精密与特种加工技术第三章精密磨削加工

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1、第第3章章 精密磨削加工精密磨削加工 3.1 概概 述述 3.1.1 磨削的基本特点磨削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的主要切削工具。 3.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类 磨料加工分类磨料加工固结磨料加工磨削：砂轮磨削、砂带磨削研磨超精加工珩磨砂带研抛超精研抛游离磨料加工抛光研磨：干式研磨、湿式研磨、磁性研磨精密研磨滚磨：回转式、振动式、离心式、主轴式珩磨：挤压珩磨喷射加工涂覆磨具分类涂覆磨具形状基底材料工作条件页状(Y)卷状(J)环状带状(D)盘状(P)纸状(Z)棉花(B)化纤布塑料膜复合干磨(G)耐水(N)3.2 磨削加工机理磨削加工机理 精密磨削是指加工精度为

2、l0.1、表面租糙度值达到0.20.025，又称低粗糙度值磨削。它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。一般是通过氧化铝和胶化硅砂轮来实现的。 3.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力 1. 磨削过程 砂轮中的磨料磨粒是不规则的菱形多面体，顶锥角在80145范围内，但大多数为90120 2. 精密磨削机理1) 磨粒的微刃性2) 磨粒的等高性3) 微刃的滑擦、挤压、抛光作用4) 弹性变形的作用3. 磨削力1) 磨削力的主要特征2) 影响磨削力的因素4. 单个磨粒的切削厚度 3.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液 1. 磨削温度 1) 磨削温度的基本概念 2) 影响磨削温度的主要

3、因素2. 磨削液 1) 磨削液的作用机理2) 磨削液的添加剂3) 磨削液的分类与使用3.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 1. 磨削加工后的表面粗糙度 1) 几何因素的影响 2) 物理因素的影响表面层金属的塑性变形 2. 磨削加工后的表面层金属力学物理性能 1) 加工表面层的冷作硬化2) 表层金属的金相组织变化 3) 表面金属的残余应力3.3 精密磨削加工的机床及其应用精密磨削加工的机床及其应用 3.3.1 概述 1高几何精度2低速进给运动的稳定性3减少振动4减少热变形3.3.2 精密磨削机床的结构及特点1. 精密主轴部件1) 液体静压轴承主轴2) 空气静压轴承主轴 3) 主轴的驱

4、动方式2. 床身和精密导轨部件1) 滚动导轨2) 液体静压导轨3) 气浮导轨和空气静压导轨3. 微量进给装置1) 对微量进给装置的要求2) 机械结构弹性变形微量进结装置3) 压电或电致伸缩式传感器微进给装置 4. 机床的稳定性和减振隔振1) 对机床的稳定性要求2) 提高机床稳定性的措施5. 减少热变形和恒温控 1) 温度变化对精密机床加工误差的影响2) 减小机床热变形的措施3.4 精密研磨与抛光精密研磨与抛光 3.4.1 研磨加工机理1. 硬脆材料的研磨2. 金属材料的研磨 3.4.2 抛光加工机理抛光加工机理 抛光是指用低速旋转的软质弹性或黏弹性材料(塑料、沥青、石蜡、锡等)抛光盘或高速旋转

5、的低弹性材料(棉布、毛毡、人造革等)抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。抛光一般不能提高工件形状精度和尺寸精度。抛光使用的磨粒是1以下的微细磨粒。3.4.3 精密研磨与抛光的主要工艺因素 项目内容研磨法加工方式加工运动驱动方式单面研磨、双面研磨旋转、往复摆动手动、机械驱动、强制驱动、从动研具材料形状表面状态硬质、软质(弹性、黏弹性)平面、球面、非球面、圆柱面有槽、有孔、无槽磨粒种类材质、形状粒径金属氧化物、金属炭化物、氮化物、硼化物硬度、韧性、形状几十微米至几十纳米加工液水质油质酸性-碱性、界面活性剂界面活性剂加工参数研磨速度研磨压力研磨时间1100m/min0.013

6、0N/cm2110h环境温度尘埃室温变化0.1利用洁净室、净化工作台3.4.4 研磨盘与抛光盘研磨盘与抛光盘 1. 研磨盘 研磨盘是涂敷或嵌入磨料的载体，以发挥磨粒切削作用，同时又是研磨表面的成形工具。研磨过程中研磨盘与工件是相互修整的，研磨盘本身的几何精度按一定程度“复制”到工件上，因此对研磨盘加工面的几何精度要求很高。研磨盘材料硬度要低于工件材料硬度，且组织均匀致密、无杂质、无异物、无裂纹和无缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。常用的研磨盘材料有铸铁、黄铜、玻璃等。2. 抛光盘 抛光盘平面精度及其精度保持性是实现高精度平面抛光的关键。因此，抛光小面积的高精度平面工件时要使用弹性变形小，并始

7、终能保持平面度的抛光盘。较为理想的是采用特种玻璃或者在平面金属盘上涂一层弹性材料或软金属材料作为抛光盘。3.4.5 研磨剂与抛光剂磨料按硬度可分为硬磨料和软磨料两类。研磨抛光加工液主要作用是冷却、润滑、均匀分布研磨盘表面磨粒及排屑。 3.4.6 非接触抛光非接触抛光 非接触抛光是一种研磨抛光新技术，是指在抛光中工件与抛光盘互不接触，依靠抛光剂冲击工件表面，以获得加工表面完美结晶性和精确形状的抛光方法，其去除量仅为几个到几十个原子级。非接触抛光主要用于功能晶体材料抛光(注重结晶完整性和物理性能)和光学零件的抛光(注重表面粗糙度及形状精度)。 1. 弹性发射加工 弹性发射加工(Elastic Em

8、ission Machining，EEM)是非接触抛光技术的理论基础。所谓弹性发射加工，是指加工时研具与工件互不接触，通过微粒子冲击工件表面，对物质的原子结合产生弹性破坏，以原子级的加工单位去除工件材料，从而获得无损伤的加工表面。2浮动抛光浮动抛光(float polishing)是一种平面度极高的非接触超精密抛光方法。 3. 动压浮离抛光 动压浮离抛光(hydrodynamic-type polishing)是另一种非接触抛光。 4. 非接触化学抛光普通的盘式化学抛光方法，是通过向抛光盘面供给化学抛光液，使其与被加工面作相对滑动，用抛光盘面来去除被加工件面上产生的化学反应生成物。 5. 切断、开槽及端面抛光 采用非接触端面抛光可以实现对沟槽的壁面、垂直柱状轴断面进行镜面加工，这是传统抛光方法难以做到的。工具与工件互不接触，高速旋转的工具驱动微粒冲击工件形成沟槽或切断，然后再用同一种工具，对同一位置进行数次抛光，即可实现断面的镜面抛光。