精密和超精密加工技术第7章精密研磨与抛光ppt课件.pptx

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1、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 2022/12/31第第7 7章章 精密研磨与抛光精密研磨与抛光2022/12/31在在超超精精密密加加工工中中，超超精精密密切切削削和和超超精精密密磨磨削削的的实实现现在在很很大大程程度度上上依依赖赖于于加加工工设设备备、加加工工工工具具以以及及相相关关技技术术的的支支持持，并并受受到到加加工工原原理理及及环环境境因因素素的的影影响响和和限限制制，要实现更高精度的加工十分困难。要实现更高精度的加工十分困难。超超精精密密研研磨磨抛抛光光具具有有独独特特的的加加工工原原理理，对对加加工

2、工设设备备和和环环境境因因素素要要求求不不高高，可可以以实实现现纳纳米米级级甚甚至至原原子子级级的的加加工工，已已经经成成为为超超精精密密加加工工技技术术中中一一个个十十分分重重要要的的部部分。分。精精密密研研磨磨与与抛抛光光加加工工涉涉及及的的材材料料：金金属属材材料料，硅硅、砷砷化化镓镓等等半半导导体体材材料料，蓝蓝宝宝石石、铌铌酸酸锂锂等等光光电电子子材材料料，压电材料，磁性材料，光学材料等。压电材料，磁性材料，光学材料等。第第7 7章章 精密研磨与抛光精密研磨与抛光2022/12/311.1.研磨时磨料的工作状态研磨时磨料的工作状态1 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果；）

3、磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果；2 2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对工件表面）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；进行刻划，实现微切削加工；3 3）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。一、研磨加工的机理一、研磨加工的机理第第1 1节节 研磨研磨研磨加工研磨加工：利用硬度比被加工材料更高的：利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒微米级磨粒，在在硬质硬质研磨盘作用下产生研磨盘作用下产生微切削微切削和和滚扎滚扎作用，实现被作用，实现被加工表面的微量材料去除，使工件的形状、尺寸精度加工表面的微量材料去

4、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。加工方法。2022/12/312.2.硬脆材料的研磨硬脆材料的研磨 一一部部分分磨磨粒粒由由于于研研磨磨压压力力的的作作用用，嵌嵌入入研研磨磨盘盘表表面面，用用露露出出的的尖尖端端刻刻划划工工件件表表面面进进行行微微切切削削加加工工；另另一一部部分分磨磨粒粒则则在在工工件件与与研研磨磨盘盘之之间间发发生生滚滚动动，产产生生滚滚轧轧效效果果。在在给给磨磨粒粒加加压压时时，就就在在硬硬脆脆材材料料加加工工表表面面的的拉拉伸伸应应力力最最大大部部位位产产生生微微裂裂纹纹。当

5、当纵纵横横交交错错的的裂裂纹纹扩扩展展并并产产生生脆脆性性崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。研研磨磨脆脆硬硬材材料料时时，要要控控制制产产生生裂裂纹纹的的大大小小和均匀性。和均匀性。通通过过选选择择磨磨粒粒的的粒粒度度及及控控制制粒粒度度的的均均匀匀性性，可可避避免免产产生生特特别别大大的的加工缺陷。加工缺陷。2022/12/313.3.金属材料的研磨金属材料的研磨当当金金属属表表面面用用硬硬度度计计压压头头压压入入时时，只只在在表表面面产产生生塑塑性性变变形形的的压压坑坑，不不会会发发生生脆脆性性材材料料那那样的破碎和裂纹。样的破碎和裂纹。研研磨磨时时，磨磨

6、粒粒的的研研磨磨作作用用相相当当于于极极微微量量切切削削和和磨磨削削时时的的状状态态。磨磨粒粒是是游游离离状状态态的的，其其与与工件仅是断续的研磨状态。工件仅是断续的研磨状态。研研磨磨表表面面不不会会产产生生裂裂纹纹。但但研研磨磨铝铝、铜铜等等软软质质材材料料时时，磨磨粒粒会会被被压压入入工工件件材材料料内内，影影响响表面质量。表面质量。2022/12/31二、研磨加工特点二、研磨加工特点第第1 1节节 研磨研磨1.1.微量切削微量切削由由于于众众多多磨磨粒粒参参与与研研磨磨，单单个个磨磨粒粒所所受受载载荷荷很很小小，控控制适当的加工载荷范围，可得到小于制适当的加工载荷范围，可得到小于1 1m

