超精密磨削机理及工艺研究
精密和超精密加工技术
电子材料，磁性材料的镜面磨削：大尺寸硅片；铁金氧磁头 光学材料的镜面磨削：记录用光学材料，光学镜片研磨抛光前 陶瓷材料的镜面磨削 高精度钢铁材料及复合材料，硬质合金
4、脆性材料精密磨削
尖锐压头下的材料变形过程
(a) 初始加载: 接触区产生—永久塑性变形区，没有任何 裂纹破坏。变形区尺寸随载荷增加而变大。 (b) 临界区: 载荷增加到某一数值时，在压头正下方应力 集中处产生中介裂纹(M edian Crack)。 (c) 裂纹增长区: 载荷增加, 中介裂纹也随之增长。 (d) 初始卸载阶段: 中介裂纹开始闭合，但不愈合。 (e) 侧向裂纹产生: 进一步卸载，由于接触区弹塑性应力 不匹配，产生一个拉应力叠加在应力场中，产生系列向侧 边扩展的横向裂纹(L ateral Crack)。 (f) 完全卸载: 侧向裂纹继续扩展，若裂纹延伸到表面则 形成破坏的碎屑。
精密、超精密磨削、镜面磨削形成的零散刻痕
1、精密和超精密磨削加工基础
精密和超精密磨削分类
将磨料或微粉与结合剂粘合在一起， 形成一定的形状并具有一定强度，再 采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂 轮、砂条、油石、砂带等磨具。
精密和超精 密磨料加工 固结磨 料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。
3、在线电解磨削技术
ELID磨削的特点
磨削过程具有良好的稳定性； ELID修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率； ELID修整法使磨削过程具有良好的可控性；
采用ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的 残留裂纹。
3、在线电解磨削技术
1、精密和超精密磨削加工基础
切削和磨削的比较
磨削技术的发展及关键技术-文献综述
磨削技术的发展及关键技术摘要：砂带磨削几乎能用于加工所有的工程材料，作为在先进制造技术领域有着"万能磨削"和"冷态磨削"之称的新型工艺，砂带磨削已成为与砂轮磨削同等重要的不可缺少的加工方法。
综观近几年来国内外各类机床及工具展览会和国际生产工程学会的学术会议，结合砂带磨削在国内外各行业的应用状况，可以看出砂带磨削在制造业中发挥着越来越重要的作用，有着广泛的应用及广阔的发展前景。
关键字：磨削砂带机床技术Keyword:Grinding Abrasive belt Machine tool Technology一，前言砂带磨床是一种既古老而又新兴的工艺。
近30多年来,粘满尖锐砂粒的砂布或砂纸制成一种高速的多刀多刃连续切削工具用于砂带磨床之后,砂带磨削技术获得了很大的发展。
这种砂带磨削技术远远超越了原有的只用来加工和抛光的陈旧概念。
现在砂带磨床的加工效率甚至超过了车、铣、刨等常规加工工艺,加工精度已接近或达到同类型机床的水平,机床功率的利用率领先于所有的金属切削机床,应用范围不仅遍及各行各业,而且对几乎所有的材料,无论是金属还是非金属都可以进行加工。
长期以来不大引人注意的砂带磨削工艺现在正进入现代化发展的新阶段。
而数控磨床又是磨床的发展方向，所以研究数控砂带磨床本有很大的意义。
【正文】一.磨削技术的发展及关键技术1.磨削技术发展史高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的Aachen大学、美国的Connecticut大学等，有的在实验室完成了速度为250m/s、350m/s、400m/s的实验。
据报道，德国Aachen大学正在进行目标为500m/s 的磨削实验研究。
在实用磨削方面，日本已有200m/s的磨床在工业中应用。
我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史。
如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、120m/s的磨削工艺实验。
精密与超精密磨削关键技术探讨
进 给单 元 是评 价精 密及超 精 密磨床 性 能 的重 要指 标之 一 ，也是 使砂 轮保 持正 常工作 的必 要 条件 。在精
密和超精密磨削加工中，进给单元是影 响精度的重要
磨削在晶粒内进行 ，要使磨削顺利进行 ，必须使磨削
力 大大超 过 晶粒 的结合 力 ，甚至 可 以达 到材 料 的剪切 强 度 Ｌ 。同时 ，磨 粒 在 磨 削 时 产 生 高 温 和 高压 ，因 ２ ］ 此磨 粒 材料要选 取 高温性 能好 、硬 度 大的材 料 ，如金 。 刚石 、立方氮 化硼 等 。 （ ） 连续 磨 削 。 在磨 削 初 始 阶段 ，砂 轮 与 工 件 ２
轴 器直 接相 联 。现在 ，大 多数 高精 度高 速机 床采 用 了 内装 式 电主 轴 的结构 形式 ，即将变 频 电机 和机床 主轴 合 为一体 ，而 主轴 的变速完 全 通过 控制 交流 电 的频率 来 完成 。 国内外 用于 高精 度高速 加 工 的机 床 主轴轴 系 的轴 承 主要 有 陶瓷球轴 承 、动静 压轴 承 、静 压轴 承 、气 浮
究。
