第7章超精密研磨与抛光.ppt

本科生专业课程 超精密研磨与抛光 手工研磨 挤压研磨 第一节研磨抛光机理 往往更加注重加工表面质量表面质量内涵更广 包括 表面组织结构 应力 应变 表面硬度 表面粗糙度 残余应力 表面裂纹 表面成分等 研磨特点 1 不选择切削用量 只限定压强和加工时间 2 研磨是在良好的预加工基础上进行的 加工余量小 3 研磨过程中工件与研具的接触是随机的 可使高点相互修整 逐步减少误差 4 降低表面粗糙度效果明显 提高精度不明显 生产率低 5 研磨可加工钢 铸铁 铜 铝及其合金 半导体 陶瓷 玻璃 塑料等材料 且不需要复杂和高精度设备 方法简便可靠 容易保证质量 超精密研磨加工机理 研磨 工件 磨料 较粗 研具 硬质 相对运动磨料在工件和研具之间进行转动 磨料不是固定的 由研具面支撑磨料研磨加工 超精密研磨加工机理和特点 研具与工件间的相对运动方向经常改变 研具的形状要复印在工件上 研具形状应尽可能理想 研磨 是产生切屑 研具磨损 磨粒破碎等综合在一起的复杂情况下进行的 研磨模型 研磨加工的优点 被加工表面粗糙度小 变质层小 表面质量高 研磨装置简单研磨加工的缺点 加工速度低 时间长 效率低 硬脆材料的超精密研磨 硬脆材料研磨时 容易产生微裂纹 研磨过程 裂纹产生 裂纹扩展 微小破碎 脱落 产生磨屑 研磨时 如何控制裂纹大小是关键 硬脆材料的超精密研磨 硬脆材料的超精密研磨 超精密研磨 硬脆材料的超精密研磨 硬脆材料的超精密研磨 金属材料的超精密研磨 金属材料研磨时 不产生裂纹 磨料的研磨作用相当于普通切削和磨削的切削深度极小时的状态 由于磨料处于游离状态 难以形成连续切削 通过转动和加压 磨料与工件间存在断续研磨作用 金属材料的超精密研磨 BrittlemodeDuctilemode 超精密抛光加工机理和特点 抛光 工件 磨料 较细 抛光器 软质 相对运动 抛光模型 用涂有抛光膏的软轮 抛光轮 高速旋转 或往复运动 对工件进行微弱切削 从而降低工件表面粗糙度 提高光亮度的一种精密加工方法 软轮用皮革 毛毡 帆布等材料叠制而成 具有一定弹性 抛光膏由磨料和油脂 油酸 硬脂酸 煤油 石蜡 调制而成 抛光不能提高尺寸精度 形状精度和位置精度 超精密抛光加工机理和特点 超精密抛光加工机理和特点 抛光原理与特点工作原理与研磨类似 加工表面质量更高 磨料更细 研具为软质材料 即使抛光脆性材料也不产生裂纹 抛光加工机理塑性生成切屑 磨料和抛光器与工件间的流动摩擦作用 使工件表面的凸凹变平 在加工液中进行化学性溶析 磨料与工件间直接化学反应 超精密抛光硬质合金表面 超精密抛光Al2O3基陶瓷刀具表面 超精密抛光Si3N4基陶瓷刀具表面 超精密抛光的陶瓷表面 超精密抛光晶须增韧陶瓷表面 超精密抛光晶须增韧陶瓷表面 超精密抛光的陶瓷表面 超精密抛光Al2O3 TiC陶瓷表面 超精密抛光纯Al2O3陶瓷表面 投射电镜TEM照片 超精密抛光铸铁材料表面 超精密抛光的纤维增强材料表面 硬质合金微观结构 涂层硬质合金微观结构 梯度陶瓷抛光表面 自润滑刀具表面润滑膜 表面压痕 电火花加工表面 涂层照片 元素扩散 超精密抛光涂层界面 涂层刻划痕迹 研磨 抛光加工变质层 不管采用什么加工方法 材料加工部位均会产生变质层 变质层的存在会对材料的物理 化学 机械 电 磁 光学等性能产生显著影响 影响工件的使用性能 加工变质层包括 表面微裂纹 表面组织 表面结构 表面应力 表面应变 表面硬度 表面粗糙度 残余应力 表面成分 第二节精密研磨 抛光的主要工艺因素 研磨方法 单面 双面 旋转 往复 研磨工具 研具 材料 形状 表面状态 铸铁 软布 树脂 橡胶 塑料 磨粒 磨料 种类 材质 粗细 加工液 研磨液 压力 速度 时间环境 双面研磨机 研磨加工设备 研磨 抛光 工具 研磨工具 磨损要小 容易修正精度 研具工作面的形状精度会反映到工件上 必须减小因研具磨损和变形引起的精度下降 抛光工具 研磨磨料 研磨磨料 第三节超精密平面研磨抛光大规模集成电路的硅片 不仅要求极高的平面度 极小的表面粗糙度 还要求表面无变质层 无划伤 其他 光学平晶 量块 石英振动子基片等 一般在精密平面研磨机上进行研磨 研具 通过研磨使研具的平面状态复印到工件上 常用研具 特殊玻璃 金属板上涂一层四氟乙烯和镀铅和铟 锡盘 沥青盘 获得高质量平面研磨抛光的工艺规律研磨运动轨迹应均匀分布且不重叠 由研磨机的行星运动保证 研磨盘要求材质均匀 并有微细孔容纳微粉磨料 修形后可获得平面度很高的研磨表面 软质 半软质 研磨盘 容易获得粗糙度极小和变质层小的表面 但平面度不高 获得高质量平面研磨抛光的工艺规律使用金刚石超硬磨料研磨和抛光效率更高 研磨平面度要求很高的零件时 可使用浮动研磨盘 以消除误差 为提高效率 可在研磨剂中加化学活性物质 避免粗磨料 空气中灰尘等混入 否则将使研磨表面划伤 达不到高质量研磨要求 a 传统研磨抛光 完全依靠微细磨料的机械作用去除被研磨材质b 研磨抛光新工艺 其原理不完全是机械式去除 如机械作用 化学作用等 第四节超精密研磨和抛光新工艺 液中研磨 抛光将研磨 抛光操作浸入在含磨料的研磨剂中 借助于水波效果 利用浮游的细磨料颗粒进行研磨加工 2 机械化学研磨 抛光在腐蚀液中加有磨料 对工件边腐蚀边加工 利用磨料本身或研磨剂与工件之间的化学作用 对工件进行研磨抛光 在腐蚀液中研磨 是为了利用腐蚀液的腐蚀作用 提高效率 工件与研磨液或磨料进行化学反应 可促进研磨的进行 机理 机械 化学作用 称为 增压活化