精密和超精密加工技術(shù)主要章節(jié)ppt.ppt

1、第二章 精密和超精密加工技術(shù),精密與超精密加工,超精密切削-金剛石刀具切削,用高精度機(jī)床和單晶金剛石刀具進(jìn)行的精密、超精密切削 稱為金剛石刀具切削或SPDT（Single Point Diamond Turning） 金剛石刀具切削主要用于有色金屬（銅、鋁及其合金）、非金屬材料的精密加工,利用超精密金剛石切削的菲涅爾透鏡，更薄、性能更好,金剛石切削機(jī)理,切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行 切削力原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá) 13000 N/ mm2） 刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受 高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量,刀尖附近二維切削模型,金剛石

2、切削機(jī)理,金剛石切削刀尖的切削模型,金屬切削模型 彈性變形剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服點(diǎn)產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度切屑與母體脫離。,切削表面形成模型,金剛石切削機(jī)理,t0變質(zhì)層深度；t1給定切深；t2實(shí)際切深； 毛刺產(chǎn)生的粗糙度增量,切削表面的輪廓是在垂直于切削方向的平面內(nèi)工具輪廓的復(fù)映,切削表面形成模型,金剛石切削機(jī)理,理想刀具切削刃在工件表面的復(fù)印輪廓,切削刃的粗糙度 切削刃口的復(fù)映性 毛刺與加工變質(zhì)層,影響表面形成的因素,金剛石切削刀具,超精密切削刀具應(yīng)具備的條件： 刀具刃口的鋒利性好。刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。 切削刃的粗糙度低。切削時刃形將復(fù)

3、制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。 刀具與被切削材料的親和性低。以得到極好的加工表面完整性。 切削刃強(qiáng)度高、耐磨損,不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石,金剛石的性能,金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性,硬度最高，各向異性，不同晶向的物理性能相差很大。 優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石：多數(shù)為規(guī)整的8面體或菱形12面體，少數(shù)為6面立方體或其他形狀，淺色透明，無雜質(zhì)、無缺陷。 大顆粒人造金剛石在超高壓、高溫下由子晶生長而成，并且要求很長的晶體生長時間。 人造單晶金剛石已用于制造超精密切削的刀具。,金剛石刀具刃口的鋒利性 最小圓弧半徑可以達(dá)到2nm 金剛石刀具刃口的粗糙度 可達(dá)到Ry10nm 金剛石刀具切

4、削刃有良好的復(fù)印性 金剛石刀具的熱化學(xué)性能 有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，低的摩擦系數(shù) 高溫時易氧化和石墨化,金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性,最小圓弧半徑的計(jì)算值,金剛石刀具的分類,天然單晶金剛石刀具 人工合成金剛石刀具(如美國GE 公司生產(chǎn)的COMPAX 牌金剛石刀具) 聚晶金剛石(PCD)（切割后焊在刀片上） 金剛石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂層涂覆在超硬刀具基體上）,刀具切削刃比較,金剛石粉燒結(jié)體,立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）,單晶金剛石,單晶金剛石刀具,金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和刃磨,單晶金剛石刀具,單晶金剛石的硬度（努氏硬度）,單晶金剛石刀具,單晶金剛石的熱穩(wěn)定性,金剛石的熱穩(wěn)定性與周圍介質(zhì)、硬度等

5、有關(guān),金剛石在不同介質(zhì)條件下受熱升溫時所發(fā)生的狀態(tài),單晶金剛石刀具,單晶金剛石的熱穩(wěn)定性,MBD6型金剛石在不同溫度下保溫1小時的抗壓強(qiáng)度曲線,MBD6型金剛石在800加熱不同時間的抗壓強(qiáng)度曲線,單晶金剛石刀具,CBN和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性比較,金剛石刀具可切削材料,可切削材料 Al（鋁）、Cu（銅）、Au（金）、Ag（銀）、Pb（鉛）、Pt（白金）、黃銅、Ge（鍺）、ZnS（硫化鋅）、各種塑膠,要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等,金剛石切削機(jī)床,國內(nèi)外典型超精密車床性能指標(biāo),典型金剛石切削機(jī)床,典型金剛石切削機(jī)床,T形布局的金剛石車床,車床主軸裝在橫向滑臺（X軸）上，刀架裝在

6、縱向滑臺（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺的相互影響問題，而且縱、橫兩移動軸的垂直度可以通過裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。,T形布局,金剛石車床主要性能指標(biāo),金剛石車床,加工4.5mm陶瓷球,金剛石車床及其加工照片,用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量） 加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等 加工有機(jī)玻璃和各種塑料 典型產(chǎn)品： 光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等,金剛石切削的應(yīng)用,精密和超精密磨削：通常是指加工精度10.1m，表面粗糙度低于Ra0.20.025

7、m的表面磨削方法。,精密和超精密磨削,精密、超精密磨削、鏡面磨削形成的零散刻痕,鏡面磨削：一般是指加工表面粗糙度達(dá)到Ra0.020.01m，磨削表面光澤如鏡的磨削方法。鏡面磨削對加工精度要求不很明確，主要強(qiáng)調(diào)表面粗糙度要求。,精密和超精密磨削分類,精密和超精密磨削分類,固結(jié)磨料加工,將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合在一起， 形成一定的形狀并具有一定強(qiáng)度，再 采用燒結(jié)、粘接、涂敷等方法形成砂 輪、砂條、油石、砂帶等磨具。,精密和超精密砂輪磨削,精密砂輪磨削：砂輪的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m； 超精密砂輪磨削：砂輪的粒度W40W50，加工精度0.1m， Ra0.0250.008m。,精密

8、和超精密砂帶磨削,精密砂帶磨削：砂帶粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025; 超精密砂帶磨削：砂帶粒度W28W3，加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,精密和超精密磨削分類,游離磨料加工,磨料或微粉不是固結(jié)在一起， 而是成游離狀態(tài)。 傳統(tǒng)方法：研磨和拋光 新方法：磁性研磨、彈性發(fā)射 加工、液體動力拋光、液中研 拋、磁流體拋光、擠壓研拋、 噴射加工等。,超精密磨削砂輪磨料磨具,超精密磨削涂覆磨具,1基底；2粘接膜；3粘接劑（底膠）； 4粘接劑（覆膠），5磨粒,(a)砂輪,(b)磨粒,(c) 微刃 (銳利、半鈍化、鈍化),磨粒具有微刃性和等高性,微刃的微切削作用 微刃的等高切削作

9、用 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,精密磨削機(jī)理,超精密磨削的單顆磨粒切入模型,超精密磨削機(jī)理,磨?？梢钥醋骶哂袕椥灾С械暮痛筘?fù)前角切削刃的彈性體，彈性支承為結(jié)合劑，磨粒雖有相當(dāng)硬度，本身受力變形極小，實(shí)際上仍屬于彈性體。 磨粒切削刃的切入深度由零開始逐漸增加，到達(dá)最大值后又逐漸減小到零。 整個磨粒與工件的接觸過程依次為彈性區(qū)、塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)。 超精密磨削中，微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用依切削條件的變化而順序出現(xiàn)。,超精密磨削機(jī)理,砂輪 1）砂輪磨料 2）砂輪粒度 3）砂輪結(jié)合劑 砂輪修整： 整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒） 常用方法 用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修

