密平面研磨和拋光7 4超精密研磨拋光的主要新技術 第7章精密研磨與拋光 一 研磨加工的機理 第1節(jié)研磨拋光機理 1 研磨時磨料的工作狀態(tài) 1 磨粒在工件與研具之間發(fā)生滾動 產(chǎn)生滾軋效果 2 磨粒壓入到研具表面 用露出的磨粒尖端對工件表面進行刻劃 實現(xiàn)微切削加工 3 磨粒對工件表面的滾軋與微量刻劃同時作用 2 硬脆材料的研磨 一部分磨粒由于研磨壓力的作用 嵌入研磨盤表面 用露出的尖端刻劃工件表面進行微切削加工 另一部分磨粒則在工件與研磨盤之間發(fā)生滾動 產(chǎn)生滾軋效果 在給磨粒加壓時 就在硬脆材料加工表面的拉伸應力最大部位產(chǎn)生微裂紋 當縱橫交錯的裂紋擴展并產(chǎn)生脆性崩碎形成磨屑 達到表面去除的目的 3 金屬材料的研磨 當金屬表面用硬度計壓頭壓入時 只在表面產(chǎn)生塑性變形的壓坑 不會發(fā)生脆性材料那樣的破碎和裂紋 研磨時 磨粒的研磨作用相當于極微量切削和磨削時的狀態(tài) 且表面不會產(chǎn)生裂紋 二 拋光加工的機理 拋光的機理 1 以磨粒的微小塑性切削生成切屑 但是它僅利用極少磨粒強制壓入產(chǎn)生作用 2 借助磨粒和拋光器與工件流動摩擦使工件表面的凸凹變平 三 研磨 拋光的加工變質層 不管采取什么加工方法 或多或少要在被加工表面上產(chǎn)生加工變質層 加工變質層使工件材質的結構 組織和組成遭到破壞或接近于破壞狀態(tài) 使工件表面的力學性能 物理化學性能與母體材料不同 進而影響制成元件的性能 因此在超精密研磨拋光中要求變質層越薄越好 硬脆材料研磨后的表面 從表層向里依次為 非晶體層或多晶體層 鑲嵌結構層 畸變層和完全結晶結構 從彈塑性力學的角度評價變質層 依次為 極薄的塑性流動層 有異物混入的裂紋層 裂紋層 彈性變形層和母體材料 金屬材料研磨后的加工表面變質層與硬脆材料類似 對于拋光加工后的加工變質層 由表層向里依次為 拋光應力層 經(jīng)腐蝕出現(xiàn)的二次裂紋應力層 二次裂紋影響層和完全結晶層 整個加工變質層深度約為3 m 并且加工表面越粗 加工變質層深度越大 第2節(jié)精密研磨 拋光的主要工藝因素 加工條件 對殘留有裂紋的硬脆材料和不產(chǎn)生裂紋的金屬材料的加工條件不同 研磨方式 單面研磨和雙面研磨 研磨機 應能均勻地加工工件 研具磨損要小并要求能容易修整精度 研具和拋光盤 必須避免因工作面磨損和彈性變形引起精度下降 研具材料 微細的磨粒和使磨粒對工件作用很淺的材料 加工液 提供磨粒 排屑 冷卻和減輕不必要摩擦的效果 第3節(jié)超精密平面研磨和拋光 一 精密平面的研磨機 二 平面研磨使用的研具 1 特種玻璃 或用在加工成平面的金屬板上涂一層四氟乙烯或鍍鉛和銦 優(yōu)點 能得到高精度的平面缺點 研具層壽命短2 使用半軟質研磨盤或軟質研磨盤優(yōu)點 研磨出的表面變質層很小 表面粗糙度也很小 缺點 研磨盤不易保持平面度 三 平面研磨時工件和軟質研具的磨損量 工件與研具兩者的任意點A處的加工量和研具磨損量 相對于兩者的中心各自畫圓弧與橫軸相交 從交點出發(fā)每20min間隔與縱軸平行地上升或下降 工件形成凸面 研具在半徑上形成凹面 使用 p小的研具效果好 使用 小的研具能有效地控制平面度的惡化 但 太小時 壓力偏差較大 反而易引起平面度的惡化 而當 較大時 只要加工量少 由于壓力偏差較小 初始的平面度不會產(chǎn)生多大的惡化 四 平行度和晶體方位誤差的修正 平行度的修正研磨是使被加工面與基準平面的角度誤差達到最小值 單面研磨法采用使工件附加偏心壓力 晶體方位誤差的修正加工是以晶格面作參照物進行研磨的 五 獲得高質量平面研磨拋光的工藝規(guī)律 1 研磨運動軌跡應能達到研磨痕跡均勻分布并且不重疊 2 硬質研磨盤在精研修形后 可獲得平面度很高的研磨表面 