对 于超精 密磨 削加 工而 言 ， 由于要 求 主轴单 元 系 统具 有 刚性好 、精 度高 、加 工稳 定性好 、散热好 、故 障 少等特 点 ，因此 在成 本适 中 的条件下 ，对主 轴 的制 造精 度 、主 轴 轴 承 结 构 方 式 、 主轴 的 润 滑 和 冷 却 系 统 、底座 及 主轴 刚度等 提 出了更 高 的要 求 ，主轴 单元 的静 刚度 和工 作精 度对磨 床精 密 加工性 能有 很 大 的影 响 。磨床 主轴 单元 的动 态性 能在很 大程 度上 决定 了机
硅片超精密磨削减薄工艺基础研究共3篇
硅片超精密磨削减薄工艺基础研究共3篇硅片超精密磨削减薄工艺基础研究1硅片超精密磨削减薄工艺基础研究硅片是半导体行业中最常用的材料之一，其质量和加工工艺的好坏直接影响着半导体产品的品质和性能。
而硅片的加工工艺中，磨削减薄是其中非常重要的一步。
本文就硅片超精密磨削减薄工艺基础研究进行讨论与分析。
1.硅片超精密磨削减薄目的硅片超精密磨削减薄的目的主要有以下几个方面：（1）去除硅片表面的缺陷和氧化膜，提高硅片的表面质量。
（2）调整硅片的厚度，满足半导体器件的设计要求。
（3）改善硅片内部应力分布，降低晶圆翘曲的风险。
（4）提高硅片表面和边缘的平整度、平行度等工艺要求。
2.硅片超精密磨削减薄工艺流程一般来说，硅片超精密磨削减薄的工艺流程主要包括以下几步操作：（1）去除硅片表面氧化层。
因为硅片氧化层的存在会对后续的磨削工艺造成阻碍，所以需要采取一定的预处理方法将氧化层去除，以保证后续操作的有效性。
（2）粗磨削。
采取超精密磨床进行磨削，利用磨料对硅片表面进行磨削，并进行划格处理，以达到要求的厚度尺寸。
（3）中磨削。
通过减小磨料颗粒尺寸和逐步调整磨削参数，逐步减小磨削量，并控制磨削过程中的厚度集中度和表面粗糙度等指标。
（4）精磨削。
在中磨削的基础上进行进一步的优化，对硅片的平面度、平行度等要求进行更加严格的控制。
（5）超精密磨削。
通过实验和数值模拟等手段，对硅片磨削过程中的各项参数进行优化和调整，以保证硅片的加工精度和工艺指标达到最佳状态。
3.硅片超精密磨削减薄中的关键技术硅片超精密磨削减薄中的关键技术包括以下几个方面：（1）磨料种类和粒度的选择。
不同的磨料种类和粒度会对硅片磨削质量和加工速度产生不同的影响，需要进行有效的筛选和优化。
（2）划格处理技术。
划格处理一般采用钻石刀具对硅片表面进行划分，以使硅片表面的磨料分散均匀，并在磨削过程中保持一定的摩擦热，从而保证硅片表面的加工精度和平面度。
（3）磨削参数的调整。
《精密和超精密加工技术(第3版)》第3章精密磨削和超精密磨削
2018/3/11
第1节 概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
超硬磨料制作的磨具在以下几方面能够满足精密加工和超精密加工 的要求,因此使用广泛。
1)磨具在形状和尺寸上易于保持,使用寿命高,磨削精度高。
2)磨料本身磨损少,可较长时间保持切削性,修整次数少,易于保持精度。
3)磨削时,一般工件温度较低,因此可以减小内应力、裂纹和烧伤等缺
磨具的形状和尺寸及其基体材料
根据机床规格和加工情况选择磨具的 形状和尺寸。 基体材料与结合剂有关。
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第1节 概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
根据涂覆磨具的形状、基底材料和工作条件与用途等,分类见下表
涂 覆 磨 具
工 作 条 件
基 底 材 料
形 状
耐 水 (N)
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精密砂带磨削：砂带粒度F230～F320，加
工精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精 度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。
2018/3/11
第1节 概述
一、精密和超精密加工分类
游离磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 概述
3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削
3.4 超精密磨削
3.5 精密和超精密砂带磨削
2018/3/11
第1节 概述
精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒和 微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工,得到高 加工精度和低表面粗糙度值。对于铜、铝及其 合金等软金属,用金刚石刀具进行超精密车削是 十分有效的,而对于黑色金属、硬脆材料等,用 精密和超精密磨料加工在当前是最主要的精密 加工手段。
ELID超精密磨削技术综述
先进制造技术课程大作业2014年10月ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国内外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词：在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、玻璃陶瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
ELID磨削_硬脆材料精密和超精密加工的新技术