10、整，獲得所需形狀； 電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整。,砂輪及砂輪的修整,ELID（Electrolytic In-Process Dressing）(砂輪在線電解修整),原理：砂輪采用鑄鐵基金剛石砂輪。利用電解原理，在磨削過程中，不斷對結(jié)合劑進(jìn)行電解，使已磨損的金剛石磨粒脫落，從而使金剛石砂輪始終處于鋒利狀態(tài)。 鑄鐵基砂輪：“+”極 ；石墨電極：“”極；兩電極間隙：0.1mm,（1）磨削過程具有良好的穩(wěn)定性； （2）該修整法使金剛石砂輪不會過快的磨耗，提高了貴重磨料的利用率； （3）ELID修整法使磨削過程具有良好的可控性； （4）采用ELID磨削法，容易實(shí)現(xiàn)鏡面磨削，

11、并可大幅度減少超硬材料被磨零件的殘留裂紋。,ELID磨削的特點(diǎn),電子材料，磁性材料的鏡面磨削 硅片；鐵金氧磁頭 光學(xué)材料的鏡面磨削 記錄用光學(xué)材料，光學(xué)鏡片研磨拋光前 陶瓷材料的鏡面磨削 高精度鋼鐵材料及復(fù)合材料，硬質(zhì)合金,ELID 應(yīng)用范圍,砂帶磨削示意圖,砂帶精密磨削,砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。 砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對運(yùn)動，進(jìn)行磨削或拋光。 有開式和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等。,砂帶精密磨削,用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）,幾種砂帶磨削形式,砂帶精密磨削,砂帶磨削用量,砂帶精密磨削,砂帶精密磨削,砂帶磨削特點(diǎn),1）砂帶與工件柔

12、性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（ Ra 值可達(dá) 0.02m）。,3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。 4）制作簡單，價格低廉，使用方便。 5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。,2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。,塑性（延性）磨削,(a) 初始加載: 接觸區(qū)產(chǎn)生永久塑性變形區(qū)，沒有任何裂紋破壞。變形區(qū)尺寸隨載荷增加而變大。 (b) 臨界區(qū): 載荷增加到某一數(shù)值時，在壓頭正下方應(yīng)力集中處產(chǎn)生中介裂紋(M edian Crack)。 (c) 裂紋增長區(qū): 載荷增加, 中介裂紋也隨之增

13、長。 (d) 初始卸載階段: 中介裂紋開始閉合，但不愈合。 (e) 側(cè)向裂紋產(chǎn)生: 進(jìn)一步卸載，由于接觸區(qū)彈塑性應(yīng)力不匹配，產(chǎn)生一個拉應(yīng)力疊加在應(yīng)力場中，產(chǎn)生系列向側(cè)邊擴(kuò)展的橫向裂紋(L ateral Crack)。 (f) 完全卸載: 側(cè)向裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，若裂紋延伸到表面則形成破壞的碎屑。,尖銳壓頭下的材料變形過程,塑性（延性）磨削,由圖可以看出，即使是脆性材料，在很小載荷的作用下仍然會產(chǎn)生一定的塑性變形。當(dāng)載荷增加時，材料將由塑性變形方式向脆性破壞發(fā)生轉(zhuǎn)變，在材料的內(nèi)部和表面上產(chǎn)生脆性裂紋。 臨界載荷：在材料將由塑性變形方式向脆性破壞發(fā)生轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過程中，當(dāng)裂紋剛好產(chǎn)生時所施加的垂直載荷； 臨

14、界壓深：材料將由塑性變形方式向脆性破壞發(fā)生轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變時，壓頭壓入的深度。,尖銳壓頭下的材料變形過程,脆性材料裂紋長度,塑性磨削的機(jī)理至今仍不十分清楚，主要有兩種看法： 臨界切削深度當(dāng)磨粒的切削深度小到一定程度（臨界切削深度）時，切屑就由脆斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗軘唷?切削深度和磨削溫度是切屑由脆性向塑性轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵當(dāng)磨粒與工件的接觸點(diǎn)的溫度高到一定程度時，工件材料的局部物理特性會發(fā)生變化，導(dǎo)致了切屑形成機(jī)理的變化。（已有試驗(yàn)作支持）,塑性（延性）磨削,磨削脆性材料時，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過剪切形式被磨粒從基體上切除下來。磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理，無脆性斷裂凹凸不平，也無裂紋。,塑性（

15、延性）磨削,塑性磨削,磨粒作用下的脆性裂紋,超精密磨削的臨界切削厚度,E 材料的彈性模量，H 材料硬度， K c 材料的斷裂韌性,日本學(xué)者研究表明，金剛石砂輪磨粒粒度的大小也會影響到臨界切削厚度,塑性（延性）磨削,塑性磨削,日本學(xué)者研究表明，金剛石砂輪磨粒粒度的大小也會影響到臨界切削厚度,平均磨粒尺寸 低于20m,（1）切削深度小于臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般臨界切削深度1m。 為此對機(jī)床要求： 高的定位精度和運(yùn)動精度。以免因磨粒切削深度超過1m時，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ鳌?高的剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過脆性磨削的水平，機(jī)床剛性低，會因切削力引起的變形而破壞塑性切屑

16、形成的條件。 （2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的切削溫度應(yīng)高到一定程度，使工件材料的局部物理特性發(fā)生變化。,塑性（延性）磨削,塑性磨削工藝條件,超精密研磨和拋光,研磨是在研具與工件之間置以研磨劑，對工件表面進(jìn)行光整加工的方法。,研磨原理,超精密研磨和拋光,拋光是在高速旋轉(zhuǎn)的拋光輪上涂以磨膏，對工件表面進(jìn)行光整加工的方法。,超精鏡面砂帶拋光硬磁盤涂層表面,研磨和拋光的機(jī)理和特點(diǎn),特點(diǎn)： 研磨工具（研具）與工件之間的運(yùn)動不受約束 磨料不固定 研具的現(xiàn)狀要復(fù)印在工件上 研具與工件的相對運(yùn)動方向常發(fā)生變化,機(jī)理： 機(jī)械的微切削作用 機(jī)械與化學(xué)的綜合作用 化學(xué)或電化學(xué)的作用 其他作用,機(jī)理：微切削被加工材料的微

17、塑性流動作用,彈性發(fā)射加工EEM (Elaste Emission Machining),拋光輪 由聚氨基甲酸（乙）酯制成，磨料直徑 0.10.01m,工作原理 拋光液由磁埸控制，成為和工件表面一致的磨頭。它的黏性與硬度由磁場精密控制。 應(yīng)用： 長寬比例大的光學(xué)部件及基片(通訊儀器、硬盤、晶片等) ，光學(xué)玻璃鏡片，單結(jié)晶(鈣氟化物，矽)，陶瓷(矽碳化物，鎢碳化物) 特點(diǎn)： (1) 利用磁場達(dá)到快速及可靠的控制 (2) 數(shù)控 (3) 拋光板能準(zhǔn)確符合復(fù)雜的形狀，因此能確保非球面及復(fù)雜的表面的精密拋光,磁流變拋光技術(shù) (MRF),磁流變拋光技術(shù) (MRF),氮化硅陶瓷平板的磁力研磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果,工作原

