超精密研磨抛光的主要新技术
先进制造——超声研磨技术
超声研磨加工技术摘要：本文介绍了一种基于新加工原理的先进超精密研磨技术——超声研磨。
首先简要介绍了磨削技术的发展现状并通过加工模型简述了其加工原理；然后从加工工艺及加工设备等方面阐述了其加工特点；最后以其在模具行业的应用为例，从加工设备、工艺分析等方面进行了简要分析。
关键词：超声加工；超声研磨；超精密加工；先进制造技术0、引言随着汽车、航空航天等行业的发展，陶瓷、玻璃、硬质合金等材料应用日益广泛。
这些材料硬度高、零件形状复杂、加工精度高，传统的磨削方式难以满足要求[1]。
超声研磨不仅能加工脆硬金属材料，而且能加工玻璃、陶瓷、半导体等不导电的非金属脆硬材料，特别适合电火花加工或铣削加工表面的研磨，对电火花线切割加工表面的软化层和电火花成型加工表面的硬化层均能快速研磨，改善其表面质量。
1、研磨技术现状相对于传统的研磨技术而言，目前，一些基于机械作用、机械—化学作用的超精密研磨技术以及液面研磨抛光技术的研究应用[2]，在超精密磨削方面取得了不错的效果。
其中基于机械作用的弹性发射加工（EEM）兼有研磨和抛光的优点具有光明的发展前景。
然而，这些加工方法存在对加工设备及条件有特殊的要求；难以控制加工精度、表面质量等问题，如基于机械作用的弹性发射加工，需要高速高精度回转轴等，所以在实际应用中受到限制，达不到高的技术经济效果。
超声波研磨是功率超声在材料加工方面的一种重要运用，是一种非接触超精密研磨方法，具有加工表面质量高、精度高、切屑易处理、能很好地解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零件加工问题等一系列优点，如今已成为一种新型的先进制造加工技术。
2、超声研磨原理2.1超声研磨理论模型分析超声研磨是超声加工技术的一种特殊应用[3]，其基于传统研磨加工原理，在研磨工具上附加以超声振动，工具与工件间的磨料在结合传统研磨加工运动和超声高频振动共同作用下，不断滑擦、磨削加工表面，以实现材料去除的目的，图1为超声研磨原理模型。
精密研磨与抛光(精密加工)
表面平滑
在抛光过程中，工件表面逐渐被 磨平，最终达到镜面或高度平滑
的效果。
表面改性
在抛光过程中，工件表面可能会 发生物理或化学变化，如表面层 晶格结构的变化或表面化学成分
的改变。
抛光工艺参数
压力
抛光压力是影响抛光效果的重要参数，压力过大会导致工件表面 损伤，过小则抛光效率低下。
02
精密研磨技术
研磨材料
01
02
03
04
刚玉
常用作研磨材料，具有高硬度 和耐磨性，适用于硬材料的研
磨。
碳化硅
具有高硬度和高韧性，适用于 研磨硬而脆的材料。
氧化铝
具有较好的韧性和耐磨性，适 用于研磨软材料和中等硬度的
材料。
天然磨料
如河砂、海砂等，可用于粗研 磨和抛光。
研磨机理
切削作用
研磨材料表面上的磨粒在压力作 用下切入工件表面，切削出微小
智能化的发展
智能检测与监控系统
通过引入传感器和智能化检测技术，实现对 研磨与抛光过程的实时监测和数据采集，提 高加工过程的稳定性和可靠性。同时，通过 数据分析与处理，优化加工参数，提高加工 效率和表面质量。
自动化生产线
通过集成机器人、自动化设备和智能化管理 系统，构建自动化生产线，实现研磨与抛光 过程的自动化和连续化生产。这将大幅提高 生产效率，降低人工成本，提升企业竞争力
总结词
高分子材料的研磨与抛光是实现高分子材料表面高精度和高光洁度的重要手段。
详细描述
高分子材料的研磨与抛光主要采用金刚石、刚玉等硬质材料作为磨料，通过研磨、抛光等工艺去除高 分子材料表面的凸起和划痕，以提高其表面质量和性能。高分子材料的研磨与抛光广泛应用于塑料、 橡胶、涂料等领域。
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
非球面超精密抛光技术研究现状_袁巨龙
第5章 超精密研磨与抛光(康仁科) 大连理工大学
固结磨料研磨
圆柱面和球面的研磨
5.5.1 液中研磨
磨料：微细的 磨料：微细的Al2O3磨粒 磨粒 研具： 研具：聚氨酯 加工液：过滤水、蒸馏水、 加工液：过滤水、蒸馏水、净化水 机理：将研磨操作浸入在含有磨粒的研磨剂中 机理： 进行，借助水波效果， 进行，借助水波效果，利用浮游的微细磨粒进 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心， 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心，由加 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。
研具
磨粒
加工液 工件、 工件、研具相对速度 加工压力 加工时间 环境