EL ID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技术张飞虎 朱 波 栾殿荣 袁哲俊( 哈尔滨工业大学机械工程系 哈尔滨 150001 )文 摘 金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(E lectrolytic In2process Dressing,简称E L ID)磨削技术是国外近年发展起来的一种硬脆材料精密和超精密加工新技术。
本文介绍了E L ID磨削技术的基本原理、工艺特点和国内外研究应用情况。
应用E L ID磨削技术,可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削。
关键词 精密和超精密加工,磨削,砂轮,修整EL ID Grinding A New Technology for Precision andUltraprecision Machining of Hard and Brittle MaterialsZhang Feihu Zhu Bo Luan Dianrong Yuan Zhejun( Department of Mechanical Engineering,Harbin Institute of Technology Harbin 150001 )Abstract EL ID grinding which applies metal bonded grinding wheel with superhard abrasives and electrolytic in2process dressing is a newly developed technology for precision and ultraprecision machining of hard and brittle ma2 terials.In this paper the basic principle,characteristics,research and application of EL ID grinding are introduced.By EL ID,efficient grinding and mirror surface grinding of ceramics and other hard and brittle materials can be realized.K ey w ords Precision and ultraprecision machining,Grinding,Grinding wheel,Dressing1 引言金刚石、CBN超硬磨料具有硬度高、耐磨性好等优良的切削性能,自美国GE公司1957年和1969年批量生产人造金刚石、CBN磨料以来,除少数做成刀具外,大部分都用于制造磨具。
超精密磨削和镜面磨削汇总
一、技术概述
二、机理和关键设备 ——超精密磨削
1、超精密磨削
二、机理和关键设备
—超精密磨削机理： (1) 微刃的微切削作用。
(2) 微刃的等高切削作用。 (3) 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。
二、机理和主要设备 ——超精密磨削
二、机理和主要设备 ——超精密磨削
磨屑形成过程 由于砂轮工作表面形貌特点，其磨粒工作状态有三种： ✓ 第一种：参加切除金属的称为有效磨粒； ✓ 另一种：与切削层金属不接触称无效磨粒； ✓ 第三种：刚好与切削层金属接触，仅产生滑擦而切不下
砂带磨削设备
接触轮形状
砂轮修整
➢ 车削法 ➢ 磨削法 ➢ 滚压挤扎法 ➢ 喷射法 ➢ 电加工法 ➢ 超声振动法
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
二、磨削机理和关键设备
2 、镜面磨削
二、机理和关键设备 ——镜面磨削
• 镜面磨削切屑的形成机理在普通磨削过程 中，由于磨料的形状、粒度的大小不同， 磨料在结合剂中的分布密度及磨料在砂轮 表面的出刃高度是随机分布的，随着砂轮 工作表面高速度运动的磨料切入工件，使 得磨料对工件表面的作用大致分为３种形 式．
砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作 用小，加工质量好（ Ra 值可达 0.02μm）
2) 冷态磨削 (散热时间长、切屑不易堵塞) 3) 高效磨削 (效率为铣削的10倍，为磨削的5倍)
强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比） 高，有“高效磨削”之称
4) 静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小， 磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。 5) 制作简单，价格低廉，使用方便。 6) 应用范围广，可用于内外表面及成形表面加工。
磨削加工技术
微磨削加工技术微磨削加工技术主要分为精密和超精密磨削技术。
1 精密与超精密磨削的机理精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给(1O一15 mm／min)，获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨，由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。
