精密研磨與拋光.ppt

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1、7.1研磨拋光機(jī)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(shù)第7章精密研磨與拋光一、研磨加工的機(jī)理第1節(jié)研磨拋光機(jī)理1.研磨時(shí)磨料的工作狀態(tài)1）磨粒在工件與研具之間發(fā)生滾動(dòng)，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(duì)工件表面進(jìn)行刻劃，實(shí)現(xiàn)微切削加工；3）磨粒對(duì)工件表面的滾軋與微量刻劃同時(shí)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(pán)表面，用露出的尖端刻劃工件表面進(jìn)行微切削加工；另一部分磨粒則在工件與研磨盤(pán)之間發(fā)生滾動(dòng)，產(chǎn)生滾軋效果。在給磨粒加壓時(shí)，就在硬脆材料加工表面的拉伸應(yīng)力最大部

2、位產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)縱橫交錯(cuò)的裂紋擴(kuò)展并產(chǎn)生脆性崩碎形成磨屑，達(dá)到表面去除的目的。3.金屬材料的研磨當(dāng)金屬表面用硬度計(jì)壓頭壓入時(shí)，只在表面產(chǎn)生塑性變形的壓坑，不會(huì)發(fā)生脆性材料那樣的破碎和裂紋。研磨時(shí)，磨粒的研磨作用相當(dāng)于極微量切削和磨削時(shí)的狀態(tài),且表面不會(huì)產(chǎn)生裂紋。二、拋光加工的機(jī)理拋光的機(jī)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(qiáng)制壓入產(chǎn)生作用。2）借助磨粒和拋光器與工件流動(dòng)摩擦使工件表面的凸凹變平。三、研磨、拋光的加工變質(zhì)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(zhì)層，加工變質(zhì)層使工件材質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組織和組成遭到破壞或接近于破壞狀態(tài)

3、，使工件表面的力學(xué)性能、物理化學(xué)性能與母體材料不同，進(jìn)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(zhì)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(jié)構(gòu)層、畸變層和完全結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從彈塑性力學(xué)的角度評(píng)價(jià)變質(zhì)層，依次為：極薄的塑性流動(dòng)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(zhì)層與硬脆材料類(lèi)似。對(duì)于拋光加工后的加工變質(zhì)層，由表層向里依次為：拋光應(yīng)力層、經(jīng)腐蝕出現(xiàn)的二次裂紋應(yīng)力層、二次裂紋影響層和完全結(jié)晶層，整個(gè)加工變質(zhì)層深度約為3μm。并且加工表面越粗，加工變質(zhì)層深度越大。第2節(jié)精密研磨、拋光的主

4、要工藝因素加工條件：對(duì)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：?jiǎn)蚊嫜心ズ碗p面研磨；研磨機(jī)：應(yīng)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(pán)：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(xì)的磨粒和使磨粒對(duì)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(jī)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(diǎn)：能得到高精度的平面缺點(diǎn)：研具層壽命短2）使用半軟質(zhì)研磨盤(pán)或軟質(zhì)研磨盤(pán)優(yōu)點(diǎn)：研磨出的表面變質(zhì)層很小，

5、表面粗糙度也很??；缺點(diǎn)：研磨盤(pán)不易保持平面度三、平面研磨時(shí)工件和軟質(zhì)研具的磨損量工件與研具兩者的任意點(diǎn)A處的加工量和研具磨損量，相對(duì)于兩者的中心各自畫(huà)圓弧與橫軸相交，從交點(diǎn)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ηp小的研具效果好。使用ξ小的研具能有效地控制平面度的惡化，但ξ太小時(shí)，壓力偏差較大，反而易引起平面度的惡化。而當(dāng)ξ較大時(shí)，只要加工量少，由于壓力偏差較小，初始的平面度不會(huì)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(zhǔn)平面的角度誤差達(dá)到最小值。單面研磨法采用使工件附加偏心壓力。晶

6、體方位誤差的修正加工是以晶格面作參照物進(jìn)行研磨的。五、獲得高質(zhì)量平面研磨拋光的工藝規(guī)律1）研磨運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)能達(dá)到研磨痕跡均勻分布并且不重疊。2）硬質(zhì)研磨盤(pán)在精研修形后，可獲得平面度很高的研磨表面，但要求很?chē)?yán)格的工藝條件。3）軟質(zhì)（半軟質(zhì)）研磨盤(pán)易獲得表面粗糙度值極小和表面變質(zhì)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(shí)，采用（1）上研磨盤(pán)浮動(dòng)以消除上下研磨盤(pán)不平行誤差；（2）小研磨零件實(shí)行定期180度方位對(duì)換研磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盤(pán)傾斜而研磨表面不平行；（3）對(duì)各

7、晶向硬質(zhì)不等的晶片研磨時(shí)，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(zhì)量，可在研磨劑中加入一定量的化學(xué)活性物質(zhì)。7）高質(zhì)量研磨時(shí)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(dá)不到高質(zhì)量研磨要求。第4節(jié)超精密研磨拋光的主要新技術(shù)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(jìn)行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用游離的微細(xì)磨粒進(jìn)行研磨加工，并對(duì)磨粒作用部分所產(chǎn)生的熱還有極好的冷卻效果，對(duì)研磨時(shí)的微小沖擊也有緩沖效果。機(jī)械化學(xué)研磨機(jī)械化學(xué)研磨加工是利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行機(jī)械研磨，有濕式和干式兩種。濕式條件下的機(jī)械化學(xué)研磨，用于硅

8、片的最終精