温 度 尘 埃
室温设定温度± 室温设定温度±0.1℃ ℃ 利用净化槽、 利用净化槽、净化操作台
5.4 超精密平面研磨和抛光
超精密研磨和抛光是加工误差<0.1 µm，表面粗 糙度Ra<0.02 µm的加工方法。 用于制造高精度高表面质量的零件，如大规模 集成电路的硅片，不仅要求极高的平面度，极 小的表面粗糙度，而且要求表面无变质层、无 划伤。光学平晶、量块、石英振子基片平面， 除要求极高平面度、极小表面粗糙度外，还要 求两端面严格平行。
5.5 新原理的超精密研磨抛光
传统的研磨抛光方法是完全靠微细磨粒的机械 作用去除被研磨表面的材质， 作用去除被研磨表面的材质，达到很高的加工 表面。 表面。 最近出现新原理的研磨抛光方法其工作原理有 些已不完全是纯机械的去除， 些已不完全是纯机械的去除，有些不用传统的 研具和磨料。 研具和磨料。这些新的研磨抛光方法可以达到 分子级和原子级材料的去除， 分子级和原子级材料的去除，并达到相应的极 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。
精密研磨与抛光ppt课件
课后思考题
习题6-2 习题6-15
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨抛光机理 7.2 精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3 超精密平面研磨和抛光 7.4 超精密研磨抛光的主要新技术
第1节 研磨抛光机理
一、研磨加工的机理
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；
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）
最小切除可以达到原子级，直至切去一层 原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能 够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。 加工原理实质是磨粒原子的扩散作用和加速 的微小粒子弹性射击的机械作用的综合效果。 真空中带静电的粉末粒子加速法、空气流或 水流来加速。
化学机械抛光
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,且表面不会产生裂纹。
二、抛光加工的机理
抛光的机理：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。
磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸 （<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特 性是：每一个粒子的磁力矩较大，不会因重力而沉降，磁 化强度随磁场增加而增加。当将非磁性材料的磨料混入磁 流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转 的工件而进行研磨。磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加 工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律
超精密研抛及超声波研抛技术分析
摘 要 ： 文介 绍 了研 抛 和 超 精 密研 抛技 术 ， 本 分析 了研 抛技 术 的发 展 过 程 和 超 精 密研 抛 技 术 的 发 展 现 状 ， 举 了 几种 超 精 密 列
研抛方法， 重点说明 了超声波研抛 的特 点。最后 分析 了该技术的推广应 用及其发展 趋势。超精 密研 抛技术是提 高加 工表
维普资讯
５ ０
文 章 编 号 ：０ ２— ８ ６ ２０ ）６— ０ ０—０ １０ ６ ８ （０ ６ ０ ０ ５ ４
超 精 密研 抛 及超 声 波研 抛技 术 分 析 水
赵明利 ， 赵波 。 国富 高
（ 南理， 大 学 机 械 与动 力 工程 学 院 ， 南 焦作 河 工 河 ４４ ０ ） ５ ００
面质量有效的加工方法， 与传统的研抛 方法相比大大提 高了加工效率。 关键词Fra bibliotek 研磨抛光
研抛 技术
超精 密研抛
超声波研抛
Ａｎ ｌ ｓ ｓｏ ｔ ａ ｐ ｅ ｉｅ Ｌａ ｐ ｎ － ｏ ｉｈ ｎ ＆ Ｕ ｔ ａ ｏ ｉ ｐ ｉ ｇ ｐ ｌ ｈ ｎ ａ ｙ ｉ ｆＵｌｒ － ｒ ｃ ｓ ｐ ｉ ｇ ｐ ｌｓ ｉ ｇ ｌ ｒ ｓ ｎ ｃ Ｌａ ｐ ｎ ・ ｏ ｉｉ ｇ ｓ