18、理 拋光工具上開有鋸齒槽，靠楔形擠壓和拋光液的反彈，增加微切削作用。 機(jī)理：微切削作用。,液體動力拋光,工作原理 活性拋光液和磨粒與工件表面產(chǎn)生固相反應(yīng)，形成軟粒子，使其便于加工。 機(jī)理：機(jī)械+化學(xué)作用，稱為“增壓活化”。,機(jī)械化學(xué)拋光,第三章 精密和超精密磨料加工,一、精密和超精密加工分類,精密和超精密加工分類,將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合 在一起，形成一定的形狀并 具有一定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、 粘接、涂敷等方法形成 砂輪、砂條、油石、砂 帶等磨具。,精密砂輪磨削：砂輪的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m； 超精密砂輪磨削：砂輪的粒度W40W50，加工精度0.1m， Ra0.0250.0

19、08m。,精密砂帶磨削：砂帶粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025; 超精密砂帶磨削：砂帶粒度W28W3，加工精度0.1m，Ra0.0250.008m。,第一節(jié) 精密磨削,一、精密磨削機(jī)理,微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,二、磨削用量,一般在1530m/s 30m/s,一般在612m/min,一般為50100mm/min或0.060.5mm/r,一般取0.62.5m/單行程,一般約23次（單行程）,粗粒度砂輪精細(xì)修整后光磨次數(shù)采用58次 細(xì)粒度砂輪精細(xì)修整后光磨次數(shù)采用1025次。,不能太高：否則容易燒傷、產(chǎn)生裂紋、降低加工精度。加工機(jī)床容易振動,三、

20、精密磨削砂輪,精密磨削所使用砂輪的選擇以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。 磨削鋼件及鑄鐵件時，采用剛玉磨料較好，單晶剛玉最好，白剛玉、鉻剛玉應(yīng)用最普遍。 砂輪的粒度可選擇粗粒度和細(xì)粒度兩類。 結(jié)合劑選擇樹脂較好，加入石墨填料加強(qiáng)摩擦拋光作用。,砂輪的選擇,鉻剛玉,綠碳化硅砂,普通磨料與超硬磨料,白剛玉,灰黑色粉,多選用180240磨粒,將磨料粘合在一起，形成一定的形狀，并有一定的強(qiáng)度。 樹脂結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑。,普通磨具中磨料的含量用組織表示，超硬磨具中磨料的含量用濃度表示。成形磨削、溝槽磨削、寬接觸面平面磨削選用高質(zhì)量濃度；半精磨、精磨選用細(xì)粒度、中質(zhì)量濃度；高精度、低表面粗糙

21、度值的精密磨削和超精密磨削選用細(xì)粒度、低質(zhì)量濃度。,http:/www.c-,普通磨具硬度低表示磨粒易脫落。 超硬磨具無硬度項(xiàng)指標(biāo)。,高速回轉(zhuǎn)時，抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力。,根據(jù)機(jī)床規(guī)格和加工情況選擇磨具的形狀和尺寸。 基體材料與結(jié)合劑有關(guān)，金屬結(jié)合劑磨具多采用鐵或銅合金；樹脂結(jié)合劑磨具采用鋁及合金或電木；陶瓷結(jié)合劑磨具多采用陶瓷。,五、精密磨削時砂輪的修整,砂輪修整是精密磨削的關(guān)鍵，有單粒金剛石修整、 金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修 整等。 砂輪的修整用量有修整導(dǎo)程、修整深度、修整次 數(shù)和光修次數(shù)。修整導(dǎo)程（縱向進(jìn)給量）為10 15mm/min，修整深度為2.5m/單行

22、程，精修次 數(shù)23次，光修次數(shù)1次單行程。,六、 超精密磨削,1 超精密磨削機(jī)理,單晶粒磨削 1）磨粒是一顆具有彈性支承（結(jié)合 劑）的和大負(fù)前角切削刃的彈性體。 2）磨粒切削刃的切入深度是從零開 始逐漸增加，到達(dá)最大值再逐漸減 少，最后到零。 3）磨粒磨削時在工件的接觸過程中， 開始是彈性區(qū)，繼而塑性區(qū)、切削區(qū)、 塑性區(qū)，最后是彈性區(qū)。 4）超精密磨削時有微切削作用、塑性 流動和彈性破壞作用，同時還有滑擦 作用。,各區(qū)形狀,2）單磨粒磨削模型,磨削的力學(xué)模型,平面磨削,磨削加工是無數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的 表層，在無數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉(zhuǎn)為磨 屑，并形成

23、光潔表面的過程。磨削過程可分為：三個階段，砂輪表 面的磨粒與工件材料接觸，發(fā)生彈性變形，磨粒繼續(xù)切入工件（切 削深度增加），工件材料進(jìn)入塑性階段，材料晶粒發(fā)生滑移。塑性 變形不斷增大，當(dāng)力達(dá)到工件的強(qiáng)度極限時，被磨削層材料產(chǎn)生擠 裂，即進(jìn)入切削階段，最后被切離。當(dāng)磨削切入量達(dá)到最大值后， 逐漸減少，最后到零，同時經(jīng)歷塑性區(qū)和彈性區(qū)。,3）超精密磨削機(jī)理,七、 超硬磨料砂輪磨削,1 超硬磨料砂輪磨削特點(diǎn),1）可用來加工各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、石材等。立方氮化硼砂輪磨削時，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性強(qiáng)，不易與鐵素元素產(chǎn)生親和作用和化學(xué)反應(yīng)，加工黑色金屬時，

24、有較高的耐磨性。 2）磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動化。 3）磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無燒傷、裂紋和組織變化。 4）磨削效率高。 5）綜合成本低。,2 、超硬磨料砂輪磨削工藝,降低磨削溫度，減少磨削力，改善磨削表面質(zhì)量，提高磨削效率和砂輪壽命。 潤滑、冷卻、清洗性能，尚有滲透性、防銹性、防腐性、防火性、切削性和極壓性等,油性液：成分是礦物油，如機(jī)油、輕質(zhì)柴油、煤油，加入脂肪油和添加劑。 水溶性液：成分是水，如乳化液、無機(jī)鹽水溶液和化學(xué)合成液等。 金剛石砂輪磨削時常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂輪磨削時用油性液，防止其高溫水解。,2）超硬磨料砂輪磨

25、削工藝,人造金剛石砂輪的磨削速度為1230m/s，立方氮化硼砂輪的磨削速度為4560m/s.,一般為1020m/min,一般在0.451.5m/min,磨削深度為0.0020.01mm,對砂輪進(jìn)行微量切削，使砂 輪達(dá)到所要求的幾何形狀精 度，并使磨料尖端細(xì)微破碎， 形成鋒利的磨削刃。,去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃突出于結(jié)合劑之外，形成切削刃。,3、 超硬磨料砂輪的修整,4、超硬磨料砂輪修整方法,用單點(diǎn)、聚晶金剛石筆，修整片等車削金剛石砂輪達(dá)到修整目的。,用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對磨進(jìn)行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂輪上的樹脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑，致使