但要求很嚴格的工藝條件 3 軟質 半軟質 研磨盤易獲得表面粗糙度值極小和表面變質層甚小的研磨拋光表面 但不易獲得很高的平面度 4 使用金剛石微粉等超硬磨料可獲得很高的研磨拋光效率 5 研磨平行度要求很高的零件時 采用 1 上研磨盤浮動以消除上下研磨盤不平行誤差 2 小研磨零件實行定期180度方位對換研磨 以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盤傾斜而研磨表面不平行 3 對各晶向硬質不等的晶片研磨時 加偏心載荷修正不平行度 6 為提高研磨拋光的效率和研磨表面質量 可在研磨劑中加入一定量的化學活性物質 7 高質量研磨時必須避免粗的磨粒和空氣中的灰塵混入 否則將使研磨表面劃傷 達不到高質量研磨要求 第4節(jié)超精密研磨拋光的主要新技術 液中研磨 將超精密拋光的研具工作面和工件浸泡在含磨粒的研磨劑中進行 在充足的加工液中 借助水波效果 利用游離的微細磨粒進行研磨加工 并對磨粒作用部分所產(chǎn)生的熱還有極好的冷卻效果 對研磨時的微小沖擊也有緩沖效果 機械化學研磨 機械化學研磨加工是利用化學反應進行機械研磨 有濕式和干式兩種 濕式條件下的機械化學研磨 用于硅片的最終精加工 研磨劑含有0 01 m大小的SiO2磨粒的弱堿性膠狀水溶液 而與它相配合的研具是表層由微細結構的軟質發(fā)泡聚氨基申酸涂敷的人造革 干式條件下的機械化學研磨 是利用工件與磨粒之間生成化學反應的研磨方法 干式條件下的微小范圍的化學反應有利于加工的進行 由于0 01 0 02粒徑的SiO2磨粒有較強的化學活性 研磨量較大 磁流體精密研磨 磁性流體為強磁粉末在液相中分散為膠態(tài)尺寸 0 015 m 的膠態(tài)溶液 由磁感應可產(chǎn)生流動性 特性是 每一個粒子的磁力矩較大 不會因重力而沉降 磁化強度隨磁場增加而增加 當將非磁性材料的磨料混入磁流體 置于磁場中 則磨粒在磁流體浮力作用下壓向旋轉的工件而進行研磨 磁流體精研的方法又有磨粒懸浮式加工 磨料控制式加工及磁流體封閉式加工 磨粒懸浮式加工是利用懸浮在液體中的磨粒進行可控制的精密研磨加工 研磨裝置由研磨加工部分 驅動部分和電磁部分組成 磨?？刂剖郊庸な窃谘心ゾ叩目锥磧阮A先放磨粒 通過磁流體的作用 將磨料逐漸輸送到研磨盤上 磁流體封閉式加工是通過橡膠板將磨粒與磁流體分隔放置進行加工 磁力研磨 利用磁場作用 使磁極間的磁性磨料形成如刷子一樣的研磨劑 被吸附在磁極的工作表面上 在磨料與工件的相對運動下 實現(xiàn)對工件表面的研磨作用 這種加工方法不僅能對圓周表面 平面和棱邊等進行研磨 而且還可以對凸凹不平的復雜曲面進行研磨 軟質磨粒機械拋光 彈性發(fā)射加工 最小切除可以達到原子級 直至切去一層原子 而且被加工表面的晶格不致變形 能夠獲得極小表面粗糙度和材質極純的表面 加工原理實質是磨粒原子的擴散作用和加速的微小粒子彈性射擊的機械作用的綜合效果 真空中帶靜電的粉末粒子加速法 空氣流或水流來加速 化學機械拋光 化學機械拋光是一種利用研磨液的腐蝕作用和磨粒的機械作用雙重作用的研磨方法 腐蝕研磨液如氧化鐵和硫酸或鹽酸的水溶液 Mn Zn鐵氧體磨粒和鹽酸水溶液等 水合拋光 是一種利用在工件界面上生成水合化學反應的研磨方法 其主要特點是不使用磨粒和加工液 而加工裝置又與當前使用的研磨盤或拋光機相似 只是在水蒸氣環(huán)境中進行加工 機制 在拋光過程中 兩個物體產(chǎn)生相對摩擦 在接觸區(qū)產(chǎn)生高溫高壓 故工件表面上原子或分子呈活性化 利用水蒸汽分子或過熱的水作用其界面 使之在界面上形成水合化學反應層 然后借助過熱水蒸汽或在一個大氣壓的水蒸汽環(huán)境條件下利用外來的摩擦力 從工件表面上將這層水合層分離 去除 從而實現(xiàn)鏡面加工 習題6 2習題6 15 課后思考題