１ 研 抛和 超 精 密 研 抛 技 术
研磨 足零件 的精整 和光 整加工 方法之 一 ， 是精 密零 件 加 工所 不 ｌ缺少 的工 艺 。所 谓 研磨 是 指将 研 磨 液加 到 研 口 『
卜， 通过研 具 与 工 件 的 相 对 运 动 来 进 行微 量 加 工 的 方
年 的发展 历史 ， 经历 了不 同的发展 时期 “ 。第一 时期 是 在石 器时 代发展起 来 的 ， 时 ， 了生 产 的需 要 （ 当 为 犁地 ， 耕 种等 ） 人们 通过研 磨 制作 表 面粗 糙 的石 器 。将研 抛 技术 ， 应用 于 日常生 活是研抛发 展 的第 二 时期 ， 玉石 的加工 和青 铜镜 Ｎ＇ ｑ是这 一时 期 的标 志 。随 着 人类 文 明 的不 断进 ／ － Ｊ ￣ 步， 人们 开始对 未知 的世界有 极大 的兴趣 。望 远镜 和显 微
ELID超精密磨削技术综述
.. 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、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、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。
精密与特种加工技术-第三章-磨削理论
精密与特种加工技术
第三章 精密磨削加工
二、磨削温度 1.磨削温度的种类
（ 1 ）工件的平均温升 w：磨削热从发热源（砂 轮与工件接触面）直接 传向工件，工件总体平 均温升，一般为 10～20C。 （2）砂轮和工件接触面的 平均温度 、最大温度 max：砂轮和工件接触 弧部分的表面温度— —接触面温度， 通常为500～600C。 （3）工件磨削表层的温度 分布：沿工件表层深度 方向的温度变化。 （4）磨粒切削刃温度 g：磨粒切削刃与切屑或 工件接触的微小部分的 温度 g，可达1400C。 （5）切屑温度 c：切屑排除瞬间的平均 温度。
d wd s vslk vs ap dw ds
≥
Cb
上式中，临界常数Cb是由工件种材料和砂轮种类决定的，粒 度越细，硬度越高，该临界常数越小，不发生烧伤的的条件范 围窄，易发生烧伤。
22
精密与特种加工技术
第三章 精密磨削加工
2. 残余应力、磨削裂纹 金属在机械加工和热处理过程中受到外力和内力的作用，当 停止这些过程后，仍然存留并平衡在物体内部的内应力称为残 余应力。
磨削残余应力产生的原因：
（1）塑性变形的影响：磨粒在工件表面向前移动时，该部分产
生塑性变形与塑性流动，磨粒移动过后，工件表面产生的塑性 变形使沿表面方向收缩，垂直方向伸长，呈现所谓的“压粗效 应”，其结果形成拉应力。
23
精密与特种加工技术
第三章 精密磨削加工
（2）挤光作用的影响：使加工表面产生压应力。
25
精密与特种加工技术
第三章 精密磨削加工
上述五种磨损形式中，前面三种统称为磨耗磨损，其特征是磨
粒被一层一层的磨损掉。后面三种称为破碎磨损（包含了磨粒 的破碎及结合剂的破碎），其磨损的强读取决于磨削力的大小 以及磨粒和结合剂的强度。
超精密研磨技术的现状及发展趋势
第２ ５卷 第 ４期 ２０ ０ ７年 ８月
轻 Ｉ 机 械
Ｌｉ ｔＩ ｕ ｔｙ Ｍ ａ ｈ ｎｅ ｙ ｇｈ ｎｄ ｓ ｒ ｃ ｉ ｒ
Ｖｏ ＿ ５ Ｎｏ． 【２ ４
Ａｕ ． ０ ７ ｇ ２ ０
［ 述 ・ 论］ 综 专
超滴窗碲唐竣 蛔现
中 图分 类 号 ： ＴＧ５ ０ ８
文献标志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ５２ ９ （０ ７ ０— ０ ９０ １ ０—８ ５２ ０ ）４０ ０ —４
０ 引 言
２ 研磨 技术 的发 展
研 磨是 一种 重要 的精 密 和超精 密 加工方 法 。其定
研磨 加 工 不仅 向更 高 的 加 工精 度 发 展 ， 且 其 加 而 工质 量也 在不 断提 高 ， 且几 乎可 以 加工 任何 固态 材料 。 许 多人 从 事研 磨 加工 技 术 ， 究 的宗 旨是 进一 步 提 高 研 研磨 加工 效率 、 加工 精 度 ， 降低 加工 成本 口 。 ］
原子 到数层 原子 乃 至数 十层 原子 几种状 态 的复 合 。
图 １ 研 磨 加 工 的 模 型
图 １所示 的 是磨 粒研 磨 加工 的模 型 ［ 。单 个 磨粒 ４ ］ 的磨 削模 型 ， 以 用磨 粒 对 工件 的机 械作 用 的动 作来 可
描述 ， 即按摩 擦一 犁一 耕 切削 的动 作顺 序进 行 。 加工 中 在 的化学 反应 结果 对材 料 的去 除及 减小 加工 变质层 可 能 是 有利 的［ 。 ］
羼超
方 海 生 ， 涤 新 邓 乾 发 袁 巨龙 胡 ， ，