26、超硬磨粒就會脫落。目前最為廣泛采用的修整法。,4、超硬磨料砂輪修整方法,單滾輪法,雙滾輪法,4 超硬磨料砂輪修整,用碳化硅、剛玉、硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪，與超硬磨料砂輪在一定壓力下進(jìn)行自由對滾，使結(jié)合劑破裂形成容屑空間，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、剛玉等游離磨料，依靠游離磨料擠軋作用進(jìn)行修銳。,4、超硬磨料砂輪修整方法,修整輪,碳化硅和剛玉,4、超硬磨料砂輪修整方法,利用電化學(xué)個腐 蝕作用蝕除金屬結(jié)合 劑，多用于金屬結(jié)合 劑砂輪的修銳，非金 屬結(jié)合劑砂輪無效。,4、超硬磨料砂輪修整方法,電火花放電加工，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。若在結(jié)合劑中加入石墨粉，可用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂

27、輪。既可整形，又可修銳。,4、超硬磨料砂輪修整方法,用受激振動的 簧片或超聲波 振動頭驅(qū)動的 幅板作為修整 器，并在砂輪 和修整器間放 入游離磨料撞 擊砂輪的結(jié)合 劑，使超硬磨 粒突出結(jié)合劑。,4、超硬磨料砂輪的修整方法,一、研磨加工的機(jī)理,第二節(jié) 精密研磨和拋光,1.研磨時磨料的工作狀態(tài),1）磨粒在工件與研具之間發(fā)生滾動，產(chǎn)生滾軋效果； 2）磨粒壓入到研具表面，用露出的磨粒尖端對工件表面進(jìn)行刻劃，實(shí)現(xiàn)微切削加工； 3）磨粒對工件表面的滾軋與微量刻劃同時作用。,屬于游離磨粒切削加工,在剛性研具上注入磨料,在一定壓力的作用下,通過研具與工件之間相對運(yùn)動,借助磨粒的微切削作用,除去工件材料達(dá)到高的

28、幾何精度和表面光潔度的方法.其實(shí)質(zhì)就是通過研具與工件之間相互修整，把研具本身的幾何精度部分的復(fù)制到工件上.,2、平面研磨使用的研具,1）特種玻璃，在加工平面的金屬板上涂一層四氟乙烯或鍍鉛和銦； 優(yōu)點(diǎn)：能得到高精度的平面 缺點(diǎn)：研具層壽命短 2）使用半軟質(zhì)研磨盤或軟質(zhì)研磨盤 優(yōu)點(diǎn)：研磨出的表面變質(zhì)層很小，表面粗糙度也很小； 缺點(diǎn)：研磨盤不易保持平面度,3、 精密平面的研磨機(jī),二、拋光加工的機(jī)理,1、拋光的機(jī)理：1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑，但是它僅利用極少磨粒強(qiáng)制壓入產(chǎn)生作用。2）借助磨粒和拋光器與工件流動摩擦使工件表面的凸凹變平。,磨粒含在拋光盤中,2、拋光盤,1）特種玻璃，或在表面上涂一

29、層彈性材料或軟金屬的金屬盤 優(yōu)點(diǎn)：能得到高精度的平面 缺點(diǎn)：拋光盤層壽命短 2）使用半軟質(zhì)拋光盤（鉛盤、錫盤）或軟質(zhì)拋光盤（石蠟、瀝青等） 優(yōu)點(diǎn)：拋光出的表面變質(zhì)層很小，表面粗糙度也很小； 缺點(diǎn)：拋光盤不易保持平面度,拋光工藝對拋光盤的要求：要有高的精度及其精度的保持性,3、 精密研磨、拋光的主要工藝因素,加工條件：對殘留有裂紋的硬脆材料和不產(chǎn)生裂紋的金屬材料的加工條件不同； 研磨方式：單面研磨和雙面研磨； 研磨機(jī)：應(yīng)能均勻地加工工件，研具磨損要小并要求能容易修整精度； 研具和拋光盤：必須避免因工作面磨損和彈性變形引起精度下降； 磨粒材料：微細(xì)的磨粒,使用磨粒對工件作用很淺的材料； 加工液：提

30、供磨粒、排屑、冷卻和減輕不必要摩擦的效果。,拋光盤,拋光法,1 彈性發(fā)射加工,最小切除可以達(dá)到原子級，直至切去一層原子，而且被加工表面的晶格不致變形，能夠獲得極小表面粗糙度和材質(zhì)極純的表面。加工原理實(shí)質(zhì)是磨粒原子的擴(kuò)散作用和加速的微小粒子彈性射擊的機(jī)械作用的綜合效果。真空中帶靜電的粉末粒子加速法、空氣流或水流來加速。,三 非接觸拋光,三 非接觸拋光,2 浮動拋光,浮動拋光是將金剛石車削的具有高平面度平面和帶有同心圓或螺旋溝槽的錫拋光盤固定在高剛度的基座上，拋光液是由粒徑為幾個納米的微粉磨粒與液體混合而成，并浸沒拋光盤上平面，驅(qū)動裝置分別帶動工件和拋光裝置以不同的速度旋轉(zhuǎn)，由于拋光盤的特殊形狀、

31、工件與拋光裝置有足夠的相對運(yùn)動速度、在兩者之間有充足的微粉磨料液流，因此在工件與拋光盤之間形成流體動壓效應(yīng)，將工件浮起，在兩者之間就能形成了流體動壓液膜。其間的微粉磨粒在流體壓力場和速度場、離心力的作用下，拋光器不接觸工件對工件進(jìn)行精密拋光加工.,三 非接觸拋光,3 化學(xué)機(jī)械拋光,在化學(xué)機(jī)械拋光時，首先是存在于工件表面和拋光墊間的拋光液中的氧化劑、催化劑等與工件表面的原子進(jìn)行氧化反應(yīng)，在工件表面產(chǎn)生一層氧化薄膜，然后由漂浮在拋光液中的磨粒通過機(jī)械作用將這層氧化物薄膜去除，使工件表面重新裸露出來，再進(jìn)行氧化反應(yīng)，這樣在化學(xué)作用過程和機(jī)械作用過程的交替進(jìn)行中完成工件表面拋光。,利用甲醇拋光砷化鎵和

32、磷化銦,課后習(xí)題14、6、8 http:/www.c-,2.硬脆材料的研磨,一部分磨粒由于研磨壓力的作用，嵌入研磨盤表面，用露出的尖端刻劃工件表面進(jìn)行微切削加工；另一部分磨粒則在工件與研磨盤之間發(fā)生滾動，產(chǎn)生滾軋效果。在給磨粒加壓時，就在硬脆材料加工表面的剪切(拉伸)應(yīng)力最大部位產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)縱橫交錯的裂紋擴(kuò)展并產(chǎn)生脆性崩碎形成磨屑，達(dá)到表面去除的目的。,磨粒在研 具和工件 之間,3.金屬材料的研磨,當(dāng)金屬表面用硬度計(jì)壓頭壓入時，只在表面產(chǎn)生塑性變形的壓坑，不會發(fā)生脆性材料那樣的破碎和裂紋。 研磨時，磨粒的研磨作用相當(dāng)于極微量切削和磨削時的狀態(tài),且表面不會產(chǎn)生裂紋。由于磨粒是游離狀態(tài)，不能形成

