超精细加工方法及其影响因素.docx

《超精细加工方法及其影响因素.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超精细加工方法及其影响因素.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、超精细加工方法及其影响因素第22卷第3期邢台职业技术学院学报Vol.22No.32005年6月JournalofXingtaiVocationalandTechnicalCollegeJun.2005收稿日期：20050124作者简介：王倩1977，女，陕西临潼人，邢台职业技术学院机电系，助教。71超精细加工方法及其影响因素王倩邢台职业技术学院机电系，河北邢台054035摘要：超精细加工技术在提高机电产品性能、质量方面起着至关重要的作用。本文介绍了几种常见的超精细加工方法，并分析了其影响因素，同时提出相应的技术改良方案。关键词：超精细；加工方法；影响因素中图分类号：TH161.5文献标识码：A

2、文章编号：10086129200503007102超精细加工技术是20世纪60年代发展和完善起来的，现已成为现代高技术产品的关键制造技术。近20年来，超精细加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批生产方式走向规模生产，能够预见，随着新产品的不断涌现，超精细加工的应用范围将进一步扩大。而我国超精细加工技术起步较晚，技术水平与发达国家相比也有一定差距，因而，寻求超精细加工新的方法并讨论其影响因素就成为目前迫在眉睫的问题。一、超精细加工技术简介目前，超精细加工是指精度在0.10.01m，外表粗糙度Ra值在0.030.05m的加工技术，如金刚石刀具超精细切削、超精细磨料加工、超精细特种加工和

3、复合加工等。它适用于精细元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。而且，超精细加工的精度正处在亚纳米级工艺，日趋向纳米级工艺发展。二、超精细加工方法根据加工方法的机理和特点，超精细加工方法能够分为去除加工、结合加工和变形加工三大类，如表1所示。表1超精细加工方法图表分类加工机理主要加工方法示例去除加工分离加工电物理加工、电化学加工、力学加工、力溅射、热蒸发、热扩散、热溶解电火花加工电火花成型、电火花线切割；电解加工、蚀刻电子束曝光、化学机械抛光；切削、磨削、研磨、抛光、超精加工、珩磨、超声波加工、离子溅射加工、等离子加工和喷射加工；电子束加工、激光加工、脱碳处理、气割沉积加工化学、电

4、化学热、热熔化力物理化学镀、化学气相沉积；电镀、电铸；真空蒸镀、熔化镀；离子镀离子沉积、物理气相沉积注入加工渗入加工化学、电化学热、热扩散力物理氧化、氮化、活性化学反响；阳极氧化；晶体生长、分子束外延、掺杂、渗碳和烧结；离子束外延、离子注入结合加工连接加工热物理、电物理化学激光焊接、气焊、电焊、快速成型加工；化学粘接变形加工流动加工热流动、外表热流动、粘滞流动、分子定向锻造、热流动加工气体火焰、高频电流、热射线、电子束和激光；铸造、液流加工金属、塑料等压铸、注塑；液晶定向下面对三类超精细加工方法分别加以分析。一去除加工去除加工又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削

5、、铣削、磨削、研磨和抛光，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法。二结合加工结合加工利用物化方法，将不同材料结合在一起。按结合的机理不同，它又分为附着、注入和连接加工三种。1.附着加工又称为沉积加工，是在工件外表上覆盖一层物质，是一种弱结合，其中典型的加工方法是镀；2.注入加工又称为渗入加工，是在工件外表上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反响，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳、渗氮等；3.连接加工将两种一样或不同材料通过物化方法连接在一起，如焊接、粘接等。三变形加工变形加工又称为流动加工，利用力、热、分子运动等手段，使工

6、件产生变形，进而改变其尺寸、形状和性能。1三、超精细加工技术的影响因素影响超精细加工技术的因素很多，主要表现为下面几点：一加工机理邢台职业技术学院学报2005年第3期72近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精细切削、金刚石微粉砂轮超精细磨削、精细高速切削、精细砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，十分是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新，尤其以快速成型为代表的“堆积加工，在加工技术领域具有里程碑意义。二被加工材料超精细加工的零件，其材料的化学成分、物

7、理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀、性能稳定、无外部及内部微观缺陷，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应到达一定数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺经过中，应严格控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能知足物理、化学、力学等性能要求。三加工设备及其基础元部件对超精细加工所用的加工设备有下列要求：1.高精度。包括高静精度和高动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；2.高刚度。包括高静刚度和高动刚度，除本身刚度

8、外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度；3.高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持高精度、抗干扰及稳定性。设备应具有良好的耐磨性、抗振性等；4.高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。四加工工具加工工具主要是指刀具和磨具。用金刚石刀具超精细切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精细刃磨，其刃口钝圆半径应到达24nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲到达10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精细磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂

9、、修整等问题，通常采用粒度为W20W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。五检测与误差补偿超精细加工必须具备相应的检测方法，不仅要对工件外表质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度。其尺寸和形位精度可用电子测微仪、电感测微仪、电容测微仪、自准直仪等来测量；外表粗糙度可用电感式、压电晶体式外表形貌仪等进行接触测量，或用光纤法、电容法、超声微波法和隧道显微镜法进行非接触测量；外表应力、外表变质层深度、外表微裂纹等缺陷，可用X光衍射法、激光干预法等来测量。检测可采取离线的、在位的和在线的三种方式。误差预防是通过提高机床制造精度、保证加工环境等来减少误差源对其影响；误差补偿是在

10、误差分离的基础上，利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消除误差本身的影响，其中静态误差补偿是根据事先测出的误差值，在加工时通过硬件或软件进行补偿；动态误差补偿是在在线检测基础上，在加工时进行实时补偿。六工作环境超精细加工的工作环境是保证加工质量的必要条件，环境因素主要指温度。环境温度可根据加工要求控制在10.02，甚至到达0.0005。到达恒温的办法是采用多层套间，可逐步得到大恒温间、小恒温间，温度控制的精度愈来愈高，再采用局部恒温的方法，如恒温罩，罩内还可用恒温液喷淋，到达更准确的控制温度。2基于超精细加工技术的重要性，国内外对该技术的研究和开发都投入了大量的人力和财力，很多学者也

11、在这方面做着大量的研究和实验，相信在不久的将来超精细加工技术一定会获得更大的进展。参考文献：1袁哲俊，王先逵精细和超精细加工技术M北京：机械工业出版社，1999.33.2朱焕池机械制造工艺学M北京：机械工业出版社，2004.6-10.Ultra-precisionMachiningMethodsandtheInfluentialFactorsWANGQian(XingtaiVocationalandTechnicalCollege，Xingtai，Hebei054035，China)Abstract：Ultra-precisionmachiningtechnologyisextremelyimportantinimprovingtheproductscapabilityandquality.Thispapermainlyintroducesseveralultra-precisionmachiningmethodsandanalysesitsinfluentialfactors.Atthesametime，theauthorputsforwardthecorrespondingimprovementplans.Keywords:ultra-precision；machiningmethods；influentialfactors责任编辑冯和平