7、的切削深度。的切削深度。2.2.多刃多向切削多刃多向切削磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现多方向切削。多方向切削。2022/12/31二、研磨加工特点二、研磨加工特点第第1 1节节 研磨研磨3.3.按进化原理成形按进化原理成形当当研研具具与与工工件件接接触触时时，在在非非强强制制性性研研磨磨压压力力作作用用下下，能能自自动动地地选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。超超精精密密研研磨磨的的加加工工精精度度与与构构成成相相对对运运动动的的机机床床运运动动精精度度几几乎乎无无关关

8、。加加工工精精度度主主要要由由工工件件与与研研具具间间的的接接触触性性质质和和压压力力特特性性，以以及相对运动轨迹的形态等因素决定。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：获得理想加工表面要求：1)1)研具与工件能相互修整；研具与工件能相互修整；2)2)尽尽量量使使被被加加工工表表面面上上各各点点的的加加工工痕痕迹迹与与研研磨磨盘盘的的相相对对运运动动轨轨迹迹不不重重复复，以以减减小小研研具具表表面面的的几几何何形形状状误误差差对对工工件件表表面面形形状状所所引起的引起的“复印复印”现象，同时减小划痕深度，减小表面粗糙度。现象，同时减小划痕深度，减小表面粗糙度。3)3)在在保保证

9、证研研具具具具有有理理想想几几何何形形状状的的前前提提下下，采采用用浮浮动动的的研研磨磨盒盒，可以保证加工质量。可以保证加工质量。2022/12/31第第2 2节节 抛光抛光抛抛光光加加工工：利利用用微微细细磨磨粒粒的的机机械械作作用用和和化化学学作作用用，在在软软质质抛抛光光工工具具或或化化学学加加工工液液、电电/磁磁场场等等辅辅助助作作用用下下，为为获获得得光光滑滑或或超超光光滑滑表表面面，减减小小或或完完全全消消除除加加工工变变质质层层，从而获得高表面质量的加工方法。，从而获得高表面质量的加工方法。抛光与研磨的区别：抛光与研磨的区别：磨磨料料。抛抛光光使使用用1 1m m以以下下的的微微

10、细细磨磨粒粒。研研磨磨是是采采用用微微米级磨粒。米级磨粒。研研具具材材料料的的选选择择。抛抛光光盘盘选选用用沥沥青青、石石蜡蜡、合合成成树树脂脂和和人人造造革革、锡锡等等软软质质金金属属或或非非金金属属材材料料制制成成，可可根根据据接接触触状状态态自自动动调调整整磨磨粒粒的的切切削削深深度度、减减缓缓较较大大磨磨粒粒对对加加工工表表面面引引起起的的划划痕痕损损伤伤，提提高高表表面面质质量量。研研磨磨采采用用硬质硬质研磨盘。研磨盘。2022/12/311 1）以磨粒的）以磨粒的微小塑性切削微小塑性切削生成切屑，但是它仅利用极生成切屑，但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。少磨粒强制压入产生作用。

11、2 2）借助磨粒和抛光器与工件）借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦流动摩擦使工件表面的凸使工件表面的凸凹变平。凹变平。一、抛光加工的机理一、抛光加工的机理第第2 2节节 抛光抛光2022/12/31 不不管管采采取取什什么么加加工工方方法法，或或多多或或少少要要在在被被加加工工表表面面上上产产生生加加工工变变质质层层，加加工工变变质质层层使使工工件件材材质质的的结结构构、组组织织和和组组成成遭遭到到破破坏坏或或接接近近于于破破坏坏状状态态，使使工工件件表表面面的的力力学学性性能能、物物理理化化学学性性能能与与母母体体材材料料不不同同，进进而而影影响响制制成成元元件件的的性性能能，因因此此在在超超精