33、連續(xù)的切削。,輪磨具的硬度是反映磨粒在磨削力的作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度。砂輪硬度用軟硬表示，砂輪的硬度不同于磨粒的硬度。砂輪選用的時候，要注意硬度適當(dāng)，如果太硬，磨鈍了的磨粒不及時脫落，會產(chǎn)生大量熱量，燒傷工件；砂輪太軟，則會使磨粒脫落過快而不能充分發(fā)揮作用。選擇砂輪硬度的原則1.工件越硬，砂輪越軟。2.砂輪與工件接觸面越大，砂輪選擇越軟。3.精磨和成型磨削時應(yīng)選擇較硬的砂輪，以保持砂輪必要的形狀精度。4.砂輪硬度選擇與粒度大小的關(guān)系：粒度越大的砂輪，為避免砂輪被磨屑阻塞，一般要選擇較軟的砂輪。5.工件材料：磨有色金屬、橡膠、樹脂等較軟材料時，應(yīng)選用較軟的砂輪。粒度表示磨粒大小程度。

34、以磨粒剛剛能通過哪一號篩網(wǎng)的網(wǎng)號來表示磨粒的粒度。網(wǎng)號數(shù)是每英寸長度上篩網(wǎng)上的孔眼數(shù)。如60#粒度是每英寸長度上60個孔眼。當(dāng)砂輪磨粒的直徑小于40微米時，這種磨粒叫做微粉。微粉的粒度是以微粉的直徑來表示的，以微米為單位，前面加W標(biāo)記。如W28是指直徑28微米的磨粒。砂輪粒度的選擇和適用范圍：12-16#：用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂輪磨具。20-36#：用于磨鋼錠，打磨鑄件毛刺，切斷鋼坯，磨電瓷和耐火材料的砂輪磨具。40-60#：用于內(nèi)圓磨、外圓磨、平面磨、無心磨、工具磨等的砂輪磨具。60-80#：用于內(nèi)圓磨、外圓磨、平面磨、無心磨、工具磨等半精磨和精磨的砂輪磨具。100-240#：用于精磨

35、、超精磨、珩磨、螺紋磨等。W10-20：用于精磨、精細(xì)磨、超精磨、鏡面磨等。W7-更細(xì)：用于精磨、超精磨、鏡面磨等，制作研磨膏用于研磨和拋光。故你用普通的儀器是不行的。,砂輪是磨削的主要工具，它是由磨料和結(jié)合劑構(gòu)成的多孔物體。其中磨料、結(jié)合劑和孔隙是砂輪的三個基本組成要素。隨著磨料、結(jié)合劑及砂輪制造工藝等的不同，砂輪特性可能差別很大，對磨削加工的精度、粗糙度和生產(chǎn)效率有著重要的影響。因此，必須根據(jù)具體條件選用合適的砂輪。 砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、形狀及尺寸等因素來決定，現(xiàn)分別介紹如下。 （ 1 ）磨料及其選擇 磨料是制造砂輪的主要原料，它擔(dān)負(fù)著切削工作。因此，磨料必須鋒利，并具備

36、高的硬度、良好的耐熱性和一定的韌性。常用磨料的名稱、代號、特性和用途見表1 。 表1 常用磨料,注：括號內(nèi)的代號是舊標(biāo)準(zhǔn)代號。 （ 2 ）粒度及其選擇 粒度指磨料顆料的大小。粒度分磨粒與微粉兩組。磨粒用篩選法分類，它的粒度號以篩網(wǎng)上一英寸長度內(nèi)的孔眼數(shù)來表示。例如 60 # 粒度的的磨粒，說明能通過每英寸長有 60 個孔眼的篩網(wǎng)，而不能通過每英寸 70 個孔眼的篩網(wǎng)。微粉用顯微測量法分類，它的粒度號以磨料的實(shí)際尺寸來表示（ W ）。各種粒度號的磨粒尺寸見表2 。 表2 磨料粒度號及其顆粒尺寸,注：比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 細(xì)的微粉很少使用，表中未列出。 磨料粒度的選擇，主要與加工表

37、面粗糙度和生產(chǎn)率有關(guān)。 粗磨時，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應(yīng)選用較粗的磨粒。因?yàn)槟チ４?、氣孔大，磨削深度可較大，砂輪不易堵塞和發(fā)熱。精磨時，余量較小，要求粗糙度值較低，可選取較細(xì)磨粒。一般來說，磨粒愈細(xì)，磨削表面粗糙度愈好。 不同粒度砂輪的應(yīng)用見表3 。 表3 不同粒度砂輪的使用范圍,（ 3 ）結(jié)合劑及其選擇 砂輪中用以粘結(jié)磨料的物質(zhì)稱結(jié)合劑。砂輪的強(qiáng)度、抗沖擊性、耐熱性及抗腐蝕能力主要決定于結(jié)合劑的性能。常用的結(jié)合劑種類、性能及用途見表4 。 表4 常用結(jié)合劑,注：括號內(nèi)的代號是舊標(biāo)準(zhǔn)代號。 （ 4 ）硬度及其選擇 砂輪的硬度是指砂輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度。砂輪的

38、硬度軟，表示砂輪的磨粒容易脫落，砂輪的硬度硬，表示磨粒較難脫落。砂輪的硬度和磨料的硬度是兩個不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的砂輪，它主要決定于結(jié)合劑的性能、數(shù)量以及砂輪制造的工藝。磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”，選擇砂輪的硬度，實(shí)際上就是選擇砂輪的自銳性，希望還鋒利的磨粒不要太早脫落，也不要磨鈍了還不脫落。 根據(jù)規(guī)定，常用砂輪的硬度等級見表5 。 表5 常用砂輪硬度等級,注：括號內(nèi)的代號是舊標(biāo)準(zhǔn)代號；超軟，超硬未列入；表中 1 ， 2 ， 3 表示硬度遞增的順序。 選擇砂輪硬度的一般原則是：加工軟金屬時，為了使磨料不致過早脫落，則選用硬砂輪。加工硬金屬時，為了能及時的使磨鈍的

39、磨粒脫落，從而露出具有尖銳棱角的新磨粒（即自銳性），選用軟砂輪。前者是因?yàn)樵谀ハ鬈洸牧蠒r，砂輪的工作磨粒磨損很慢，不需要太早的脫離；后者是因?yàn)樵谀ハ饔膊牧蠒r，砂輪的工作磨粒磨損較快，需要較快的更新。 精磨時，為了保證磨削精度和粗糙度，應(yīng)選用稍硬的砂輪。工件材料的導(dǎo)熱性差，易產(chǎn)生燒傷和裂紋時（如磨硬質(zhì)合金等），選用的砂輪應(yīng)軟一些。 （ 5 ）形狀尺寸及其選擇 根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)與磨削加工的需要，砂輪制成各種形狀與尺寸。表6 是常用的幾種砂輪形狀、尺寸、代號及用途。 砂輪的外徑應(yīng)盡可能選得大些，以提高砂輪的圓周速度，這樣對提高磨削加工生產(chǎn)率與表面粗糙度有利。此外，在機(jī)床剛度及功率許可的條件下，如選用寬度

