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资讯内涵

    研磨加工的原理、 应用及优势

           研磨是一种精密加工方法。其含义是:研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒,经过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工面实行的精整加工。 按照加工方法的机理和特点,最根本的加工方法可以分为: 去除加工、 结合加工和变形加工三大类。然而,在最新的多性能复杂形态的元件加工中,往往是上述几种加工法的复协作用。 1微量材料去除的机械作用及化学作用设想 材料去除的最小单位是1 层原子的话,那么,最根本的材料去除是将表面的一层原子与内部的原子切开。 机械加工必然残留有加工变质层,加工中还伴随着化学反应等复杂现象56,材料去除的原理是从一层原子到数层原子乃至数十层原子几种状态的复合。 图1 所示的是磨粒研磨加工的模型7。单个磨粒的磨削模型,可以用磨粒对工件的机械作用的动作来描述,即按摩擦2耕犁2切削的动作顺序实行。在加工中的化学反应结果对材料的去除及减小加工变质层或许是有利的。
    2 研磨技术的发展    研磨加工不仅向更高的加工精度发展,而且其加工质量也在持续提高,且几乎可以加工任何固态材料。许多人从事研磨加工技术,研究的宗旨是进一步提高研磨加工效率、 加工精度,降低加工成本10。    此刻,国内外研磨加工首要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。 其特点是加工精度高、 加工设备简单、投资少,但是加工精度不稳定、 加工成本高、 效率低。 3几种纳米级研磨加工方法 3.1 弹性发射加工 弹性发射加工装置(Elastic Emissi on Machining,EEM )见图2。发明者Mori和Tsuwa1描述,它是一种新的 “原子级尺寸加工方法” 。EEM 使用软(在微小压力下很容易产生变形)的聚亚胺酯球作为抛光工具(研磨工具) ,同时控制旋转轴与加工工件的接触线保持在45° 角。抛光时,垂直工件方向施加载荷,并且保持载荷是1 个常量。EEM 采用亚L m 尺寸微粉,微粉与水混合。经过强迫微粉在旋转的聚亚胺酯球表面下方与工件间距(近似1 L m,也就是大于研磨微粉尺寸)加工工件2。 经过采用多种方法如光干涉测量、 扫描隧道显微测量和加工面电压测量等,观测被加工表面,证实EEM 可使加工件具有 “包括几何形状和表面形状完美的表面” 34。他们得出结论: EEM 加工中的化学作用是研磨微粉表面的化学作用(不同于化学蚀刻加工时的蚀刻剂) 5。
    3.2磁流变加工    Kordon ski6二十世纪八十年代中期发明的磁流变抛光(M agneto2 Rheo logical F in ish ing,MRF ) 是利用磁性流体的特性来改变其在磁场中的粘性实行抛光的技术,其劳动机理见图3。
    含有去离子水、 铁质微粉、磨粒和经处理过的其他物质的磁流体由泵驱动,稳定循环,在有磁力作用地方表现为固体形式,而在其他地方表现为液体形式。磁流体的这2 种形态在循环中会交替出现。采用这种方法加工,能够保持非常稳定的去除能力。 材料的去除量与磁流体粘度有关,可对其粘度实行持续地监控,使之保持在±1%范围内,因而它是1 个可控的加工方法7。 3.3在线修整固着磨料研磨方法    固着磨料高速研磨是先将散粒的磨粒固结起来制成丸片,再由丸片制成不同形状的磨具,其构造如图4 (a) ,

    图4 (b)所示。固着磨料加工可以显著提高研磨加工效率。但是当磨具在研磨中出现磨损时,需要及时修整磨具,否则会因其精度下降,导致被加工件精度相符合下降。 通常在固着磨料研磨的磨具表面上固结极耐磨的磨料,这使得磨具的修整十分困难。 最近Ki m.D.J8等针对铸铁结合剂金刚石固着磨料砂轮 (A cast iron bonded diamond (C I B2 D )wheel)采用电解加工过程修整法(Elect ro ilt ic In2 p ro2cess D ressing,EL I D)实现磨具修整。其结构原理如图5 所示。这种过程修整法可以在研磨加工过程中控制磨粒锐度,使磨具保持高速研磨能力。采用EL I D 方法超精密研磨硬质合金和光学玻璃,表面粗糙度R a 分别达到10.7 nm ,16.7 nm。
















    4 纳米级研磨装置 纳米级平面研磨已成为各种讯息、 光学等元件基片最常用,也是最重要的加工方法。 在传统的研磨或抛光机上,用硬质研磨盘或软质抛光盘实行纳米级平面研磨或抛光时,由于盘面的变形和磨损会引起工件平面度恶化,因此,通常需凭工人的经验频繁地将研磨盘或抛光盘在标准平面上实行手工对研,以修正抛光盘面的变形,实现纳米级的平面加工。 为了尽或许降低对工人熟练程度的要求、 减小劳动量和幸免人为因素对加工过程的影响,从设计原理上提议了一种修正环型平面抛光加工方法(中国专利,CN 93108 137 . 8) ,其原理如图6 所示。
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