12、精密密研研磨磨抛抛光光中中要要求求变变质层越薄越好。质层越薄越好。硬硬脆脆材材料料研研磨磨后后的的表表面面，从从表表层层向向里里依依次次为为：非非晶晶体体层层或或多多晶晶体体层层、镶镶嵌嵌结结构构层层、畸畸变变层层和和完完全全结结晶晶结结构构，从从弹弹塑塑性性力力学学的的角角度度评评价价变变质质层层，依依次次为为：极极薄薄的的塑塑性性流流动动层层、有有异异物物混混入入的的裂裂纹纹层层、裂裂纹纹层层、弹弹性性变变形形层层和和母母体体材材料料。金金属属材材料料研研磨磨后后的的加加工工表表面面变变质层与硬脆材料类似。质层与硬脆材料类似。二、研磨、抛光的加工变质层二、研磨、抛光的加工变质层第第2 2节

13、节 抛光抛光2022/12/31 抛抛光光加加工工后后的的加加工工变变质质层层，由由表表层层向向里里依依次次为为：抛抛光光应应力力层层、经经腐腐蚀蚀出出现现的的二二次次裂裂纹纹应应力力层层、二二次次裂裂纹纹影影响响层层和和完完全全结结晶晶层层，整整个个加加工工变变质质层层深深度度约约为为3 3m m。并并且且加加工工表表面面越越粗粗，加工变质层深度越大。加工变质层深度越大。在在加加工工过过程程中中的的化化学学反反应应对对材材料料去去除除和和减减少少加加工变质层有利。工变质层有利。二、研磨、抛光的加工变质层（接上页）二、研磨、抛光的加工变质层（接上页）第第2 2节节 抛光抛光2022/12/31

14、精密研磨与抛光加工的主要工艺因素：精密研磨与抛光加工的主要工艺因素：加工条件：加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的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；金属材料的加工条件不同；研磨方式：研磨方式：单面研磨和双面研磨；单面研磨和双面研磨；研磨机：研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求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；能容易修整精度；研具和抛光盘：研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损和弹性变形引必须避免因工作面磨损和弹性变形引起精度下降；起精度下降；研具材料：研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材

15、料；料；加工液：加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的效果。效果。第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素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一、工艺因素及其选择原则2022/12/31第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素二、研磨与抛光设备二、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，工件保持架齿面与设备的内齿圈和太阳轮同时啮合，使工件得到均匀不重复的加工轨迹。使工件得到均匀不重复的加工轨迹。2022/12/31第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要

16、工艺因素二、研磨与抛光设备二、研磨与抛光设备保证工件加工表面和研具表面上各点均有相同或相近的保证工件加工表面和研具表面上各点均有相同或相近的被切削条件和切削条件：被切削条件和切削条件：工件相对研具作平面平行运动，使工件上各点具有相工件相对研具作平面平行运动，使工件上各点具有相同或相近的研磨行程。同或相近的研磨行程。工件上任一点不出现运动轨迹的周期性重复。工件上任一点不出现运动轨迹的周期性重复。避免曲率过大的运动转角，保证研磨运动平稳。避免曲率过大的运动转角，保证研磨运动平稳。保证工件走遍整个研具表面，以使研具磨损均匀，进保证工件走遍整个研具表面，以使研具磨损均匀，进而保证工件表面的平面度精度。

17、而保证工件表面的平面度精度。及时变换工件的运动方向，以减小表面粗糙度值，并及时变换工件的运动方向，以减小表面粗糙度值，并保证表面均匀一致。保证表面均匀一致。2022/12/31第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素三、研磨盘与抛光盘三、研磨盘与抛光盘研磨盘是用于涂敷或嵌入磨料的载体，使磨粒发挥研磨盘是用于涂敷或嵌入磨料的载体，使磨粒发挥切削作用；切削作用；研磨盘是研磨表面的成型工具；研磨盘是研磨表面的成型工具；研磨盘本身的几何精度按一定程度会研磨盘本身的几何精度按一定程度会“复印复印”到工到工件上，所以研磨盘的加工面要有较高的几何精度。件上，所以研磨盘的加工面

