精密与特种加工

精密与超精密加工

1 什么是精密与超精密加工？

目前在工业发达国家中， 一般工厂能稳定掌握的加工精度是 1 微米。 与此相应， 通常将加工 精度

在 0.1~1微米、加工表面粗糙度 Ra 在 0.02~0.1 微米之间的加工方法称为精密加工；而 将加工精度

高于 0.1微米、加工表面粗糙度 Ra 小于 0.01 微米的加工方法称为超精密加工。

2 积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律： 积屑

瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。普 通切削切钢时， 积

屑瘤可增加刀具的前角， 故积屑瘤增大可使切削力下降， 但是超精密切削 时积屑瘤增大反而使切削

力增大；

模型如图；

产生原因： 1）积屑瘤前端 R 大约 2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径 R 起作用，切削 力明

显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。

3）实际

切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。

3 会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。

4 理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？ 应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度

高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩 擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研

磨容易。

110 晶面

面积= D 2 面积= 2D 2

原子数 4x1/4+1=2

原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数 3x1/6+3x1/2=2 面网密度 2/D 2 面网密度 4/ 2D 2 面网密度 2/( 3D 2 /2) 4/ 3D 2

选用（100）晶面的原因：

（111）不适合作前后面。推荐采用（100）晶面作金刚石刀具的前后面，理由如下：

1）（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；

2 ）（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多；

3 ）（100 ）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。

5 理解晶体的解理现象；金刚石哪个晶面容易产生解理现象，为什么？

解理现象：是某些晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整的劈开的现象；

原因：（111）面的宽的面间距（0.154nm）是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个，并且其中的连接共价键数最少，只需击破一个价键就可使其劈开，故劈开比较容易。金刚石内部的解理劈开，在绝大多数情况下是与（111）面网平行，在两个相邻的加强（111）面网

之间。在解理劈开时，可以得到很平的劈开平面。

6 精密磨削加工机理；精密磨削砂轮如何选择？精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面，因此精密磨削机理可以归纳为以下几点： a 微刃的微切削作用； b 微刃的等高切

削作用； c 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。包括砂轮的粒度选择，砂轮结合剂的选择。

7 超精密磨削加工机理（会画图解释单颗粒的磨削过程）

（1）超微量切除精密和超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。对于普通磨，在这种高温、高压和高剪切力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度、低表面粗糙度值的磨削质量。因此，在超精密磨削时般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

（2）单颗粒磨削加工过程砂轮中的磨粒分布是随机的，磨削时磨粒与工件的接触也是无规律的，为研究方便起见，对单颗粒的磨削加工过程进行分析。

1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。

2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。

3）磨粒磨削时在工件中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区。

4）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。

磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

（3） 连续磨削加工过程 磨削加工是无数磨粒的连续磨削。 加工的实质是工件被磨削的表层， 在无数

磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

8 理解掌握砂带磨削方式，特点（加以描述）及应用范围。 方式：闭式砂带磨削和开式砂带磨削；

（1）闭式砂带磨削采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触 论带动砂带

高速回转， 并有工件回转， 砂带头架或工作台作纵向及横向进给运动， 从而对工 件进行磨削。这种

方式效率高、但噪声大、容易发热，可用于粗、半精和精加工。

（2）开式砂带磨削采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移 动，砂带绕

过接触论并以一定的工作压力与工件被加工表面接触， 并有工件回转， 砂带头架 或工作台作纵向及

横向进给， 从而对工件进行磨削。 由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动， 磨削区域不断出现新砂

粒，退出旧砂粒，切削比较稳定，因此磨削质量高，磨削效果好，但 效率不如闭式砂带磨削，多用于

精密和超精密磨削中。 砂带磨削按砂带与工件接触形式来分又可分为接触轮式、 支撑板（轮）式、自

由浮动接触式 和自由接触式。

按加工表面类型来分，砂带磨削又可分为外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。 特点及应用范

围：

1）砂带磨削时，砂带本身具有弹性，接触轮外缘表面有橡胶层或软塑料层，砂带与工 件是柔性接

触， 磨粒载荷小而均匀， 具有较好的抛光作用，同时又能减振， 因此工件的表面 质量高，表面粗糙

度可达 Ra0.05~0.01um 。砂带磨削又有“弹性”磨削之称。

2）砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦 生热少，散

热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效的减少了工件

的变形和表面烧伤。

3）砂带磨削效率高，可以与铣削和砂轮磨削媲美，强力砂带磨削的效率可为铣削的 10

倍、普通砂轮磨削的 5 倍。砂带磨削无需修整， 磨削比（切除工件重量与磨料磨损重量之比） 可高达

300:1 甚至 400:1，而砂轮磨削一般只有 30:1.砂带磨削方法早已有之，由于基底材料

强度和磨粒与基