超精密磨削采用较小修整导程和吃刀量修整砂轮，靠超微细磨粒等高微刃磨削作用进行磨削u J。
精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处。
1)超微量切除。
应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒细微破碎而产生微刃。
一颗磨粒变成多颗磨粒，相当于砂轮粒度变细，微刃的微切削作用就形成了低粗糙度。
2)微刃的等高切削作用。
微刃是砂轮精细修整而成的，分布在砂轮表层同一深度上的微刃数量多，等高性好，从而加工表面的残留高度极小。
3)单颗粒磨削加工过程。
磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体，单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中，开始是弹性区，继而是塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区，这与切屑形成形状相符合。
超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。
当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切人工件，则产生塑性流动、弹性破坏以及滑擦。
4)连续磨削加工过程。
工件连续转动，砂轮持续切人，开始磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切人量(磨削深度)和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀量。
此后，磨削切人量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等，磨削系统处于稳定状态。
最后，磨削切入量到达给定值，但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态引。
2 精密与超精密磨床的发展精密磨床是精密磨削加工的基础。
当今精密磨床技术的发展方向是高精度化、集成化、自动化。
英国Cranfield大学精密工程公司(CUPE)是较早从事超精研制成功的OAGM2500大型超精密磨床是迄今为止最大的超精密磨削加工设备，主要用于光学玻璃等硬脆材料的超精密磨削加工 J。
精密和超精密加工技术
《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。
1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。
一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。
因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。
而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。
超精密切削的速度选择是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性所决定的，即选择振动最小的转速。
换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。
例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。
二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。
判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。
而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。
倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。
但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。
因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。
超精密加工切削和磨削机理研究
根据 加工 方法 的机 理和特 点 ，精密 和超 精密加 工方 法可 以分 为刀具 切 削加工 、磨 料加 工 、特 种 加
工和复合 加工 ，如 图 １所示 。从 图 中可以看 出 ，有 些加 工方法 是传 统加 工方 法 的精 密化 ，有些是 特 种
２０ ０ ２年 ６ 月
焦作大学学报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ｊＡＯＺ Ｉ ＵＯ ＮＩ Ｕ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
Ｎ ． ｏ２
第 ２期
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超 精 密 加 工 切 削 和磨 削 机 理 研 究
王 先 逵