（ ． 江工 业 大学 超 精 密加 工研 究 中心 ，浙 江 杭 州 ３ ０ １ ； １浙 １ ０ ４ ２ 浙 江机 电职 业技 术学 院 ，浙 江 杭 州 ３ ０ ５ ） ． １ ０ ３
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。
超精密抛光工艺的定义-概述说明以及解释
超精密抛光工艺的定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超精密抛光工艺是一种高度精细化的表面处理技术，通过对工件表面进行极其细致的抛光和修饰，使其获得极高的光学精度和表面平整度。
这项工艺在多个领域都有广泛的应用，包括光学、精密仪器制造、半导体制造等。
相比传统抛光工艺，超精密抛光工艺更注重精度和表面质量的控制，可以实现纳米级甚至更高的表面精度要求。
本文将介绍超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，旨在深入探讨这一先进表面处理技术的原理和发展趋势，为相关领域的研究人员和从业者提供参考和借鉴。
json"1.2 文章结构":{"本文将首先介绍超精密抛光工艺的定义，包括其概念、特点和优势。
接着将探讨超精密抛光工艺在不同领域的应用，例如光学、半导体和精密机械制造等。
然后将深入分析超精密抛光工艺的关键技术，包括材料选择、工艺流程和设备要求等。
最后，文章将总结超精密抛光工艺的意义和展望，展望未来在该领域的发展前景，以及对读者提出一些思考和建议。
"}1.3 目的本文旨在探讨超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，以帮助读者深入了解该工艺的特点和优势。
通过详细介绍超精密抛光工艺的概念和原理，读者将能够更好地理解其在实际生产中的应用场景和价值所在。
此外，本文还将探讨超精密抛光工艺面临的挑战和未来发展方向，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
通过本文的阐述，希望读者能够对超精密抛光工艺有一个全面而深入的认识，从而促进该工艺在工业生产中的广泛应用和推广。
2.正文2.1 超精密抛光工艺的定义超精密抛光工艺是一种高精度的表面处理技术，通过在材料表面施加特定的力和磨料，在微观层面上去除材料表面的凸起部分，从而获得非常光滑的表面。
它在纳米级和亚纳米级的精度下进行，能够获得极高的表面光洁度和平整度。
该技术主要应用于需要极高表面质量和精度的领域，如半导体制造、光学元件制造、精密仪器制造等。
超精密研磨与抛光
研磨速度
适当的研磨速度能够提高研磨 效率，同时也有助于控制表面 粗糙度。
研磨时间
研磨时间的长短会影响工件表 面的粗糙度和研磨效率，需要 根据实际情况进行调整。
03
抛光技术
抛光材料
抛光布
常用的抛光布材料包括棉布、细 帆布、化纤布等，具有良好的耐 磨性和柔软性，能够承受抛光过
程中的摩擦和压力。
抛光液
通过超精密研磨与抛光技术，可以加工出具有高精度、低 表面粗糙度的金属表面，提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳性能。该技术还可以用于加工金属材料的特殊 结构，如纳米级涂层、微纳颗粒等。
05
技术挑战与未来发展
技术挑战
01
02
03
04
加工精度要求高
超精密研磨与抛光需要达到纳 米级甚至更高级别的加工精度 ，对设备、工艺和材料的要求 极高。
研磨液
为了降低表面粗糙度和提高研磨效率，通常会使用 研磨液，如硅溶胶、氧化铝悬浮液等。
研磨垫
研磨垫是超精密研磨中常用的辅助工具，能够提供 均匀的研磨压力和稳定的研磨效果。
研磨机理与过程
80%
微观切削
研磨过程中，研磨砂纸上的磨粒 在压力作用下切入工件表面，通 过微观切削的方式去除材料。
100%
表面塑性流动
具体而言，超精密研磨与抛光技术可以对光学元件的表面进行纳 米级别的加工和修饰，使其表面达到原子级的光滑度，减少散射 和反射，提高光的透过率和成像质量。同时，该技术还可以加工 出具有特殊光学性能的元件，如非球面透镜、光波导等。
半导体材料
半导体材料是现代电子工业的基础，其质量和性能对电子器 件的性能和可靠性有着至关重要的影响。超精密研磨与抛光 技术是半导体材料加工的关键技术之一，主要用于加工硅片 、锗片、砷化镓等半导体材料。
精密与超精密加工技术.ppt
2.2精密与超精密加工的主要方法
1、 ELID（Electrolytic In-Process Dressing）
金刚石砂轮
（铁纤维结合剂）
电源
电刷
冷却液
＋－
进给
冷却液
图2-8 ELID磨削原理
