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深圳光明新区脆性材料超精密加工方法是什么

发布于:2014年03月09日 来源:www.szfuhai.com
[摘要]抛光加工是超精密加工脆性光学材料的一种传统加工方法,它是通过在作相对运动的抛 光模与工件间加人抛光磨粒,使其对工件进行刮擦、挤压以及抛光液与被加工材料间发生的化 学反应来实现的。因为工件材料是在很大的加工面积内用极小的磨粒以极低的速度去除的, 所以尽管材料很脆,加工表面也是处于塑性域加工,其表面不会产生裂纹。
抛光加工
抛光加工是超精密加工脆性光学材料的一种传统加工方法,它是通过在作相对运动的抛 光模与工件间加人抛光磨粒,使其对工件进行刮擦、挤压以及抛光液与被加工材料间发生的化 学反应来实现的。因为工件材料是在很大的加工面积内用极小的磨粒以极低的速度去除的, 所以尽管材料很脆,加工表面也是处于塑性域加工,其表面不会产生裂纹。传统的抛光方法因 为设备简单,费用低,工艺条件易于保证,仅依靠工人精湛的技艺就可以加工出优质的表面,所 以目前应用仍十分广泛。传统的抛光加工方法有很多缺点,首先是生产效率低,加工过程主要 依靠人的因素,不易精确控制,难以实现生产过程的自动化控制;其次,由于抛光液和材料表面 的化学作用对材料表面产生腐蚀,造成表面污染,影响了表面材料的物理特性。现在也有一种 低温抛光方法,它是把工件放在一50?一30 °C的环境中进行抛光加工,加工生产效率高,加工 出的零件表面质量很好。
超精密车削加工
对脆性材料进行塑性域的超精密车削加工时,由于脆性材料硬度较大,金刚石刀具极易
磨损。
微波和超声波加工
微波和超声波加工方法主要是对脆性材料表面进行孔类加工。微波加工是利用波导管中 微波电磁能加工无机材料的一种高功率密度的加工方法。超声波加工是将其工具作超声振 动,振动频率为15?30 kHz、振幅为10?150 fxm0当工具和工件之间充以浆液,并以一定的 静压力(加工压力)相接触时,则工具端部振动可实现磨料对工件的冲击破碎,从而实现对脆性 材料的加工。
离子束和激光加工
离子束加工是把惰性气体或其他元素的粒子在电场中加速,将这种高速的粒子束流射向 工件表面,利用离子束的力学作用撞击材料待加工表面的原子或分子,对材料表面进行微量去 除加工。离子束加工能获得质量非常高的加工表面,可实现纳米级加工。
激光加工中光功率密度非常高,经陶瓷吸收后,将光能转为热能,使焦点的温度急剧升高, 使陶瓷熔解或气化分解。但激光在加工陶瓷时存在着一个很严重的问题,即会产生微裂纹。 又因为陶瓷是脆性材料,塑性很差,这些微裂纹的尖端所形成的应力难于释放,使微裂纹很容 易扩展为大裂纹,甚至使激光加工出来的陶瓷工件失效。所以适当地控制好激光的功率密度 和运行轨迹,才可以进行陶瓷工件的打孔、切割和焊接等加工操作。
超精密磨削加工
超精密磨削是近期发展起来的一种新的加工脆性材料方法,它是在高刚度超精密磨床上,
用金刚石砂轮对材料表面进行磨削加工。
在线电解修整(ELID)磨削
ELID是利用在线的电解作用对金属基砂轮进行修整,即在磨削过程中在砂轮和工具电 极之间浇注电解磨削液并加上直流脉冲电源,使作为阳极的砂轮结合剂产生阳极溶解效应而 逐渐去除,将不受电解影响的磨料颗粒突出砂轮表面,从而实现对砂轮的修整,在加工过程中 能始终保持砂轮的锋利性。
MEEC(电解电火花磨削)加工
MEEC具有高速、高精度的良好磨削加工效率,对陶瓷等硬脆难以切削的材料有很好的 加工效果。这种加工方法能用于切割、成形磨削、平面磨削、圆柱磨削等。MEEC法的加工原 理如图10. 8所示,在特殊的导电磨轮和被加工零件之间施加电压,通过添加电解液(MEEC 加工液),使磨轮进行机械磨削时,还产生电脉冲以进行电解、电火花加工,即当MEEC磨轮的 非导电部分同工件进行接触时,产生机械磨削作用;当磨轮的导电部分垂直地处于工件上方 时,由于在磨轮和工件之间注有MEEC加工液,因而能起电解加工作用;当磨轮的导电部分离 开工件的瞬间则发生放电,起电火花加工作用。通过MEEC磨轮反复地进行磨削、电解、电火 花加工,极大提高了加工效率和加工精度。MEEC加工系统由主轴等经绝缘处理的各种磨削 机床、MEEC加工电源、MEEC磨轮、MEEC加工液等组成。MEEC磨轮中的导电和非导电 部分交替分布,导电部分成放射状,通过改变导电部分的数量和宽度而改变脉冲频率和脉冲宽 度;非导电部分的组成同一般砂轮,即由磨粒和黏结剂组成。MEEC加工法使用的通电方式 可根据工件为导电材料和非导电材料分为两类:其一、当工件为导电材料时,只需在磨轮和工 件之间加电即可;其二、当工件为非导电材料时,除给磨轮和工件之间施加电压外,工作电源的 一极还应设在靠近工件旁的注工作液的喷嘴内。加工液经由磨轮和工件之间时产生放电,不 断地给工件表面以刻蚀(即电火花作用)。在每种通电方式下,除了可设定零件的电加工条件 (如直流或交流、最大电压、电流等)外,还能控制送电水平和输出水平。