（ 华 大 学 ，北 京 清 １０ ０ ） ０ ０ ０
相 对的 。并且在 具体 数值 上 至今没 有准 确的定 义 。 当前 ，精密 加工 是指 加工 精度 为 １ ．ｐ ～０ １． ｍ、表 面超糙 度为 及 Ｒ ０ １ ． １ ｍ 的加工 技术 ；超精 ａ ． ～０ ０ 密加工是 指加 工精度 高 于 ０ １ ｍ，表 面 粗糙 度 小 于及 Ｒ ０ ０ ５ ｍ 的加 工技 术 ，又 称 亚 微米 级 加 工 。 ．， ｕ ａ ．２ ｔ ￣ 但 目前超 精密 加工 已进入 纳米 级 ，并称 为纳米 加工 及相 应 的纳 米技 术 。
由上面论 述 可 以看 出 ，“ 超精 密加 工切 削和磨 削 机理 研究 ” 主要 是 研究 刀具 切 削 加工 、磨 料 加 工 以及有关 的复 合加 工 的机理 问题 。
１２ 技 术 的地位 与作 用 ．
１２ １ 超 精 密 加 工 是 标 志 国 家 制 造 工 业 水 平 的 重 要 指 标 之 一 ． ．
加工方法 的精 密化 。 １ １３ 影 响精 密加 工和超 精 密加 工的 因素 ．．
精密磨削和超精密磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡
动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
2016/6/6
超精密磨削
一、超精密磨削和镜面磨削
开式砂带磨削
闭式砂带削
砂带磨削分类： 按砂带与工件接触形式 分为接触轮式、支承板 （轮）式、自由浮动接 触式和自由接触式。 按加工表面类型分为外 圆、内圆、平面、成形 表面等磨削方式。
开式砂带磨削
一、砂带磨削方式、特点和应用
砂带磨削特点
1）砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，砂带磨削 工件表面质量高，表 面粗糙度可达Ra 0.05～0.01μm，砂带磨削又称“弹性”磨削。 2）砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，力、热作用小，有较好的 切削性，有效地减小了工件变形和表面烧伤。工件的尺寸精度可达5～0.5μm， 平面度可达1μm。砂带磨削又有“冷态” 磨削之称。 3）砂带磨削效率高，无需修整，有“高效”磨削之称。 4）砂带制作简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也便 宜，砂带磨削设备结 构简单，有“廉价”磨削之称。 5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围、很强的适应性，有“万能”磨削之称。
磨削效率高。
综合成本低。
二、超硬磨料砂轮修整（修整过程）
整形
对砂轮进行微量切削，使砂轮达到所要求 的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。
修锐
去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容 屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外（一般 是磨粒尺寸的1/3左右），形成切削刃。
二、超硬磨料砂轮修整（修整方法） 车削法 磨削法
精密和超精密磨削机理
精密和超精密磨削机理摘要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。
在分析了精密磨削与超精密磨削的发展趋势基础上提出了研究应关注的几个热点问题，如超精密磨削的基本理论和工艺研究、研制高精度的驱动导向机构、ELID 镜面磨削技术的攻关以及适用于超精密加工的新型材料。
关键词超精密磨削原理发展精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量相对于一般加工能够达到较高程度的加工工艺，当前是指被加工零件的加工尺寸精度为1~0.1μm、Ra为0.2~0.01μm的加工技术；超精密加工是指加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工工艺，当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm、Ra≤0.025μm的加工技术。
因此，一般加工、精密加工和超精密加工会随着科技的不断发展像更精密的方向发展。
随着电子技术、计算机技术以及航天技术的飞速发展，对加工质量的要求越来越高，故而使精密和超精密加工占有十分重要的地位。
一超精密磨削技术的内涵精密磨削主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整工具以极小而又均匀的微进给(10~15μm/ min）获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨。
由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。
高精密磨削的切屑很薄，砂轮磨粒承受很高的应力，磨粒表面受高温、高压作用，一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮磨削。
高精密磨削除有微切削作用外，还可能有塑性流动和弹性破坏等作用。
光磨时的微切削、滑移和摩擦等综合作用更强。