40、較大的砂輪，同樣能收到提高生產(chǎn)率和降低粗糙度的效果，但是在磨削熱敏性高的材料時，為避免工件表面的燒傷和產(chǎn)生裂紋，砂輪寬度應(yīng)適當(dāng)減小。 表6 常用砂輪形狀及用途,在砂輪的端面上一般都印有標(biāo)志，例如砂輪上的標(biāo)志為 WA60LVP400 40 127 ，它的含意是： 圖1 砂輪型號 圖2標(biāo)志的含義 由于更換一次砂輪很麻煩，因此，除了重要的工件和生產(chǎn)批量較大時，需要按照以上所述的原則選用砂輪外，一般只要機(jī)床上現(xiàn)有的砂輪大致符合磨削要求，就不必重新選擇，而是通過適當(dāng)?shù)匦拚拜?，選用合適的磨削用量來滿足加工要求。,表2 磨料粒度號及其顆粒尺寸,注：比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 細(xì)的微粉很少使用，表

41、中未列出。,表3 不同粒度砂輪的使用范圍,表4 常用結(jié)合劑,注：括號內(nèi)的代號是舊標(biāo)準(zhǔn)代號。,表5 常用砂輪硬度等級,注：括號內(nèi)的代號是舊標(biāo)準(zhǔn)代號；超軟，超硬未列入；表中 1 ， 2 ， 3 表示硬度遞增的順序。,腐蝕加工主要應(yīng)用概述,化學(xué)銑切,傳統(tǒng)切削加工的特點(diǎn)和局限性,以硬克軟 強(qiáng)大的機(jī)械力和機(jī)械能。,那么 一些硬度比刀具還硬高硬度工件？ 一些無法承受大機(jī)械力的脆性，高韌性，薄壁件？ 形狀復(fù)雜，刀具使用受限的工件，該如何加工？,化學(xué)銑切,專著及相關(guān)書籍 概述 化學(xué)銑切的基本原理 化學(xué)銑切的工藝過程 化學(xué)銑切的常用腐蝕液配方了解 化學(xué)銑切的特點(diǎn) 化學(xué)銑切的應(yīng)用 常用應(yīng)用舉例,一、專著及相關(guān)書籍

42、,左側(cè) 化學(xué)銑切 威廉.T.哈里斯（英） 國防工業(yè)出版社 右側(cè) 化學(xué)銑切 沈連桂編著 國防工業(yè)出版社,相關(guān)書籍,左為 特種加工 金慶同 主編 航空工業(yè)出版社 右為 特種加工技術(shù) 陳傳梁 主編 北京科學(xué)技術(shù)出版社,二、概述,腐蝕加工是特種加工的一種，腐蝕加工又叫化學(xué)銑切。 是利用酸、堿、鹽等溶液對金屬進(jìn)行化學(xué)腐蝕而改變工件尺寸和形狀的一種加工方法。 該方法已廣泛地應(yīng)用于宇航工業(yè)和電子工業(yè)中，化學(xué)銑切已成為制造宇宙飛船、火箭結(jié)構(gòu)的大型整體壁板和電子計(jì)算機(jī)的大規(guī)模集成電路所無法取代的加工方法。,三、化學(xué)銑切的基本原理,腐蝕加工作用是一種工件表面溶解作用 根據(jù)金屬腐蝕理論金屬與腐蝕液體接觸后。在相界面

43、將發(fā)生下 陽極反應(yīng)： Me= Men+ne(陽極反應(yīng)),圖9-1化學(xué)銑切加工原理1工件材料2化學(xué)溶液3化學(xué)腐蝕部分4保護(hù)層5溶液箱6工作臺,加工中需要注意的事項(xiàng),在化學(xué)銑切加工銑削加工中的金屬的溶解作用不僅沿垂直于工件表面的深度方向進(jìn)行。而且在防護(hù)層下面的側(cè)面也進(jìn)行溶解，且呈圓弧狀。 由于工件表面活性不同（晶界上晶格畸變和富集雜質(zhì)、加工硬化等 ），工件與腐蝕劑接觸后， 發(fā)生選擇性局部腐蝕 ，使粗糙度增加。因此化學(xué)銑切時，控制腐蝕劑對工件表面發(fā)生均勻腐蝕 ，才能得到滿意的加工效果。,四、化學(xué)銑切的工藝過程,圖2化學(xué)銑切工藝過程,（一）表面預(yù)處理 把工件表面的油污、氧化膜等清除干凈并在相應(yīng)的腐蝕液

44、中進(jìn)行預(yù)腐蝕。 （二） 涂防蝕層 防蝕層必須具有良好的耐酸，堿性能以及良好的粘結(jié)力。 涂后需進(jìn)行空氣固化或在適當(dāng)溫度下固化。,、預(yù)處理和涂覆,刻蝕及其尺寸的確定,當(dāng)銑削深度達(dá)到某值時，其尺寸關(guān)系可用下式表示： K=2H/(W2-W1)=H/B 式中K腐蝕系數(shù)。腐蝕體系的屬性； H腐蝕深度（mm）； B側(cè)面腐蝕寬度（mm）； W1刻型尺寸（mm） W2最終腐蝕尺寸（mm）。,圖9-3刻形尺寸關(guān)系示意圖1工件材料2保護(hù)層3刻形樣板4刻形刀5應(yīng)切除的保護(hù)層6蝕除部分,腐蝕加工,把刻劃好防蝕層圖形的毛坯，完全浸入到有腐蝕劑的槽中，并一直浸泡到使腐蝕掉的金屬厚度達(dá)到要求為止。 腐蝕速度，腐蝕深度與腐蝕時

45、間存在下列關(guān)系： V=H/T 式中：V金屬的腐蝕速度（mm/min）; H工件表面上的腐蝕深度（mm）； T腐蝕時間或浸泡時間（min）。 影響金屬腐蝕速度的主要因素是腐蝕劑的成分、濃度和溫度；工件材料的特征及熱處理狀態(tài)。,清洗與清除防蝕層,腐蝕加工完成后通常是把零件先放入專門的氧化物清洗槽內(nèi)，去除在零件表面的上留下的一層氧化物膜和反應(yīng)沉積污物，接著用水沖洗。 防蝕層的清除一般用手工操作。 但是對于細(xì)長、薄型零件應(yīng)使用化學(xué)膜溶劑，目的是把防蝕層泡脹、軟化和盡可能的降低粘附力，以便采用氣壓或水壓方法把防蝕層清除掉，或者有利于用手工剝離。,五、常用腐蝕配液,表1加工材料及腐蝕溶液,表1加工材料及腐

46、蝕溶液配方,化學(xué)銑切的特點(diǎn),1) 可加工任何難切削的金屬材料，不受任何硬度和強(qiáng)度的限制（鋁合金、鉬合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼等）。 2) 適于大面積加工，可同時加工多件。 3) 加工過程中不會產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、毛刺等缺陷，表面粗糙度可達(dá)Ra2.51.25m。 4) 加工操作技術(shù)比較簡單。 5 不適宜加工窄而深的槽和型孔等。 6 原材料中缺陷和表面不平度、劃痕等不易消除。 7 腐蝕液對設(shè)備和人體有危害，故需有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)性措施。,六、腐蝕加工的應(yīng)用,要用于在金屬表面去除一定的厚度（一般小于13毫米）的材料。例如航空、航天產(chǎn)品，為減輕結(jié)構(gòu)件的重量，產(chǎn)采用帶加強(qiáng)筋的整體件（如飛機(jī)蒙皮凹槽，宇航員座艙蜂