使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂 轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削 力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解 修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。
Ra ＜0.02μm
雷达导波管 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm Ra ＜0.02μm
卫星仪表轴承 圆柱度误差 ＜0.01μm
Ra ＜0.002μm
天体望远镜 形状误差 ＜ 0.03μm
Ra ＜0.01μm
精密加工与超精密加工的发展（图2-1）
2.1 概 述
加工误差（μm）
102 101 100 10-1 10-2 10-3
1140 1020 640 720
2.2精密与超精密加工的主要方法
金刚石刀具
超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石
金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、
十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和
六根2次对称轴（图2-4）。
L4 （100）
L2
L3
（111）
（110）
与高新技术产品紧密结合 精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一 特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车 床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。 与自动化技术联系紧密 广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技 术，以减小人的因素影响，保证加工质量。
精密和超精密加工技术的新进展
精密和超精密加工技术的新进展精密和超精密加工技术是指不断追求更高精度、更细粒度、更小误差和更高效率的加工方法和技术。
这些技术广泛应用于航空航天、医疗器械、微电子、光学仪器等领域，对于产品的性能和质量有着至关重要的影响。
近年来，精密和超精密加工技术取得了许多突破性进展，本文将就此展开讨论。
精密加工技术是在传统机械加工的基础上发展起来的，通过精细的切削、研磨和抛光等手段，实现高精度、高光洁度的加工目标。
近年来，精密加工技术的发展取得了长足的进步，主要表现在以下几个方面：新型加工设备的研发和应用不断取得突破。
例如，五轴联动数控机床、激光加工机、电子束加工机等新型设备的出现，使得复杂零件的精密加工变得更加高效和准确。
新型加工材料的应用也取得了重要进展。
例如，工程塑料、陶瓷、复合材料等高性能非金属材料的广泛应用，使得精密加工的领域得以进一步拓展。
精密加工技术的智能化和自动化水平不断提升。
智能化加工设备能够实现自适应加工、无人值守加工等功能，提高加工效率和质量稳定性。
超精密加工技术是指比精密加工技术更为精细、精确的加工方法和技术。
随着科技的不断进步，超精密加工技术的应用越来越广泛，主要包括以下几个方面：超精密加工技术广泛应用于微电子领域。
微电子产业对于芯片的精度和光洁度要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高效率的微米级加工，对于提升微电子产业的发展水平和竞争力具有重要意义。
超精密加工技术在光学仪器领域也有着广泛的应用。
光学仪器对于透镜、反射镜等光学元件的精度和表面质量要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的光学元件加工，对于提高光学仪器的性能和精度具有重要作用。
再次，超精密加工技术在航空航天领域也有着重要的应用。
航空航天领域对于零件的精度和可靠性要求极为严格，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的零件加工，对于提升航空航天领域的产品质量和性能具有重要意义。
近年来，精密和超精密加工技术的研究和应用不断取得新的进展，在新型加工设备、新型加工材料和智能化加工等方面都取得了重要突破。
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。
超精密加工技术概述
超精密加工技术概述摘要：随着社会的发展，工业产品精细化程度逐步提高，传统的机械加工技术已经远远不能满足人们的需求，机械加工向着更高精度的方向发展。
