精密磨料加工
|
精密磨料加工主要用于黑色金属以及玻璃、陶瓷等脆性材料的精密加工和超精密加工。在精密磨料加工中，除常规的研磨、珩磨、超精研磨及抛光外，近年来相继推出了两种新的工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）和镜面磨削（Mirror Grinding）。 1、塑性磨削 它主要是针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。磨削后的表面呈有规则的纹理，没有裂纹形成，也没有脆性剥落时的凹凸不平现象产生。 塑性磨削的机理至今仍不十分清楚，在切屑形成由脆断向塑性剪切转变的理论上存在各种看法。大多数研究者认为，当磨粒的切削深度小到一定程度时，切屑就由脆断转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。一般来说，临界切削深度在1μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。 对形成塑性磨削的另一种观点认为切削深度不是唯一的因素，只有磨削温度才是切屑由脆性向塑性转变的关键。从理论上讲，当磨粒与工件的接触点的温度高到一定程度时，工件材料的局部物理特性会发生变化，导致了切屑形成机理的变化。 2、超精密磨削和镜面磨削 超精密磨削通常是指加工精度高于0.1μm，表面粗糙度低于Ra0.025μm的磨削方法。超精密磨削技术主要是为了祢补金刚石精密车削技术的不足而发展起来的。因为金刚石刀具在切削钢、铁材料时易于产生"扩散磨损"；在微量切削陶瓷、玻璃等硬脆材料时，由于巨大的切应力又易于产生较大的机械磨损。故对于这些材料，超精密磨削成为一种理想的加工方法。 镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到Ra0.02～0.01μm，磨削表面光泽如镜的磨削方法。镜面磨削对加工精度要求不很明确，主要强调表面粗糙度要求。从精度和表面粗糙度统一的观点理解，镜面磨削应属于超精密磨削的范畴。 超精密磨削除需要使用超精密磨床和严格控制工作环境外，砂轮的选用和修整是十分重要的。通常采用超硬磨料（如金刚石或CBN）和微细粒度的砂轮，并采用金属结合剂。金刚石或CBN砂轮的修整与一般砂轮修整不同，分为整形和修锐两步进行：① 整形 -- 使砂轮获得所要求的几何形状。可采用碳化硅砂轮进行整形，也可以使用金刚石笔进行整形。② 修锐 --目的是去除部分结合剂，使磨粒突出结合剂一定的高度，一般为磨粒尺寸的1/3左右。 砂轮修锐方法有很多种，其中日本东京大学理化研究所的Nakagawa和Ohmori教授发明的电解在线修锐法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）效果突出。图7-6是ELID原理示意图。 在使用ELID磨削时，冷却润滑液为一种特殊的电解液。电极与砂轮之间接上电压时，砂轮的结合剂发生氧化，氧化层会阻止电解的进一步进行。在切削力的作用下，氧化层脱落，从而露出了新的锋利的磨粒。由于电解修整在整个磨削过程中是连续进行的，所以能保证砂轮在整个磨削过程中保持同一锋利状态。
3、精密砂带抛光 模具是现代制造业使用越来越多的一种工具，模具型腔表面的加工精度直接影响制造工件的精度。特别是各种塑料模具，模具型腔表面的粗糙度将直接影响工件的外观质量。为进行模具型腔等复杂曲面的超精抛光加工，多采用精密砂带抛光机进行终加工。用细粒度磨料制成的砂带加工出的表面粗糙度可达Ra0.02μm。目前砂带的带基用聚氨酯薄膜材料，有极高的强度，用静电植砂法制作的砂带，砂粒的等高性和切削性能更好。精密砂带抛光一般采用开式砂带加工方式。与闭合环形砂带高速循环磨削不同，砂带由卷带轮低速卷绕。始终有新砂带缓慢进入加工区，砂带经一次性使用即报废。这种开式砂带加工方法保持了加工工况的一致性，从而提高了生产过程中加工表面质量的稳定性。 |