18、要有较高的几何精度。对抛光盘的要求：对抛光盘的要求：1)1)抛光盘材料硬度一般比工件材料低，组织均匀致密、无杂质、抛光盘材料硬度一般比工件材料低，组织均匀致密、无杂质、异物、裂纹和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性；异物、裂纹和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性；2)2)机构合理，有良好的刚性、精度保持性和耐磨性，工作表面机构合理，有良好的刚性、精度保持性和耐磨性，工作表面应具有较高的几何精度；应具有较高的几何精度；3)3)排屑性和散热性好。排屑性和散热性好。2022/12/31分类分类对象材料对象材料部分使用例部分使用例硬质硬质材料材料金属金属铸铁、碳钢、工具钢铸铁、碳钢、工具钢一般材料研磨

19、一般材料研磨金刚石抛光金刚石抛光非金非金属属玻璃、陶瓷玻璃、陶瓷化合物半导体材料研磨化合物半导体材料研磨软软质质材材料料软质软质金属金属SnSn、PbPb、InIn、CuCu焊料焊料陶瓷抛光陶瓷抛光天然天然树脂树脂松脂、焦油、蜜蜡、树脂松脂、焦油、蜜蜡、树脂光学玻璃抛光光学玻璃抛光一般材料抛光一般材料抛光合成合成树脂树脂硬质发泡聚氨酯硬质发泡聚氨酯PMMAPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚四氟乙烯（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚四氟乙烯聚碳酸酯、聚氨酯橡胶聚碳酸酯、聚氨酯橡胶光学玻璃抛光光学玻璃抛光一般材料抛光一般材料抛光天然天然皮革皮革麂（麂（jiji）皮）皮金属抛光金属抛光人工人工皮革皮革软质发泡聚

20、氨酯软质发泡聚氨酯氟碳树脂发泡体氟碳树脂发泡体硅晶片抛光硅晶片抛光化合物半导体材料抛光化合物半导体材料抛光纤维纤维非织布（毛毡）非织布（毛毡）金属材料抛光金属材料抛光一般材料抛光一般材料抛光木材木材桐、杉、柳桐、杉、柳金属模抛光金属模抛光表表7-4 7-4 研磨盘及抛光盘材料及部分使用实例研磨盘及抛光盘材料及部分使用实例2022/12/31研具表面开槽研具表面开槽槽槽的的形形状状有有：放放射射状状、网网络络状状、同同心心圆圆状状和和螺螺旋旋状状等等。槽槽的的形形状状、宽宽度度、深深度度和和间间距距等等根根据据工工件件材材料料性性质质、形状及研磨面的加工精度而选择。形状及研磨面的加工精度而选择。

21、研具开槽的作用：研具开槽的作用：1)1)存存储储多多余余磨磨粒粒，防防止止磨磨料堆积而损伤工件表面；料堆积而损伤工件表面；2)2)作作为为向向工工件件供供给给磨磨粒粒的的通道；通道；3)3)作作为为及及时时排排屑屑的的通通道道，防止研磨表面被划伤。防止研磨表面被划伤。2022/12/31第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素四、磨粒四、磨粒磨粒按硬度可分为：硬磨粒和软磨粒。磨粒按硬度可分为：硬磨粒和软磨粒。研磨用磨粒需要具有的性能：研磨用磨粒需要具有的性能：磨粒形状、尺寸均匀一致；磨粒形状、尺寸均匀一致；磨粒能磨粒能适当适当破碎，使切刃锋利；破碎，使切刃锋利；

22、磨粒熔点要比工件熔点高；磨粒熔点要比工件熔点高；磨粒在加工液中容易分散。磨粒在加工液中容易分散。抛光用磨粒还要考虑与工件材料作用的化学活性。抛光用磨粒还要考虑与工件材料作用的化学活性。通通常常研研磨磨加加工工使使用用磨磨粒粒的的硬硬度度是是工工件件材材质质的的2 2倍倍，有有时使用两种以上磨粒的混合物。时使用两种以上磨粒的混合物。氧化铈氧化铈 玻璃；玻璃；S Si iO O2 2胶体胶体 石英玻璃石英玻璃,硅片；硅片；金刚石金刚石 陶瓷；陶瓷；AlAl2 2O O3,3,S Si iC,CrC,Cr2 2O O3 3 钢系列金属钢系列金属.抛光抛光抛光抛光抛光抛光抛光抛光 2022/12/31