47、窩壁板凹槽等）,可用化學(xué)銑切出去大片低凹處材料?；瘜W(xué)銑切也可以用于機(jī)械加工之前去除材料表面硬化層。 對大面積或不宜進(jìn)行切削加工過的包庇零件內(nèi)外表面進(jìn)行材料去除，尤其適宜于全表面材料去除加工。 用以薄壁零件（厚度小于1.5毫米）零件加工復(fù)雜的型孔。 用于金屬表面刻蝕圖案、花紋、文字等。,七、應(yīng)用舉例,鋁合金的化學(xué)銑切已經(jīng)成為航空與航天工業(yè)零件成形的可靠加工方法。 LD10鋁合金筒段壁板是 火箭箱體的重要結(jié)構(gòu)零件，對于壁板零件尺寸肋條允許偏差0.75壁厚允許偏差0.15,LD10網(wǎng)格加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)壁板的化學(xué)銑切,壓氣機(jī)葉片和合金蒙皮的化銑,化學(xué)加工的未來和前景,在航空航天中的應(yīng)用極其廣泛。（飛機(jī)、火箭

48、、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、賽車、發(fā)動機(jī)（在保留高強(qiáng)度的情況下盡量減輕重量） 將其他的特種加工方法結(jié)合形成復(fù)合加工技術(shù)。 多用于國防工業(yè)，民用較少，還用很大的應(yīng)用空間。,化學(xué)加工,116,Chemical MachiningCHM,目錄,第一章 概述 第二章 化學(xué)蝕刻 第三章 光化學(xué)腐蝕 第四章 化學(xué)拋光 第五章 化學(xué)鍍膜 第六章 發(fā)展趨勢,第一章 概述,118,化學(xué)加工的應(yīng)用較早，14世紀(jì)末已利用化學(xué)腐蝕的方法，來蝕刻武士的鎧甲和刀、劍等兵器表面的花紋和標(biāo)記。19世紀(jì)20年代，法國的涅普斯利用精制瀝青的感光性能，發(fā)明了日光膠板蝕刻法。不久又出現(xiàn)了照相制版法，促進(jìn)了印刷工業(yè)和光化學(xué)加工的發(fā)展。 到了20世紀(jì)

49、，化學(xué)加工的應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大。第二次世界大戰(zhàn)期間，人們開始用光化學(xué)加工方法制造印刷電路。50年代初，美國采用化學(xué)銑削方法來減輕飛機(jī)構(gòu)件的重量。50年代末，光化學(xué)加工開始廣泛用于精密、復(fù)雜薄片零件的制造。60年代，光刻已大量用于半導(dǎo)體器件和集成電路的生產(chǎn)。,化學(xué)加工（Chemical Machining, CHM)是利用酸、堿、鹽等化學(xué)溶液對金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬溶解，改變工件尺寸和形狀（或表面性能）的一種加工方法。 化學(xué)加工的應(yīng)用形式很多，但屬于成形加工的主要有化學(xué)蝕刻和光化學(xué)腐蝕加工法。屬于表面加工的有化學(xué)拋光和化學(xué)鍍膜等。,新聞中國大客機(jī)首個大部段下線-定制特種設(shè)備全球第2臺,2014年

50、5月15日，中航工業(yè)洪都研制的國產(chǎn)C919大型客機(jī)首個大部段前機(jī)身在南昌成功下線。,新材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是當(dāng)前最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。國產(chǎn)大型客機(jī)前機(jī)身大部段采用以鋁為基、加入適量鋰的第三代鋁鋰合金材料。該材料在國內(nèi)民機(jī)應(yīng)用上尚屬首次，而洪都承接的前機(jī)身和中后機(jī)身兩個部段約占國產(chǎn)大型客機(jī)整架飛機(jī)鋁鋰合金材料的65%。這就意味著，一場圍繞掌握“新材料”核心技術(shù)的攻堅(jiān)戰(zhàn)在洪都全面鋪開，曠日持久。 自2010年承接了鋁鋰合金等直段的研制任務(wù)開始，洪都便組織實(shí)施專項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，開展新材料的應(yīng)用研究。在3個月時間里，突破了鋁鋰合金鉆孔、鉚接、鈑金成型等技術(shù)難關(guān)，隨后的幾年里，通過承接國

51、產(chǎn)大型客機(jī)前機(jī)身工作包首件、翼身組合體試驗(yàn)件以及首架前機(jī)身任務(wù)，完成了該材料的制造工藝體系，突破了制造關(guān)鍵技術(shù)，形成了鋁鋰合金鈑金成形、表面處理、化學(xué)銑切等系列工藝規(guī)范，為大型客機(jī)的順利研制提供了技術(shù)保障。,一、化學(xué)蝕刻加工,122,化學(xué)蝕刻加工又稱化學(xué)銑切(Chemical Milling簡稱CHM)。,1化學(xué)蝕刻加工的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用,1.1化學(xué)蝕刻加工的優(yōu)點(diǎn),123,1）可加工任何難切削的金屬材料，而不受硬度和強(qiáng)度的限制，如鋁合金、鉬合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼等。 2）適于大面積加工，可同時加工多件。 3）加工過程中不會產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、毛刺等缺陷，表面粗糙度可達(dá)Ra2.51.25um。

52、 4）加工操作技術(shù)比較簡單。,1.2化學(xué)蝕刻加工的缺點(diǎn),124,1）不適宜加工窄而深的槽和型孔等。 2）原材料中缺陷和表面不平度、劃痕等不易消除。 3）腐蝕液對設(shè)備和人體有危害，故需有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)性措施。 1.3化學(xué)加工的應(yīng)用范圍 1）主要用于較大工件的金屬表面厚度減薄加工。銑切厚度一般小于13mm。如在航空和航天工業(yè)中常用于局部減輕結(jié)構(gòu)件的重量，對大面積或不利于機(jī)械加工的薄壁形整體壁板的加工亦適宜。 2）用于在厚度小于1.5mm薄壁零件上加工復(fù)雜的型孔。,2.化學(xué)銑削工藝過程,125,其中主要的工序是涂保護(hù)層、刻形、化學(xué)腐蝕。,表面預(yù)處理,涂保護(hù)層（涂層厚度約0.2mm）,固化,刻形,腐蝕,清

53、洗,去保護(hù)層,（1）表面預(yù)處理 把工件表面的油污、氧化膜等清除干凈并在相應(yīng)的腐蝕液中進(jìn)行預(yù)腐蝕。 （2）涂覆及固化 在涂保護(hù)層之前，必須把工件表面的油污、氧化膜等清除干凈，再在相應(yīng)的腐蝕液中進(jìn)行預(yù)腐蝕。在某些情況下還要先進(jìn)行噴砂處理，使表面形成一定的粗糙度，以保證圖層與金屬表面粘接牢固。,127,保護(hù)層必須具有良好的耐酸、堿性能，并在化學(xué)刻蝕過程中粘接力不能下降。 常用的保護(hù)層有氯丁橡膠、 丁基橡膠、丁苯橡膠等耐蝕涂料。 涂復(fù)的方法有刷涂、噴涂、浸涂等。涂層要求均勻，不允許有雜質(zhì)和氣泡。涂層厚度一般控制在0.2mm左右。涂后需經(jīng)定時間和適當(dāng)溫度加以固化。,（3）刻形或劃線,128,刻形是根據(jù)樣