本文主要介绍超精密加工技术的产生背景、概念、国内外的发展状况、几种超精密加工技术和对未来超精密加工技术发展的展望。
关键词：超精密加工技术背景概念发展状况发展趋势一.产生的背景制造技术的发展已经有几千年的历史，石器时代、铜器时代、铁器时代都有着制造技术发展的足迹。
直至近代，随着第一次工业革命的完成，传统的机械制造技术出现了，传统的机械加工技术主要包括车削、铣削、钻削和磨削。
随着人类社会的进一步发展，现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业、化学工业等，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠地工作。
为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使机械制造面临着一系列严峻的任务：（1）解决各种难切削材料的加工问题。
如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、石英以及锗、硅等各种高硬度，高强度、高韧性、高脆性的金属及非加工。
（2）解决各种特殊复杂型面的加工问题。
如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成型表面，各种冲模、冷拔模等特殊断面的型孔，炮管内膛线、喷油嘴，喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。
（3）解决各种超精密、光整零件的加工问题。
如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、精密光学透镜、激光核聚变用的曲面镜、高灵敏度的红外传感器等零件的精细表面加工，形状和尺寸精度要求在0．1皮米以上，表面粗糙度尺寸要求在0．01微米以上。
（4）特殊零件的加工问题。
如大规模集成电路、光盘基片、复印机和打印机的感光鼓、微型机械和机器人零件、细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
超光滑超精密玻璃抛光新技术
超光滑超精密玻璃抛光新技术抛光新技术可分为接触式抛光和非接触式抛光两大类型。
接触式抛光包括数控小工具抛光、应力盘抛光、浴法抛光(BFP)、浮法抛光、磁流变抛光等。
非接触式抛光主要指离子束抛光、等离子体辅助抛光、电子束抛光和激光抛光。
本文除了评述各种方法的特点外，要点阐述离子束抛光与电子束抛光。
1接触式抛光新技术接触式抛光是由传统的抛光盘模式发展而来，与传统的抛光相比，采用数字控制（CNC)机床运行、新型的抛光工具（如应力抛光盘、磁流变抛光盘）与纳米级超细抛光剂。
数控小工具抛光技术是用计算机数控小工具抛光模（抛光头）对玻璃表面进行抛光，根据所建立的数学模型，通过抛光头在玻璃表面上的运动途径，相对应力与驻留时间来控制抛除量，可以制备大中型非球面光学零件。
此种抛光设备由抛光机床、实时干涉测量以及数字控制系统（CNC)组成。
Itek公司制造的4m数控小工具抛光机，非常大抛光玻璃镜片直径可达4m，抛光效率明显提高，时间只用四周，而传统经典方法达到同样效果需要1年。
Parkm-Elmer 采用此技术，抛光望远镜镜片，较终面形粗糙度为12nm。
应力抛光盘技术(stressedlappolishing)系米用大尺寸刚性材料作为基盘，在周边可变压力作用下，盘的表面可随时改变所需要的面形。
在抛光过程中，安装于应力盘上驱动器根据计算机发出的变形盘相对镜面位置和方向的指令，改变边缘力矩的大小，使应力盘始终与被抛光玻璃的非球面光学表面相匹配。
美国亚利桑那大学Steward天文台大尺寸镜片实验室用应力盘抛光技术加工大尺寸高陡度非球面反射镜，表面粗糙度达到全口径20nm。
浴法抛光(Bowl-FeedPolishing)简称BFP方法[6]，也称水中抛光法，玻璃和抛光模同时都浸在抛光液的抛光方法，抛光时产生摩擦热均可扩散到抛光液中，不致使玻璃和抛光工具的温度升高很多，玻璃的热变形和抛光模的塑性流动达到较小，从而可用纯浙青作为抛光模对玻璃进行抛光，使玻璃表面非常光滑。
超精研磨技术
PTG研磨等级
DP 100 DP 100
DP 50 DP 50 DP 50 DP 20 DP 20 DP 20
DP 14 DP 14
研磨液
为达到最佳细磨和／或研磨效果，应采用专门配方的经过 普通水或去离子水稀释的研磨液。
研磨液浓 度影响材料去除率和表面洛氏硬度，需要增加 其它过程控制方法。
研磨液
研磨液
液流量和循环 为在较大机器上取得最佳效果，买一台离心机，并同时使