23、第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素五、加工液五、加工液通常研磨加工通常研磨加工抛光液抛光液由由基液基液(水性或油性水性或油性)、磨粒磨粒和和添加添加剂剂组成。组成。作用作用：供给磨粒、排屑、冷却和润滑。：供给磨粒、排屑、冷却和润滑。对加工液的要求：对加工液的要求：能有效散热，避免研具和工件表面热变形；能有效散热，避免研具和工件表面热变形；粘性低，提高磨料的流动性；粘性低，提高磨料的流动性；不会污染工件；不会污染工件；化学物理性能稳定，不会因放置或温升而分解变质；化学物理性能稳定，不会因放置或温升而分解变质；能较好分散磨粒。能较好分散磨粒。添加剂作用添加剂作

24、用是防止或延缓磨料沉淀，并对工件发挥化学是防止或延缓磨料沉淀，并对工件发挥化学作用，以提高研磨抛光的加工效率和质量。作用，以提高研磨抛光的加工效率和质量。2022/12/31第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素六、工艺参数六、工艺参数加工速度、加工压力、加工时间以及研磨液和抛光加工速度、加工压力、加工时间以及研磨液和抛光液的浓度是研磨与抛光加工的主要工艺参数。液的浓度是研磨与抛光加工的主要工艺参数。加工速度加工速度过高，会因为离心力将加工液甩出工作区，过高，会因为离心力将加工液甩出工作区，降低加工的平稳性，加快研具磨损，影响加工精度。降低加工的平稳性，加快研

25、具磨损，影响加工精度。粗加工用低速、高压力；精加工用低速、低压力。粗加工用低速、高压力；精加工用低速、低压力。在一定范围内增加在一定范围内增加加工压力加工压力可提高研磨抛光效率；可提高研磨抛光效率；压力减小对减小表面粗糙度有利。压力减小对减小表面粗糙度有利。研磨液和抛光液的浓度研磨液和抛光液的浓度增加，材料去除率增加，但增加，材料去除率增加，但浓度过高，磨粒的堆积和阻塞会引起加工效率降低，浓度过高，磨粒的堆积和阻塞会引起加工效率降低，引起加工质量恶化。引起加工质量恶化。2022/12/31第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术一、无损伤抛光一、无损伤抛光晶体材料的无损伤表面抛

26、光技术是以不破坏极晶体材料的无损伤表面抛光技术是以不破坏极薄表层结晶结构的加工单位进行材料微量切除薄表层结晶结构的加工单位进行材料微量切除加工的方法。加工的方法。无损伤表面抛光方法分为：机械微量去除抛光、无损伤表面抛光方法分为：机械微量去除抛光、化学抛光、化学机械复合抛光。化学抛光、化学机械复合抛光。机械微量去除抛光机械微量去除抛光：只限定于磨粒作用区域：只限定于磨粒作用区域的机械抛光，其抛光效果取决于晶体和磨粒的的机械抛光，其抛光效果取决于晶体和磨粒的粒度、磨粒形状、抛光盘保持抛光剂的性能等粒度、磨粒形状、抛光盘保持抛光剂的性能等物理特性。物理特性。2022/12/31第第4 4节节 精密研

27、磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术一、无损伤抛光一、无损伤抛光化学抛光化学抛光：是在：是在软质软质抛光盘上用化学液进行抛光盘上用化学液进行腐蚀抛光。优点：没有变形损伤层；缺点：有腐蚀抛光。优点：没有变形损伤层；缺点：有腐蚀破坏层。腐蚀破坏层。化学机械复合抛光化学机械复合抛光分为干式化学机械抛光和分为干式化学机械抛光和湿式化学机械抛光。湿式化学机械抛光。干干式式化化学学机机械械抛抛光光：借借助助施施加加机机械械能能作作用用，引引起起晶体表面发生物理化学变化，产生固相反应。晶体表面发生物理化学变化，产生固相反应。湿湿式式化化学学机机械械抛抛光光：在在机机械械作作用用同同时时施施加加化化学学作作用用

