《精密和超精密加工技术(第3版)》第7章精密研磨与抛光

2018/3/11
第1节 研磨 二、研磨加工特点
3.按进化原理成形
当研具与工件接触时，在非强制性研磨压力作用下，能自动 地选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。 超精密研磨的加工精度与构成相对运动的机床运动精度几乎 无关。加工精度主要由工件与研具间的接触性质和压力特性， 以及相对运动轨迹的形态等因素决定。 获得理想加工表面要求： 1)研具与工件能相互修整； 2) 尽量使被加工表面上各点的加工痕迹与研磨盘的相对运动轨 迹不重复，以减小研具表面的几何形状误差对工件表面形状所 引起的“复印”现象，同时减小划痕深度，减小表面粗糙度。
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第2节 抛光 二、微小机械去除与化学作用
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第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 一、工艺因素及其选择原则
精密研磨与抛光加工的主要工艺因素包括加工设备、研 具、磨粒、加工液、工艺参数和加工环境等。 表7-2所示因素决定了最终加工精度和表面质量。 加工环境的控制可参照本书第九章。
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第2节 抛光 一、抛光机理
1）由于抛光过程的复杂性和不可视性,往往是用通过 特定的实验条件下获得的实验结果来说明抛光的机理。 对于脆性材料的抛光机理,归纳起来主要有如下解释: 2）抛光是以磨粒的微小塑性切削生成切屑为主体而进 行的。在材料切除过程中会由于局部高温、高压而使 工件与磨粒、加工液及抛光盘之间存在着直接的化学 作用,并在工件表面产生反应生成物。由于这些作用的 重叠,以及抛光液、磨粒及抛光盘的力学作用,使工件 表面的生成物不断被除去而使表面平滑化。 3）采用工件、磨粒、抛光盘和加工液等的不同组合 , 可实现不同的抛光效果。
加工时将被加工面以一定 的负载压于旋转的圆形研 具上。工件本身跟着旋转, 运动轨迹的随机性使加工 表面的去除量均匀。同时, 工件对研具的反作用,也使 研具表面磨损。为避免加 工精度恶化,在工件外侧配 置旋转的修整环,使研具表 面的磨损得以均匀修整。
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第1节 研磨
一、研磨加工的机理
研磨加工：利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒， 在硬质研磨盘作用下产生微切削和滚扎作用，实现被 加工表面的微量材料去除，使工件的形状、尺寸精度 达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层的 加工方法。
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1.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。
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨 7.2 抛光 7.3 精密研磨与抛光的主要工艺因素 7.4 精密研磨抛光新技术 7.5 曲面研磨抛光技术
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第7章 精密研磨与抛光
研磨与抛光加工是历史最久、应用广泛而又在不
断发展的表面微去除加工方法。最近的发展趋势是加 工对象从加工金属、玻璃等转化为用于 X 射线光学元 件、电子工业的各种功能陶瓷元器件材料的加工。 在现代微电子、信息、光学等领域,为实现功能陶 瓷和晶体材料的应有功能 ,精密研磨与抛光加工必不 可少。 精密研磨与抛光加工涉及的材料：金属材料，硅 、砷化镓等半导体材料，蓝宝石、铌酸锂等光电子材 料，压电材料，磁性材料，光学材料等。
研磨脆硬材料时，要控制产生裂纹的大小 和均匀性。 通过选择磨粒的粒度及控制粒度的均匀性， 可避免产生特别大的加工缺陷。
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2.金属材料的研磨
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。磨粒是游离状态的，其与 工件仅是断续的研磨状态。
研磨表面不会产生裂纹。但研磨铝、铜等软 质材料时，磨粒会被压入工件材料内，影响 表面质量。
3)在保证研具具有理想几何形状的前提下，采用浮动的研磨盒， 2018/3/11 可以保证表面加工精度。
第2节 抛光
抛光加工：利用微细磨粒的机械作用和化学作用，在 软质抛光工具或化学加工液、电 / 磁场等辅助作用下， 为获得光滑或超光滑表面，减小或完全消除加工变质 层，从而获得高表面质量的加工方法。 抛光与研磨的区别： 磨料。抛光使用1µm以下的微细磨粒。磨粒加工的去 除单位已在纳米甚至是亚纳米数量级。 研具材料的选择。抛光盘选用沥青、石蜡、合成树 脂和人造革、锡等软质金属或非金属材料制成，可根 据接触状态自动调整磨粒的切削深度、减缓较大磨粒 对加工表面引起的划痕损伤，提高表面质量。研磨采 用硬质研磨盘。
图7-4所示其余因素的选择原则。
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第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 一、工艺因素及其选择原则
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第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 二、研磨与抛光设备
常用的研磨与抛光设备见表7-3
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第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 二、研磨与抛光设备
其中典型的单面研磨/抛光设备如图7-5所示,为带修整环 型抛光机。
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第1节 研磨 二、研磨加工特点
1.微量切削
由于工件与研具之间有众多磨粒分布，单个磨粒所受 载荷很小，控制适当的加工载荷范围，可得到小于 1µ m的切削深度。 2.多刃多向切削
磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现 多方向切削,并且全体磨粒的切削机会和切削刃破碎 率均等,可实现自动修锐。
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第2节 抛光 二、微小机械去除与化学作用
为保证加工质量 ,在抛光加工中 ,应采用使表面粗糙 度值小和加工变质层小的切屑生成条件。 完全除去材料一层原子的加工是极困难的。机械加 工必然残留有加工变质层 , 并且随着工件材料性质及 加工条件的不同,加工变质层的深度也不同。 目前 , 抛光加工中材料的去除单位已在纳米甚至是 亚纳米级,在这种加工尺度内,加工周围气氛的化学作 用就成为抛光加工不可忽视的一部分。图 7-3 是物理 作用与化学作用复合的加工方法。表 7-1 是利用加工 中的化学现象的化学机械抛光应用实例。