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。
超精密磨削去除量最薄，采用较小修整导程和吃刀量来修整砂轮，是靠超微细磨粒等高微刃磨削作用，并采用较小的磨削用量磨削。
超精密磨削要求严格消除振动，并保证恒温及超净的工作环境。
超精密磨削的光磨微细摩擦作用带有一定的研抛作用性质。
金刚石微粉砂轮超精密磨削技术
摘要论述了金刚石微粉砂轮超精密磨削的特点、存在的技术难题及其发展前景。
对金刚石微粉砂轮超精密磨削机理进行了探讨，认为它是以微切削为主的多种作用的融合；研究了金刚石微粉砂轮修整机理及其常用的有效修整方法；提出了树脂一金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的构想，论述其结构的形成、制作过程及其实际磨削效果。
最后，探讨了进行金刚石微粉砂轮超精密磨削时的影响因素及环境条件。
关键词金刚石微粉砂轮超精密磨削树脂金属复合结合剂微纳米加工Ｏ前言金刚石刀具超精密切削在加工铜、铝及其合金等软金属材料中已获得极大成功，但在工程陶瓷、半导体、光学玻璃、石材等各种硬脆材料的精密和超精密加工上，却在很大程度上仍依赖于研磨、抛光等加工方法，虽然这些方法可以达到很高的精度和极低的表面粗糙度，但加工效率较低，对于一些形状复杂如非球面零件等的超精密加工就显得比较困难。
金刚石砂轮磨削硬脆材料是一种有效的超硬磨料精密加工方法，它磨削能力强、耐磨性好、使用寿命长，磨削力小、磨削温度低、表面无烧伤、无裂纹和组织变化，加工表面质量好，且磨削效率高，因此近年来得到广泛应用，但在几何形状精度和表面粗糙度上很难满足超精密加工的更高要求，因此提出了金刚石微粉砂轮超精密磨削加工方法。
按我国国家标准规定，磨粒直径在５０斗ｍ以下称为微粉。
金刚石微粉砂轮一般是以粒度为ｗ４０一ｗ５的金刚★王先逵，清华大学教授，博士生导师，清华大学精仪系制造工程研究所北京１０００８４。
★产品与技术Ｐｒｏｄｕｃｔｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ），★石微粉为磨料，采用树脂、陶瓷、金属（如铜、纤维铸铁等）为结合剂烧结而成，其特点如下：（１）金刚石微粉砂轮由于其微粉磨料的粒度很细，可以获得极低的表面粗糙度，同时在精密磨床或超精密磨床上磨削可获得很高的磨削精度，是一种比较理想的微纳米超精密加工方法。
（２）金刚石微粉砂轮超精密磨削是一种固结磨料的微量去除加工方法，具有一般磨削的特点，可方便地磨削外圆、孑Ｌ、平面和成形等表面，加工效率高，加工质量好，极具发展前途。
晶圆超精密磨削加工表面层损伤的研究
参 考文献 ：
［ １ 】 田业 冰 ， 郭东 明 ， 康仁 科 ， 金洙 吉 ． 大 尺 寸 硅 片 自旋 转
大到小依次为砂轮粒度 、 砂轮进给速度 、 砂 轮 转 速
和 工作 台转 速 。 随着砂轮粒度的减小 ， 硅 片 的 损 伤 深度减 小。 当其 它 磨 削 参 数 不 变 时 ， 硅 片 的损 伤 深 度 随着 砂 轮 进 给 率 的 增 大 而 增 大 ， 随着 砂 轮 转 速 的增 大 而 减 小 ， 随 着 工 作 台转 速 的增 大 而 减 小 。
－
电 子 工 业 董 用 设 备
Ｉ Ｃ 制 造 工 艺 与 设 备
晶 圆超 精 密磨 削加 工表 面层 损伤 的研 究
张文斌 ， 高 岳， 张敏 杰
（ 北 京 中 电科 电 子 装 备 有 限 公 司 ， 北京 １ ０ ０ １ ７ ６ ）
摘 要 ： 介 绍 了 晶 圆减 薄机 的 工 艺过程 和原 理 。 研 究 了磨 削 工 艺 中砂 轮 粒度 、 砂轮进给率 、 砂 轮
ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｏｆ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｔ ｙ ｐｅ， ｔ ｈ ｅ ｗｈｅ ｅ ｌ ｉ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈｕ ｃ ｋ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｆ ｅ － ｒ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅ ｄ．
超精密磨削PPT课件
修锐：通过去除结合剂增加磨粒突出高度，在 磨料层中形成足够的容屑空间。
普通磨料砂轮，其整形和修锐是同时进行，超 硬磨料砂轮的修整则分为两个独立过程，即整 形和修锐。
.
31
金刚石车削修整方法
用单点或聚晶金刚石笔，金刚石修整片等车削超硬磨 料砂轮。
用粗粒度砂轮(60# -80#)精细修整后进行精密磨削时，光磨次数视 加工表面粗糙度的要求不同可取5~10次单行程；用细粒度砂轮 (240#-W7)精细修整后进行精密磨削时，光磨次数可取10-25次单 行程。
1.粗粒度砂轮（PA60KV）
2.细. 粒度砂轮（WA/GCW10KR）
24
4.2.2采用弹性砂轮精密磨削
超硬磨具：超硬磨料耐磨性好、比较昂贵，硬度一般较高。在标 志中，无硬度项。
磨具硬度等级名称及其代号
大级
硬度等级名称
小级
代号 （GB2484-84）
超软 软
中软 中
中硬 硬
超硬
超软1 超软2 超软3
软1 软2 软3
中软1 中软2
中1
中2
中硬1 中硬2 中硬3
硬1
硬2
超硬.
