哈工大精密超精密大作業(yè)-精密超精密加工的發(fā)展與應(yīng)用

《哈工大精密超精密大作業(yè)-精密超精密加工的發(fā)展與應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、精密超精密加工的發(fā)展與應(yīng)用一、引言眾所周知，加工是一個(gè)非常寬泛的詞匯。概括起來(lái)講，精密超精密加工技術(shù)中的加工有兩層含義：一種是指高精度加工，這種加工是傳統(tǒng)加工方法不能實(shí)現(xiàn)的精度；另一種是微細(xì)加工，這種加工是一般尺寸界線難以實(shí)現(xiàn)的微細(xì)。精密超精密加工技術(shù)中的精密應(yīng)該這樣理解：首先，它與生產(chǎn)力的發(fā)展水平息息相關(guān)；其次，它不是一個(gè)特定的概念，不同時(shí)期有著不同的界定；最后，它不僅涉及到精度指標(biāo)，而且涉及到工件的形狀、材料、質(zhì)量等指標(biāo)。在現(xiàn)實(shí)生活中，這存在著普通加工、精密加工和超精密加工三種形式的加工。普通加

2、工是指一般技術(shù)水平就完成的精度；精密加工是指通過(guò)高精度的加工工具或器械，以及先進(jìn)的加工技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)的精度；超精密加工是指必須對(duì)先進(jìn)加工技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、討論、研究才能完成的精度。每個(gè)時(shí)期的精度指標(biāo)是不同的，因此，這三種形式的加工也會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。超精密加工技術(shù)以每個(gè)歷史時(shí)期所能達(dá)到的最高加工精度值為衡量標(biāo)準(zhǔn)，只要超過(guò)了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們就可將這些加工方法稱之為超精密加工技術(shù)。就目前的標(biāo)準(zhǔn)而言，精密加工技術(shù)的加工精度為1-0.1um、表面粗糙度為Ra0.2-0.01um；而超精密加工技術(shù)的加工精度高于

3、0.1um、表面粗糙度Ra小于0.25um，以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0.01um。精密超精密加工技術(shù)興起于上世紀(jì)60年代，隨著時(shí)間的推移，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為高科技產(chǎn)品的關(guān)鍵制造技術(shù)。從近50年的發(fā)展時(shí)期內(nèi)，精密超精密加工技術(shù)所涉及的領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，目前已擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域；精密超精密加工技術(shù)的生產(chǎn)方式發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，由單件小批量生產(chǎn)發(fā)展為多件大規(guī)模生產(chǎn)。從這個(gè)變化中，我們不難看出，精密超精密加工技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度在不斷加大。我們有理由相信，隨著各類新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，精密超

4、精密加工技術(shù)將獲得更為深刻地發(fā)展。二、精密超精密加工的種類超精密加工主要包括超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨(機(jī)械研磨、機(jī)械化學(xué)研磨、研拋、非接觸式浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工等)以及超精密特種加工(電子束、離子束、等離子加工、激光束加工以及電加工等)以及最新研發(fā)的納米技術(shù)。2.1超精密切削加工超精密切削加工是采用金剛石刀具在超精密機(jī)床上進(jìn)行超精密切削,可以加工出光潔度極高的鏡面。金剛石刀具的優(yōu)點(diǎn)在于其與有色金屬親和力小,硬度、耐磨性以及導(dǎo)熱性都非常優(yōu)越,且能刃磨得非常鋒利,其刃口圓弧半徑可小

5、于R0.01um,實(shí)際應(yīng)用的一般為R0.05um,可加工出優(yōu)于Ra0.01um的表面粗糙度。此外,超精密切削加工還采用了高精度的基礎(chǔ)元部件(如空氣軸承、氣浮導(dǎo)軌等)、高精度的定位檢測(cè)元件(如光柵、激光檢測(cè)系統(tǒng)等)以及高分辨率的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)床本身采取恒溫、防振以及隔振等措施,還要有防止污染工件的裝置。機(jī)床必須安裝在潔凈室內(nèi)。進(jìn)行超精密切削加工的零件材料必須質(zhì)地均勻,沒(méi)有缺陷。在這種情況下加工無(wú)氧銅,表面粗糙度可達(dá)Ra0.005um,加工800mm的非球面透鏡,形狀精度可達(dá)0.2/um。最先用于銅的

6、平面和非球面光學(xué)元件的加工,隨后,加工材料拓展至有機(jī)玻璃、塑料制品(如照相機(jī)的塑料鏡片、隱形眼鏡鏡片等)、陶瓷及復(fù)合材料等。2.2超精密磨削超精密磨削技術(shù)是基于一般精密磨削而發(fā)展起來(lái)的,是用精確修整過(guò)的砂輪在精密磨床上進(jìn)行的微量磨削加工,金屬的去除量可在亞微米級(jí)甚至更小,可以達(dá)到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。但磨削加工后,被加工的表面在磨削力及磨削熱的作用下金相組織要發(fā)生變化,易產(chǎn)生加工硬化、淬火硬化、熱應(yīng)力層、殘余應(yīng)力層和磨削裂紋等缺陷。其加工對(duì)象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料。超精密

7、磨削不僅要得到鏡面級(jí)的表面粗糙度,還要保證能夠獲得精確的幾何形狀和尺寸。目前超精密磨削的加工目標(biāo)是3～5nm的平滑表面,也就是通過(guò)磨削加工而不需拋光即可達(dá)到要求的表面粗糙度。砂輪的修整技術(shù)相當(dāng)關(guān)鍵。盡管磨削比研磨更能有效地去除物質(zhì),但在磨削玻璃或陶瓷時(shí)很難獲得鏡面,主要是由于砂輪粒度太細(xì)時(shí),砂輪表面容易被切屑堵塞。日本理化學(xué)研究所學(xué)者大森整博士發(fā)明的電解在線修整(ELID)鑄鐵纖維結(jié)合劑(CIFB)砂輪技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。主要的修整方法還有電化學(xué)在線控制修整(ECD)、干式ECD、電化學(xué)放電

8、加工(ECDM)、激光輔助修整、噴射壓力修整等。2.3超精密研磨超精密研磨包括機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。研磨金剛石車刀除采用機(jī)械磨料研磨之外,還采用了離子刻蝕和熱化學(xué)方法。在研磨中,研磨盤(pán)原來(lái)均用高磷鑄鐵,后來(lái)采用高速鋼研磨盤(pán)。例如:日本東海大學(xué)安永暢男教授等提出采用高速回轉(zhuǎn)的高速鋼盤(pán)與被加工的金剛石在接觸和擺動(dòng)中,通過(guò)物理化學(xué)作用,不用磨料,高速研磨金剛石車刀,完全突破了傳統(tǒng)的研磨途徑。超精密研磨可解決大規(guī)模集成電路基片的