28、，借借助助加加工工中中的的摩摩擦擦热热和和局局部部应应力力应应变变，并并由由加工液促进化学作用。加工液促进化学作用。2022/12/31第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术二、非接触抛光二、非接触抛光非非接接触触抛抛光光：工工件件与与抛抛光光盘盘在在抛抛光光中中不不发发生生接接触触，仅仅用用抛抛光光液液中中的的微微细细粒粒子子冲冲击击工工件件表表面面，获获得得加加工工表表面面完完美美结结晶晶性性和和精精确确形形状状，去去除除量量为为几几个个到到几几十十个个原原子子级级的的抛抛光光方方法法。可可用用于于功功能能晶晶体体材材料料(注注重重结结晶晶完完整整性性和和物物理理性性能能

29、)和和光光学学零零件件（注注重重表表面面粗粗糙糙度度和和形形状状精精度度）的抛光。的抛光。聚氨脂球加工头边回转边向工件表聚氨脂球加工头边回转边向工件表面接近，微细粒子以接近水平的角面接近，微细粒子以接近水平的角度与被加工材料碰撞，完成加工。度与被加工材料碰撞，完成加工。微细粒子的作用区域很微小微细粒子的作用区域很微小(1-(1-2mm)2mm)，在接近材料表面处产生最大，在接近材料表面处产生最大切应力，既不使基体内的位错、缺切应力，既不使基体内的位错、缺陷等发生移动，又能产生微量的弹陷等发生移动，又能产生微量的弹性破坏，进行去除加工。性破坏，进行去除加工。2022/12/31图图为为数数控控弹

30、弹性性发发射射加加工工装装置置。整整个个装装置置是是一一个个三三坐坐标标数数控控系系统统，聚聚氨氨酯酯球球装装在在数数控控主主轴轴上上，由由变变速速电电动动机机带带动动旋旋转转，其其负负载载为为2N2N。在在加加工工硅硅片片表表面面时时，用用直直径径为为0.1m 0.1m 的的氧氧化化锆锆微微粉粉，以以100m/s100m/s速速度度及及水水平平面面成成2020的的入入射射角角向向工工件件表表面面发发射射，其其加加工工精精度度可可达达0.1m0.1m，表面粗糙，表面粗糙度度Ra0.0005m Ra0.0005m 以下。以下。数控弹性发射加工装置数控弹性发射加工装置2022/12/31第第4 4

31、节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术三、界面反应抛光三、界面反应抛光当当工工件件与与摩摩擦擦界界面面处处于于高高温温高高压压状状态态时时，工工件件表表面面容容易易形形成成一一层层化化合合物物，在在表表层层深深度度极极浅浅的的反反应应物物很很容容易易通通过过研研抛抛去去除除，最最终终可可高高效效地地获获得得表表面面粗粗糙糙度度为为数数纳纳米米以以下下的的完完美美表表面面，主主要要有有化化学学机机械械抛抛光光和和水水合合抛抛光光两两种种方方法法。是是目目前前加加工工功功能能陶陶瓷瓷元元器器件基片精密加工的主要方法。件基片精密加工的主要方法。化化学学机机械械抛抛光光(CMP,(CMP,Ch

32、emical Chemical Mechanical Mechanical Polishing),Polishing),是是目目前前应应用用最最广广泛泛,抛抛光光质质量量和和效效率率较较高高,技技术术比比较较成成熟熟的的一一种种抛抛光方法光方法,从原理讲可以加工任何材料。从原理讲可以加工任何材料。水水合合抛抛光光(Hydration(Hydration Polishing)Polishing),是是在在抛抛光光过过程程中中,利利用用过过热热水水蒸蒸气气分分子子和和水水作作用用工工件件表表面面,在在界界面面上上形形成成水水合合化化层层(如如AlAl2 2O O3 3),),借借助助过过热热水水蒸