DE F
GH J
KL
MN
PQR
.
13
普通磨料磨具的标志
普通磨料固结磨具的标志按国标GB2484-84规定，其书写顺序为： 磨具形状、尺寸、磨料、力度、组织、结合剂、最高工作线速度。
国标GB2484-84
国际标准ISO
.
14
超硬磨料磨具的标志
书写顺序为：形状、尺寸、磨料、粒度、结合 剂和浓度等。平行砂轮标志示例如下：
.
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摘要：超精密磨削的机理介绍超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工，就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。
Abstract: the mechanism of ultra-precision grinding introduced ultra-precision processing for its mass at present is to realize the with existing ordinary precision processing means still cannot reach the precision machining, the amount it is to work out the sub-micron and even HaoWeiMi level size and shape of shameless and obtain nanoscale surface roughness, but what exactly how many precision value is not intereing ultra-precision processing section should inspect parts size, complexity and whether easy deformation factors and decide.
关键词：超精密磨削，磨削工艺，
一．超精密磨削机理
超精密磨削机理可以单颗粒的磨削加工过程予以说明。
单颗粒磨削的切入模型如图3-5所示，设磨粒以切速v、切入角α切入平面状工件。
理想磨削轨迹是从接触始点开始至接触终点结束。
但由于磨削系统存在一定的弹性，实际磨削轨迹与理想磨削轨迹发生偏离。
该模型说明：
- 1 -
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①磨粒可以看做一具有弹性支承的和大负前角切削刃的弹性体，弹性支承为结合剂，如图3-6所示。
②磨粒切削刃的切入深度由零开始逐渐增加，到达最大值后又逐渐减小，直至为零。
平面磨削情况下切屑形状如图3-7所示。
③整个磨粒与工件的接触过程依次为弹性区、塑性区、切削区、塑性区，最后为弹性区，与切屑形状的形成—致。
④在超精密磨精密削中，微切削作用、塑性流动、弹性破坏作用和滑擦作用依切削条件的变化而顺序出现。
当刀刃锋利，在一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切入工件，则产生塑性流动、弹性破坏和滑擦。
磨削状态与磨削系统的刚度密切相关。
工件作连续转动，砂轮作持续切入过程中，首先是磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切入量(磨削深度)与理论磨削量之间产生误差，该误差即为弹性让刀量；之后磨削切入量逐渐变得与理论磨削量相等，磨削系统处于稳定状态，即磨削切入量到达给定值；最后磨削系统弹性变形逐渐恢复，处于无切深磨削状态(无火花磨削状态)。
二．超精密磨削工艺
超精密加工技术概述
超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工，就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。
超精密加工主要包括超精密切削(车、铣) 超精密磨削、超精密研磨
(机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等)以及超精密特种加工(电子束、离子束以及激光束加工等)。
上述各种方法均能加工出普通精密加工所达不到的尺寸精度、形状精度和表面质量。
每种超精密加工方法都是针对不同零件的要求而选择的。
1．1超精密切削加工
超精密切削加工的特点是采用金刚石刀具。
金刚石刀具与有色金属亲和力小，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且能刃磨得非常锋利(刃口圆弧半径可小于ρ0．01 μm，实际应用一般ρ0，
05 μm) 可加工出优于Ra0．01 μm的表面粗糙度。
此外，超精密切削加工还采用了高精度的基础
元部件(如空气轴承、气浮导轨等)、高精度的定位检测元件(如光栅、激光检测系统等)以及高分辨率的微量进给机构。
机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施，还要有防止污染工件的装置。
