《精密和超精密加工技术 Precision and ultraprecision machining》第7章 精密研磨与抛光

Precision and ultraprecision machining 精密和起精密加味 姜春晓 2005年10月 2021/2/21

2021/2/21 姜春晓 2005年10月 Precision and ultraprecision machining 精密和超精密加工技术

「留7管密团摩与题 7.1研磨抛光机理 7.2精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3超精密平面研磨和抛光 7.4超精密研磨抛光的主要新技术 2021/2/21

2021/2/21 7.1 研磨抛光机理 7.2 精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3 超精密平面研磨和抛光 7.4 超精密研磨抛光的主要新技术 第7章 精密研磨与抛光

研磨加工的机理 1研磨时磨料的工作状态 1)磨粒在工件与研具之间发生滚动,产生滚轧 效果; 2)磨粒压入到研具表面,用露出的磨粒尖端对 工件表面进行刻划,实现微切削加工; 3)磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。 2021/2/21

2021/2/21 一、研磨加工的机理 第1节 研磨抛光机理 1.研磨时磨料的工作状态 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧 效果； 2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对 工件表面进行刻划，实现微切削加工； 3）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用

2.硬脆材料的研磨 一部分磨粒由于硏磨压力的作用,嵌入研磨盘表面, 用露出的尖端刻划工件表面进行微切削加工;另一部 分磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动,产生滚轧效 果。在给磨粒加压时,就在硬脆材料加工表面的拉伸 应力最大部位产生微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并 产生脆性崩碎形成磨屑,达到表面去除的目的。 运动方问 研具 旋转方向 磨粒 切屑 切屑 工件 原有的加工变质层 新生的加工变质层 图7-1研磨加工的模型 2021/2/21

2021/2/21 2.硬脆材料的研磨 一部分磨粒由于研磨压力的作用，嵌入研磨盘表面， 用露出的尖端刻划工件表面进行微切削加工；另一部 分磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动，产生滚轧效 果。在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面的拉伸 应力最大部位产生微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并 产生脆性崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的

3.金属材料的研磨 当金属表面用硬度计压头压入时,只在表面 产生塑性变形的压坑,不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。 研磨时,磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态且表面不会产生裂纹。 2021/2/21

2021/2/21 3.金属材料的研磨 当金属表面用硬度计压头压入时，只在表面 产生塑性变形的压坑，不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。 研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态,且表面不会产生裂纹

抛光加工的机理 抛光的机理:1)以磨粒的微小塑性切削生成切屑, 但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2)借助磨 粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平。 运动方向 软质材料的抛光器 么 微小磨粒 微小切屑 工件 图7-2抛光加工的模型 2021/2/21

2021/2/21 二、抛光加工的机理 抛光的机理：1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑， 但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2）借助磨 粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平

三、研磨、抛光的加工变质层 不管采取什么加工方法,或多或少要在被加工表面 上产生加工变质层,加工变质层使工件材质的结构、 组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态,使工件表面 的力学性能、物理化学性能与母体材料不同,进而影 响制成元件的性能,因此在超精密硏磨抛光中要求变 质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面,从表层向里依次为:非晶 体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结 构,从弹塑性力学的角度评价变质层,依次为:极薄 的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹性 变形层和母体材料。金属材料研磨后的加工表面变质 层与硬脆材料类似。 2021/2/21

2021/2/21 三、研磨、抛光的加工变质层 不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表面 上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、 组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面 的力学性能、物理化学性能与母体材料不同，进而影 响制成元件的性能，因此在超精密研磨抛光中要求变 质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：非晶 体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结 构，从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：极薄 的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹性 变形层和母体材料。金属材料研磨后的加工表面变质 层与硬脆材料类似

对于抛光加工后的加工变质层,由表层向里 依次为:抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹 应力层、二次裂纹影响层和完全结晶层,整个 加工变质层深度约为3μm。并且加工表面越粗, 加工变质层深度越大。 2021/2/21

2021/2/21 对于抛光加工后的加工变质层，由表层向里 依次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹 应力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个 加工变质层深度约为3μm。并且加工表面越粗， 加工变质层深度越大

笔2精磨。物的感区 加工条件:对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的 金属材料的加工条件不同 研磨方式:单面硏磨和双面硏磨; 研磨机:应能均匀地加工工件,研具磨损要小并要求 能容易修整精度; 研具和抛光盘:必须避免因工作面磨损和弹性变形引 起精度下降; 研具材料:微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材 料 加工液:提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的 21221

2021/2/21 第2节 精密研磨、抛光的主要工艺因素 加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的 金属材料的加工条件不同； 研磨方式：单面研磨和双面研磨； 研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求 能容易修整精度； 研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损和弹性变形引 起精度下降； 研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材 料； 加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的 效果

部超得平磨8 精密平面的研磨机 加压力 减速机构 b) 图7-3双面平面研磨机 图7-4工件保持架作成行星轮形式 工作原理图 a)工件保持架和内齿轮、小齿轮啮合 1—内齿轮2-下研磨盘3-上 b)不同工件保持架形式 研磨盘4一小齿轮 件 6-工件保持架(行星轮) 2021/2/21

2021/2/21 第3节 超精密平面研磨和抛光 一、精密平面的研磨机