精密与非传统加工基础.doc

精密与非传统加工基础1. 金刚石刀具的刀刃锋锐度的含义及其对超精密切削过程的影响。答：刀刃锋锐度差，即刃口钝圆半径值大，切削时刀具较难切入工件，挤压严重，在加工表面形成较深的变质层，且回弹量较厚，影响超精密切削加工零件的表面质量。对超精密切削过程的影响：加工表面粗糙度；对切削变形有着很大的影响，特别是在被吃刀量和进给量较小的时候；对切削层的冷硬产生影响；对加工表面层位错产生影响；对加工表面残留应力的产生影响。2超精密磨削的含义是什么？为什么超精密磨削时一般多采用超硬磨料（金刚石和立方氮化硼）砂轮？答：超精密磨削是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。它是指加工精度达到或高于0.1m，表面粗糙度低于Ra0.025m的砂轮磨削方法。适宜于对钢,铁材料及陶瓷玻璃等硬脆材料的加工。因为超硬磨料有如下突出的特点：磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤，裂纹和组织变化。磨削效率高。加工成本低，金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮比较昂贵，但由于其寿命长，加工效率高，所以综合成本低。3 研磨和抛光的机理有什么不同？答：研磨属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具上注入磨料，在一定压力下,通过研具与工件的相对运动,借助磨粒的微切削作用,除去微量的工件材料,以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法.抛光是指用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料抛光盘,或高速旋转的低弹性材料抛光盘,加抛光剂,具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法.4 简述混粉电火花加工与一般电火花加工的区别及混粉电火花加工的主要应用。答：混粉电火花加工与常规电火花加工的主要区别在于采用的工作液不再是纯煤油，而是在煤油中添加了一定比例的导电或半导电微细粉末，借此来改变微细能量下加工时的放电状态，从而提高精加工速度，改善表面质量，降低表面粗糙度，减少表面缺陷。 混粉电火花加工技术的诞生是为了解决常规电火花加工表面质量较差的缺点，其最大的优点即在于能够快速降低加工表面粗糙度，改善加工表面质量，甚至实现大面积镜面加工，尤其适用于模具型腔表面的光整加工，因而其首要的应用领域即为模具制造领域。但是，随着人们对这项技术研究的深入，一些新的应用领域又陆续被开辟出来，如混粉电火花表面强化、混粉电火花表面镀覆等等。 5 电解加工和电解抛光有何区别？为什么利用电解抛光只能使工件的表面质量提高12级？答：电解抛光是一种表面光整加工方法，利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理对工件表面进行腐蚀抛光。两者区别：电解抛光的工件和工具的加工间隙大，电流密度小，电解液一般不流动，必要时加以搅拌，电解抛光相对电解加工可以均匀的去除表面材料，且在钝化区间内进行。6 简述激光加工技术的特点及其在微细加工领域的主要应用。答：特点：由于激光的功率密度高，加工的热作用时间很短，若影响区小，因此几乎可以加工任何材料；激光加工不需要工具，不存在工具损耗，更换和调整等问题，适于自动化连续操作；激光束可聚焦到微米级，输出功率可以调节，且加工中没有机械力的作用，故适合于精密微细加工；可以透过透明的物质故激光可以在任意透明的环境中操作，包括空气、惰性气体、真空甚至某些液体；激光加工不受电磁干扰；激光除可用于材料的蚀除加工外，还可以进行焊接、热处理、表面强化或涂敷、引发化学反应等加工。应用在去除加工、激光强化、激光焊接、激光加工半导体、激光化学气相沉积技术等领域。9.硬脆材料零件超光滑无损伤表面（damage-free surface）的几种新原理研磨抛光技术。答:晶体材料的无损伤表面抛光技术,原理上是以不破坏表面层的原子排列,即以不破坏极表层结晶结构的加工单位进行材料切削加工。这种加工方法可分为以下几种：机械化学复合加工；机械微量去除加工；化学腐蚀加工。机械微量去除，只限定于磨料作用的机械抛光，另外还有一种是使微细粒子与工件表面发生冲撞以原子级单位去除材料的弹性发射加工。下面分别介绍以上所述的新原理研磨抛光技术。一、非接触研磨抛光1.弹性发射加工弹性发射加工（EEM）是非接触抛光技术的理论基础。所谓弹性发射加工是指加工时研具与工件互不接触，通过微粒子冲击表面，对物质的原子结合产生弹性破坏，以原子级的加工单位去除工件材料，从而获得无损伤的加工表面。2.浮动研磨浮动研磨利用滑动轴承的动压效应原理,将研磨盘做成容易产生动压效应的形状,当工件与研磨盘之间相对运动时,由于动压效应将被加工件浮起,而脱离固体间的接触.通过在二者间隙中运动的工作液中磨料的冲击和擦划作用,而对工件进行加工。2. 液上漂浮研磨液上漂浮研磨(Hydroplane Polishing),它是用流体的压力使工件与研磨盘之间形成间隙,使用腐蚀剂液体进行研磨的方法。工件与研磨盘不接触，而且不使用磨料，故称之为腐蚀加工更恰当。二、界面化学抛光1.机械化学抛光CMP是目前最好的全局平面化技术。作用机理：加工液的腐蚀作用生成化学反应薄层，由磨料机械作用或液体动力作用去除。2.化学机械抛光MCP机械化学抛光是使用较加工物软且与加工物会产生固相化学反应的磨粒，在加工物与磨料之间，由于力学作用产生机化反应，在表面形成的反应物以机械方式去除。三、电场和磁场抛光加工电场和磁场抛光加工是利用和控制电、磁场的强弱使磁流体带动磨粒对工件施加压力从而对高形状精度、高表面质量和晶体无畸变的表面进行加工的抛光方法。1. 磁力抛光磁性磨料在磁场作用下形成柔性磨料刷，柔性磨料刷与工件相对运动将产生切削、刻划、滑擦、挤压和滚动等现象形成研磨、抛光、去毛刺的加工方法。2. 磁流体研磨加工磁流体研磨加工是利用磁性流体本身所具有的液体流动性和磁性材料的磁性以及外磁场的作用来保持磨粒与工件之间的接触，通过相对运动来抛光工件表面的加工方法。3. 磁流变抛光磁流变抛光采用磁流变液为工作介质，磁流变液本身就是加工工具，可以实现没有专用工具的加工。磁流变液循环使用，没有加工区域的工具磨损，材料去除生成的磨屑和加工热量又能被迅速带走，因此非常适宜于进行稳定的超精密加工。四、无磨料抛光1.水合抛光（Hydration polishing）水合抛光是一种利用在工件界面上产生水合反应的新型高效、超精密抛光方法。主要特点是不使用磨粒和加工液，加工表面无污染。 使用杉木抛光盘抛光蓝宝石，最终表面粗糙度Rz小于1nm。 2.水面滑行抛光（Hydroplan Polishing）水面滑行抛光是借助流体压力使工件基片从抛光盘面上浮起，利用具有浸蚀作用的液体作加工液的抛光方法，不使用磨料，是一种化学抛光方法。 五、液中研磨液中研磨法是将超精密抛光的研磨操作浸入在含有磨粒的研磨剂中进行，借助水波效果，利用浮游的微细磨粒进行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心，由加工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。应用在硅片的加工，可得到完全高质量的镜面。参考文献1.张建华等. 精密与特种加工技术. 北京:机械工业出版社, 2003.72.庞滔,郭大