机床必须安装在洁净室内。
进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀，没有缺陷。
在这种情况下加工无氧铜，表面粗糙度可达到Ba0．005μm，加工φ800mm的非球面透镜，形状精度可达0．2／μm。
- 3 -
超精密加工技术在航空航天、光学及民用等领域的应用十分广泛(见表1) 并向更高精度等方向发展(见表2)。
1．2超精密磨削
超精密磨削技术是在一般精密磨削基础上发展起来的。
超精密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。
为此，除要考虑各种工艺因素外，还必须有高精度、高刚度以及高阻尼特征的基准部件，消除各种动态误差的影响，并采取高精度检测手段和补偿手段。
目前超精密磨削的加工对象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，磨削加工的目标是范成3—5nm的平滑表面，也就是通过磨削加工而不需抛光即可达到要求的表面粗糙度。
作为纳米级磨削加工，要求机床具有高精度及高刚度，脆性材料可进行可延性磨削(Ductile Grinding)。
纳米磨削技术对燃气涡轮发动机，特别是对要求高疲劳强度材料(如飞机的喷气发动机涡轮用的陶瓷材料)的加工，是重要而有效的加工技术。
此外，砂轮的修整技术也相当关键。
尽管磨削比研磨更能有效地去除
物质，但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜面，主要是由于砂轮粒度太细时，砂轮表面容易被切屑堵塞。
日本理化学研究所学者大森整博士发明的电解在线修整(ELID)铸铁纤维结合剂(CIFB)砂轮技术可以很好地解决这个问题。
当前的超精密磨削技术能加工出0．0 1μm圆度， O．1μm尺寸精度和Ra0．005μm粗糙度的圆柱形零件，平面超精密磨削能加工出0．03μm／100mm的平面。
1．3超精密研磨
超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。
超精密研磨加工出的球面不球度达0．025ttm，表面粗糙度达 RaO．003μm。
利用弹性发射加工可加工出无变质层的镜面，粗糙度可达5A。
最高精度的超精密研磨可加工出平面度为λ／200的零件。
超精密研磨的的关键条件是几乎无振动的研磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂。
此外高精度检测方法也比不可少。
1．4超精密特种加工
1．4．1电子束加工
离子束加工是指在真空中将阴极(电子枪)不断发射出来的负电子向正极加速，并聚焦成极细的、能量密度极高的束流，高速运动的电子撞击到工件表面，动能转化为势能，使材料熔化、气化并在真空中被抽走。
控制电子束的强弱和偏转方向，配合工作台 X Y方向的数控位移，可实现打孔、成型切割、刻蚀、光刻曝光等工艺。
集成电路制造中广泛采用波长比可见光短得多的电子束光刻曝光，所以可以达到高达 O.25μm的线条图形分辨串。
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1．4．2离子束加工
在真空将离子源产生的离子加速、聚焦使之撞击工件表面。
由于离子是带正电荷且质量比电子大数千万倍，加速以后可以获得更大的动能，它是靠微观的机械撞击能量而不是靠动能转化为热能来加工的，可用于表面刻蚀、超净清洗，实现原子、分子级的切削加工。
1．4．3激光束加工
由激光发生器将高能量密度的激光进一步聚焦后照．射到工件表面，光能被吸收瞬时转化为热能。
根据能量密度的高低，可实现打孔、精密切割、加工精微防伪标志等。
1．4．4微细电火花加工
电火花加工是指在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时局部高温来熔化和气化去除金属的。
加工过程中工具与工件间没有宏观的切削力，只要精密地控制单个脉冲放电能量并配合精密微量进给就可实现极微细的金属材料的去除，可加工微细轴、孔、窄缝、平面以及曲面等。
1．4．5微细电解加工
导电的工作液中水离解为氢离子和氢氧根离子，工件作为阳极，其表面的金属原子成为金属正离子溶入电解液而被逐层地电解下来，随后即与电解液中的氢氧根离子发生反应形成金属氢氧化物沉淀，而工件阴极并不损耗，加工过程中工具与工件间也不存在宏观的切削力，只要精细地控制电流密度和电解部位，就可实现纳米级精度的电解加工，而且表面不会加工应力。
常用于镜面抛光、精密减薄以及一些需要无应力加工的场合。
1．4．6复合加工
复合加工是指采用几种不同能量形式、几种不同的工艺方法，互相取长补短、复合作用的加工技术，例如电解研磨、超声电解加工、超声电解研磨、超声电火花、超声切削加工等，可比单一加工方法更有效，适用范围更广
参考文献
钟建琳参编，超精密加工技术与设备，化学工业出版社2006.5
王先逵主编. 机械制造工艺学（第二版）. 北京：机械工业出版社
袁哲俊，王先逵主编．镜面和超精密加工技术．北京：机械工业出版社，2002
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