54、板的形狀和尺寸，把待加工表面的涂層去掉以便進(jìn)行腐蝕加工。刻型的方法一般采用手術(shù)刀沿樣板輪廓切開保護(hù)層，把不要的部分剝掉?？绦蜆影宥嗖捎?mm左右的硬鋁板制作。,當(dāng)銑切深度達(dá)到某值時，起尺寸關(guān)系表示： K=2H/（W2-W1）=H/B 式中K腐蝕系數(shù)，是腐蝕體系的屬性； H腐蝕深度（mm） B側(cè)面腐蝕寬度（mm） W1刻型尺寸（mm） W2最終腐蝕尺寸（mm）,（4）腐蝕 把刻劃好防腐蝕圖形的毛坯，完全進(jìn)入到有腐蝕劑的槽中，并一直浸泡到使腐蝕掉的金屬厚度達(dá)到要求為止。 腐蝕速度、腐蝕深度與腐蝕時間的關(guān)系： V=H/T 式中;V金屬的腐蝕速度（mm/min） H工件表面的腐蝕深度（mm） T腐蝕時

55、間或浸泡時間（min）,（5）清洗與清除防蝕層 腐蝕加工完成后通常是把零件先放入專門的氧化物清洗槽內(nèi)，去除在零件表面上的留下的一層氧化物膜和反應(yīng)沉積污物，接著用水沖洗。 防蝕層的清除一般用手工操作。 對于細(xì)長、薄型零件應(yīng)使用化學(xué)膜溶劑，目的是把防蝕層泡脹，軟化和盡可能的降低粘附力，以便采用氣壓或水壓方法把防蝕層清除掉，或者有利于用手工剝離。,表 加工材料及腐蝕液,表 加工材料及腐蝕液,蝕刻工藝流程示意圖標(biāo)清版.wmv,二、光化學(xué)腐蝕加工,135,光化學(xué)腐蝕加工簡稱光化學(xué)加工，(Optical Chemical Machining, OCM)是光學(xué)照相制版和光刻相結(jié)合的一種精密微細(xì)加工技術(shù)。它與

56、化學(xué)蝕刻（化學(xué)銑削）的主要區(qū)別是不靠樣板人工刻形、劃線，而是用照相感光來確定工件表面要蝕除的圖形、線條，因此可以加工出非常精細(xì)的文字圖案，目前已在工藝美術(shù)、機(jī)制工業(yè)和電子工業(yè)中獲得應(yīng)用。,2.1照相制版的原理和工藝,136,原圖,曝光,顯影,堅(jiān)模,烘烤,修正,腐蝕,照相,金屬板,涂感光膠,印刷版,將所需圖案攝影到底片上，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)，將圖案復(fù)制到涂有感光膠的銅（鋅）板上，經(jīng)堅(jiān)模固化處理，使感光膠具有一定抗腐蝕性能，最后經(jīng)過化學(xué)腐蝕，使其余涂膠被水溶解掉，從而使銅（鋅）板受到腐蝕，即將所需圖案復(fù)制（腐蝕）到銅（鋅）板上。照相制版不僅是印刷工業(yè)的關(guān)鍵工藝，而且還可以加工一些機(jī)械加工難以解決的具有復(fù)

57、雜圖形的薄板，薄片或在金屬表面上蝕刻圖案、花紋等。,整理（去膠）,137,2.1.1原圖和照相 原圖是將所需圖形按一定比例放大描繪在紙上或刻在玻璃上，一般需放大幾倍，然后通過照相，將原圖按需要大小縮小在照相底片上。照相底片一般采用涂有鹵化銀的感光板。 2.1.2金屬版和感光膠的涂覆 金屬版多采用微晶鋅版和純銅版，但要求具有一定的硬度和耐磨性，表面光整，無雜質(zhì)、氧化層、油垢等，以增強(qiáng)對感光膠膜的吸附能力。 常用的感光膠有聚乙烯醇、骨膠、明膠等。,2.1.3曝光、顯影和堅(jiān)膜,138,曝光是將原圖照相底片用真空方法，緊緊密合在己涂復(fù)感光膠的金屬版上，通過紫外光照射，使金屬版上的感光膠膜按圖像感光。照

58、相底片上不透光部分，由于擋住了光線照射，膠膜不參與光化學(xué)反應(yīng)，仍是水溶性的。照相底片上透光部分，由于參與了化學(xué)反應(yīng)，使膠膜變成不溶于水的絡(luò)合物。然后經(jīng)過顯影，使未感光的膠膜用水沖洗掉，使膠膜呈現(xiàn)出清晰的圖像。,照相制版曝光、顯影示意圖,139,為提高顯影后膠膜的抗蝕性，可將制版放在堅(jiān)膜液中進(jìn)行處理，類似于普通照相感光顯影后的定影處理。,2.1.4固化,140,經(jīng)過感光堅(jiān)膜后的膠膜，抗蝕能力仍不強(qiáng)，必須進(jìn)一步固化。聚乙烯酵膠一般在180攝氏度下固化15min，即呈深棕色。因固化溫度還與金屬板分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，微晶鋅版固化溫度不超過200攝氏度，銅版固化溫度不超過300攝氏度，時間57min，表面呈深

59、棕色為止。固化溫度過高或時間太長，深棕色變黑，致使膠裂或碳化，喪失了抗蝕能力。,2.1.5腐蝕,141,經(jīng)固膜后的金屬版，放在腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，即可獲得所需圖像。,腐蝕坡度,例如腐蝕鋅版，其保護(hù)劑是由磺化蓖麻油等主要成分組成。 腐蝕銅版的保護(hù)劑由乙烯基硫脲和二硫化甲脒組成，在三氯化鐵腐蝕液中腐蝕銅版時，能產(chǎn)生一層白色氧化層，可起到保護(hù)側(cè)壁的作用。,腐蝕坡度形成原理,側(cè)壁保護(hù)機(jī),另一種保護(hù)側(cè)壁的方法是有粉腐蝕法，其原理是把松香粉刷嵌在腐蝕露出的圖形側(cè)壁上，加溫熔化后松香粉附于側(cè)壁表面，也能起到保護(hù)側(cè)壁的作用。此法需重復(fù)許多次才能腐蝕到所要求的深度，操作比較費(fèi)事，但設(shè)備要求簡單。,2.2應(yīng)用,（1）印刷工業(yè)上印刷版的制作 （2）用于諸如微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的各種印刷電路、集成電路、柔性印刷電路、各類高導(dǎo)磁鐵芯片的微細(xì)加工。 （3）復(fù)制傳統(tǒng)加工方法難以獲得的復(fù)雜圖案、花紋、文字等的加工。,2.光刻加工的原理和工藝,(1）光刻加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 光刻是利用光致抗蝕