33、蒸气气,不不是是用用游游离离磨磨粒粒，或或在在一一个个大大气气压压的的水水蒸蒸气气环环境境条条件件下下，利利用用外外来来的的摩摩擦擦力力从从工工件件表表面面上上将将这这水水合合化化层层分分离离、去去除除,去去除除量量是是数数 ,所所以以可可获获得得无无划划痕痕、平平滑滑光光泽、无畸变的洁净表面泽、无畸变的洁净表面,且抛光速度显著提高。且抛光速度显著提高。2022/12/31第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术四、电、磁场辅助抛光四、电、磁场辅助抛光电电场场和和磁磁场场辅辅助助抛抛光光加加工工(FFF,Field-assisted Fine Finishing,或或称称场场致

34、致抛抛光光)：通通过过控控制制电电、磁磁场的强弱控制磨粒对工件的作用力，进行抛光。场的强弱控制磨粒对工件的作用力，进行抛光。电电场场辅辅助助抛抛光光：是是指指电电泳泳抛抛光光，它它利利用用胶胶体体粒粒子在电场作用下产生的电泳现象进行抛光。子在电场作用下产生的电泳现象进行抛光。磁磁场场辅辅助助抛抛光光：主主要要包包括括磁磁性性磨磨粒粒加加工工(下下节节介介绍绍)、磁流体抛光磁流体抛光和磁流变加工和磁流变加工(下节介绍下节介绍)三种。三种。2022/12/31磁流体抛光有悬浮式和分离式两种。磁流体抛光有悬浮式和分离式两种。悬浮式磁流体抛光悬浮式磁流体抛光：是将磨粒混入磁流体中，：是将磨粒混入磁流体

35、中，通过磁流体在磁场作用下的通过磁流体在磁场作用下的“浮置浮置”作用进行作用进行抛光。它可以获得抛光。它可以获得 的无变质层加工的无变质层加工表面表面,并能研抛表面形状复杂的工件；并能研抛表面形状复杂的工件；分离式磁流体抛光分离式磁流体抛光：磨料不混入磁流体中，：磨料不混入磁流体中，利用磁流体向强磁场方向移动的特性，通过橡利用磁流体向强磁场方向移动的特性，通过橡胶板等弹性体挤压磨料，对工件进行抛光。胶板等弹性体挤压磨料，对工件进行抛光。第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术四、电、磁场辅助抛光四、电、磁场辅助抛光2022/12/31第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光

36、技术一、磁性磨粒加工一、磁性磨粒加工磁性磨粒加工磁性磨粒加工(Magnetic Abrasive Finishing,MAF)(Magnetic Abrasive Finishing,MAF)：利用磁性磨粒利用磁性磨粒(由磨粒与铁粉经混合、烧结再粉碎至一由磨粒与铁粉经混合、烧结再粉碎至一定粒度制成定粒度制成)对工件表面进行研磨抛光。对工件表面进行研磨抛光。磁磁性性磨磨粒粒加加工工时时,工工件件放放人人由由两两磁磁极极形形成成的的磁磁场场中中,在在工工件件和和磁磁极极的的间间隙隙中中放放人人磁磁性性磨磨料料。在在磁磁场场力力的的作作用用下下,磨磨料料沿沿磁磁力力线线方方向向整整齐齐排排列列,形形

37、成成一一只只柔柔软软且且具具有有一一定定刚刚性性的的“磁磁研研磨磨刷刷”。当当工工件件在在磁磁场场中中旋旋转转并并作作轴轴向向振振动动时时,工工件件与与磨磨料料发发生生相相对对运运动动,“磨磨料料刷刷”就就对对工工件件表表面面进进行行研研磨加工。磨加工。2022/12/31第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术一、磁性磨粒加工一、磁性磨粒加工磁性磨粒加工特点：磁性磨粒加工特点：通过改变磁场的强度可以容易地控制研磨压力，加工过程可作通过改变磁场的强度可以容易地控制研磨压力，加工过程可作到全面自动化；到全面自动化；由于磁极与工件表面之间有加工间隙由于磁极与工件表面之间有加工间隙,因此通过