用水过滤器。 使用中过滤器和离心机应每天清理。 *购买Omnifilter U25 和RS2过滤器或相当系统。
金刚砂粒粘合程序
PTG公司建议，因为进行水基加工，采用铝盘可获取最佳效果。但是也可
以采用在顶部和侧面全部涂了两遍抗水性环氧树脂的铸铁盘。
研磨液
液流量与循环 对于较小机器，在研磨盘上方装一个流量2-4升／分（尺
寸为3B-8B）的喷咀即可。
对较大机器要采用，流量为6-16升／分（9B，13-20B）的双 喷咀系统。
部件在上机器加工前，要先用研磨液彻底湿润表面。在加工过 程中应保持研磨液复盖全部盘面。
没有足够的研磨液金刚砂粒会过热，甚至达到熔点、成釉状或烧 毁。
金刚砂团粒粘合程序
在底面涂环氧树脂 。 把团粒放准在记号上，并用姆指使劲按。 对较大的盘，使用刮刀或带沟状齿（1mm以下）的抹子在
断面上涂薄层环氧树脂，而后把团粒放在表面上。 仅在15-20分钟内可工作的部位涂上环氧树脂。而后移到
盘的表面喷砂或粗砂纸 打成粗糙表面以准备粘 合。
金刚砂团粒粘合程序
通过底面喷砂以去除团粒底部的釉状物质。注意顶部和底部的差别。
金刚砂团粒粘合程序
对于较大的盘，PTG公司准备送给你一份团粒布置图。我们需要你提 供内、外径和基材尺寸以便在盘上进行设计布置。
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超精密研磨抛光的主要新技术
液中研磨
将超精密抛光的研具工作面和工件浸泡在含磨粒的研磨剂中进行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用游离的微细磨粒进行研磨加工，并对磨粒作用部分所产生的热还有极好的冷却效果，对研磨时的微小冲击也有缓冲效果。
机械化学研磨
机械化学研磨加工是利用化学反应进行机械研磨，有湿式和干式两种。
湿式条件下的机械化学研磨，用于硅片的最终精加工，研磨剂含有0.01μm大小的SiO2磨粒的弱碱性胶状水溶液，而与它相配合的研具是表层由微细结构的软质发泡聚氨基申酸涂敷的人造革。
干式条件下的机械化学研磨，是利用工件与磨粒之间生成化学反应的研磨方法。
干式条件下的微小范围的化学反应有利于加工的进行，由于0.01～0.02粒径的SiO2磨粒有较强的化学活性，研磨量较大。
磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸（<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特性是：每一个粒子的磁力
矩较大，不会因重力而沉降，磁化强度随磁场增加而增加。
当将非磁性材料的磨料混入磁流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转的工件而进行研磨。
磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
磨粒悬浮式加工是利用悬浮在液体中的磨粒进行可控制的精密研磨加工。
研磨装置由研磨加工部分、驱动部分和电磁部分组成。
磨粒控制式加工是在研磨具的孔洞内预先放磨粒，通过磁流体的作用，将磨料逐渐输送到研磨盘上。
磁流体封闭式加工是通过橡胶板将磨粒与磁流体分隔放置进行加工。
磁力研磨
利用磁场作用，使磁极间的磁性磨料形成如刷子一样的研磨剂，被吸附在磁极的工作表面上，在磨料与工件的相对运动下，实现对工件表面的研磨作用。
这种加工方法不仅能对圆周表面、平面和棱边等进行研磨，而且还可以对凸凹不平的复杂曲面进行研磨。
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）
最小切除可以达到原子级，直至切去一层原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。
加工原理实质是磨粒原子的扩散作用和加速的微小粒子弹性射
击的机械作用的综合效果。
真空中带静电的粉末粒子加速法、空气流或水流来加速。
化学机械抛光
化学机械抛光是一种利用研磨液的腐蚀作用和磨粒的机械作用双重作用的研磨方法。
腐蚀研磨液如氧化铁和硫酸或盐酸的水溶液，Mn－Zn铁氧体磨粒和盐酸水溶液等。
水合抛光
是一种利用在工件界面上生成水合化学反应的研磨方法，其主要特点是不使用磨粒和加工液，而加工装置又与当前使用的研磨盘或抛光机相似，只是在水蒸气环境中进行加工。
机制：在抛光过程中，两个物体产生相对摩擦，在接触区产生高温高压，故工件表面上原子或分子呈活性化。
利用水蒸汽分子或过热的水作用其界面，使之在界面上形成水合化学反应层，然后借助过热水蒸汽或在一个大气压的水蒸汽环境条件下利用外来的摩擦力，从工件表面上将这层水合层分离、去除，从而实现镜面加工。
参考资料：/。