精密和超精密加工技术第7章精密研磨与抛光

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。研磨是采用微 米级磨粒。 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。
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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： 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 2018/6/30 效果。
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
在超精密加工中，超精密切削和超精密磨削的实
现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及相关 技术的支持，并受到加工原理及环境因素的影响和限 制，要实现更高精度的加工十分困难。 超精密研磨抛光具有独特的加工原理，对加工设 备和环境因素要求不高，可以实现纳米级甚至原子级 的加工，已经成为超精密加工技术中一个十分重要的 部分。 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 2018/6/30 料，压电材料，磁性材料，光学材料等。
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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。
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。 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， 2018/6/30 可以保证加工质量。
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第1节 研磨 二、研磨加工特点
1.微量切削
由于众多磨粒参与研磨，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。
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第1节 研磨 二、研磨加工特点
3.按进化原理成形
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。 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。
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第2节 抛光 一、抛光加工的机理
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。
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第2节 抛光 二、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。 2018/6/30
研 磨 脆 硬 材 料 时 ， 要控制产生裂纹的大 小和均匀性。
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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。
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。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。
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
工件保持架齿面与设备的内齿圈和太阳轮同时啮合， 2018/6/30 使工件得到均匀不重复的加工轨迹。
第2节 抛光 二、研磨、抛光的加工变质层（接上页） 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。 在加工过程中的化学反应对材料去除和减少加 工变质层有利。