38、因此通过“磨料刷磨料刷”进行柔性研磨进行柔性研磨,不但可用于圆柱和平面研磨不但可用于圆柱和平面研磨,还可以进行异形表还可以进行异形表面及自由曲面的研磨；面及自由曲面的研磨；对设备精度和刚度要求不高，没有传统精密设备的振动或颤动对设备精度和刚度要求不高，没有传统精密设备的振动或颤动等问题；等问题；磨料沿加工表面不断滚动和更换位置磨料沿加工表面不断滚动和更换位置,使其具有良好的自锐性；使其具有良好的自锐性；磁性材料被约束在磁极之间磁性材料被约束在磁极之间,不会污染操作环境；不会污染操作环境；可使工件表面产生残余压缩应力，提高工件的抗疲劳强度；可使工件表面产生残余压缩应力，提高工件的抗疲劳强度；既可

39、磨削铁磁性材料既可磨削铁磁性材料,也可磨削非铁磁性材料。也可磨削非铁磁性材料。2022/12/31第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术二、磁流变加工二、磁流变加工磁流变加工磁流变加工(Magnetorheological Finishing,MRF):(Magnetorheological Finishing,MRF):利利用用磁流变液磁流变液(由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液)在磁场中的流变特性对工件进行研磨抛光加工。磁流变在磁场中的流变特性对工件进行研磨抛光加工。磁流变液的流变特性可以通过调节外加磁场强弱来控制。液的流变特性可以通过调节外

40、加磁场强弱来控制。磁流变液由喷嘴喷洒在旋转抛光轮上磁流变液由喷嘴喷洒在旋转抛光轮上,磁极磁极放在抛光轮下方放在抛光轮下方,在工件与抛光轮所形成的在工件与抛光轮所形成的狭小空隙附近形成一个高梯度磁场狭小空隙附近形成一个高梯度磁场.当抛光当抛光轮上的磁流变液被传送至工件与抛光轮形成轮上的磁流变液被传送至工件与抛光轮形成的小空隙附近的小空隙附近,高梯度磁场使之凝聚、变硬高梯度磁场使之凝聚、变硬成为粘性成为粘性BinghamBingham介质介质(类似于类似于”固体固体”,表表观粘度增加两个数量级以上观粘度增加两个数量级以上).).具有较高运动具有较高运动速度的速度的BinghamBingham介质通

41、过狭小空隙时介质通过狭小空隙时,在工件在工件表面与之接触区域产生很大剪切力表面与之接触区域产生很大剪切力,使工件使工件表面材料被去除表面材料被去除,离开磁场区域介质又重新离开磁场区域介质又重新变成流动的液体变成流动的液体.2022/12/31第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术三、气囊抛光三、气囊抛光使使用用特特制制柔柔性性气气囊囊,气气囊囊外外形形为为球球冠冠,外外面面粘粘贴贴专专用用抛抛光光膜膜(聚聚氨氨酯酯抛抛光光垫垫、抛抛光光布布等等).).气气囊囊装装在在旋旋转转的的工工作作部部件件上上,形形成成封封闭闭的的腔腔体体,腔腔体体内内充充低低压压气气体体,气体压力可控气体压力

42、可控.气气囊囊抛抛光光方方法法适适用用平平面面、球球面面、非非球球面面、任任意意曲曲面面和修整。和修整。2022/12/31第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术四、应力盘抛光四、应力盘抛光采采用用大大尺尺寸寸弹弹性性盘盘为为工工具具基基盘盘，在在周周边边可可变变应应力力的的作作用用下下，盘盘的的面面形形可可以以实实时时变变成成需需要要的的面面形形，与与非非球球面面工工件件的局部面相吻合。的局部面相吻合。应应力力盘盘抛抛光光可可优优先先去去除除表表面面最最高高点点，能能很很好好控控制制中中高高频频差差的的出出现现，能能有有效效提提高高加加工工效率。效率。应力盘抛光外观图应力盘抛光外观图应力盘结构图应力盘结构图2022/12/31