精密及超精密磨削加工

精密及超精密磨削加工项宇1094020126摘要：本文阐述了精密磨削与超精密磨削的机制，介绍了近年来精密与精密磨床的发展概况以及精密与超精密磨削技术的研究现状。并分析了精密磨削与超精密磨削的发展趋势．关键词：精密和超精密磨削精密磨削机理精密磨削发展的现状精密磨削发展的未来精密及超精密磨削加工的概述磨削加工是主要的精密加工和超精密加工方法，一般分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削加工。在生产发展的不同时期有不同的精度范围。目前，普通磨削一般是指加工表面粗糙度为Ra0.4～1.25μm，加工精度大于1μm的磨削方法；精密磨削当前可以达到的表面粗糙度一般为Ra0.1～0.01μm，加工精度为0.1～1.0μm。超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可达到≤Ra0.01μm，精度≤0.01μm甚至进入纳米级。并称为纳米加工及相应的纳米技术.影响精密加工和超精密加工的因素精密加工和超精密加工的发展已形成制造系统工程,简称精密工程,它涉及超微量去除和堆积技术、高稳定性和高净化的加工环境、计量和检测技术、工况监控及质量控制等。由此可归纳出影响精密加工和超精密加工的因素有:加工机理、被加工材料、加工工具、加工设备及其基础元部件、工件的定位与夹紧、检测与误差补偿、工作环境和人的技艺等。精密加工和超精密加工是先进制造技术的基础和关键现代机械制造中,提高产品的性能、质量、稳定性、可靠性、生产率、效率、自动化程度等均有赖于精密工程,因此,它是先进制造技术的基础和关键。美国汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、日水平。陀螺仪经超精密加工提高一个数量级后,在MX战略导弹上使用,使命中精度圆概率误差由500m降低到50～150m。英国将其飞机发动机转子叶片的加工精度由60μm提高到12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm降低至Ra0.12μm,则发动机的压缩效率有了“戏剧性改善”。当超精密加工使磁盘表面的精度提高、表面粗糙度降低,从而使磁头与磁盘之间的“飞行高度”控制在0.3～0.15μm内时,其记录密度将会大幅度提高。这主要归功于超精密加工技术。先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策,但就其技术实质性而论,主要是精密工程和自动化两大领域,因为它们具有全局的、决定性的作用,是先进制造技术的支柱。日本在二战后的经济发展,从技术角度分析,抓住了“技术立国”和“新技术立国”的决策,其根本举措是精密加工,它实实在在地提高了制造工业的水平,并对其他工业产生了深远影响。精密与超精密磨削技术的发展近年来，国外对精密和超精密磨削技术的研究开发获得了不少成果和进展，主要体现在ELID镜面磨削新工艺的研究和加工硅片以及非球面零件的应用上。用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒的平均粒径可小至4μm。直径φ300mm硅片的集成制造系统采用单晶金刚石砂轮使延性磨削和光整加工可以在同一个装置上进行，使硅片达到表面粗糙度Ra1*10-3μm（Ra6*10-3μm）和平面度＜0.2μm。日本国家理化学研究所的大森整教授于1987年研制成功了在线修整砂轮的ELID镜面磨削新工艺。镜面磨削技术是利用在线电解修整作用连续修整砂轮来获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间，同时，在砂轮表面逐渐形成一层钝化膜，当砂轮表面的磨粒磨损后，钝化膜被工件表面磨屑刮擦去除，电解过程继续进行，对砂轮表面进行修整，加工表面粗糙度达到Ra0.02～0.01μm，表面光泽如镜。大森整教授将ELID技术应用于硅片自旋转磨削工艺，实现了硅片的延性域磨削，亚表面损伤层深度＜0.14μm，只有传统研磨硅片损伤层深度的1/3～1/10。H.Eda等人研究了基于自旋转磨削原理的集磨削系统，该系统采用超磁致伸缩微驱动装置调整砂轮主轴与工件轴的夹角控制硅片的面型精度，应用精气缸和磨削力检测系统进行控制压力磨削，可以在一个工序中完成硅片的延性域磨削加工和减小损伤层的磨抛加工，加工300mm硅片能源消耗比传统工艺降低70%。美国在应用ELID磨削技术加工电子计算机半导体微处理器方面已取得突破性进展，在国防、航空航天及核工业等领域的应用研究也在进行。精密及超精密加工技术发展趋势精密、超精密加工的发展沿着三个方向:(1)在尖端技术和产品的需求下,向加工极限冲刺,进入纳米级及亚纳米加工,反映了科学技术的水平。可以想象,加工环境不仅在地球上,甚至在太空站上。(2)在国民经济发展和人民生活水平提高的需求下,进入国民经济主战场,使制造技术水平和经济效益得到普遍提高,反映出一个国家的经济实力。可以想象,计算机、通信网络、光盘、家用电器等将是精密、超精密加工技术继续大显身手的广阔领域。(3)现代制造技术的发展,学科交叉、复合加工技术的特点日益突出,精密加工和超精密加工不仅作为一门独立的学科发展,而且会以更多的交叉学科形式出现,甚至形成新的学科。例如:精密特种加工技术、纳米技术等包含了多种学科。21世纪10年代需求可归纳为以下几方面:(1)由于航空、航天、生物化学、地球物理等技术的发展,需要更高更新的超精密加工方法,这些方法具有高精度和高表面质量。(2)由于整个工业生产水平的提高,产品质量要求越来越严格,因此,制造业的加工精度水平要提高一个数量级。就我国制造业来说,普遍加工精度达到微米级。(3)由于产品质量的提高,对表面微观质量提出了更高要求,因此,探索表面微观世界、提高表面微观质量就提到日程上来。(4)由于产品质量的增长和生产率的提高,迫切要求解决当前大多数精密加工和超精密加工中效率低的问题,因此,寻求高效超精密加工新方法就十分必要。(5)由于大型精密工业产品的发展,如大型发电机组、航天飞机、大型客机等的需求,需要研制大型超精密加工设备。(6)由于绿色工程和清洁生产的需求,需要探寻新的加工机理和方法。参考文献：1:磨削加工工艺及应用国防工业出版社2010.11.1第一版2:现代磨削加工技术的发展【机械管理开发】2005年第05期刘宏谦3:精密及超精密发展的现状集美大学学报2010年第1期冯薇4:超精密切削和磨削机理的研究焦作大学学报2002年第2期王先逵5:现代磨削技术机械工业出版社2003年李博民