精密與超精密加工技術(shù)

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1、第二章精密與超精密加工技術(shù)一.概述二.超精密切削加工技術(shù)三.超精密磨削技術(shù).超精密研磨拋光技術(shù)五、超精密加工裝備與環(huán)境、概述1、精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展是從上世紀(jì)70年代開始，主要集中在美、日、英等國，精密和超精密加工在尖端技術(shù)和現(xiàn)代武器制造屮占非常重要的地位，是機(jī)械制造業(yè)最主要發(fā)展的方向之O2、精密和超精密加工技術(shù)在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且已成為在國際競爭屮取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。3、當(dāng)代的超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿，也是明天制造技術(shù)的基礎(chǔ)。超精密加工是國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。4、加工精度進(jìn)化5、機(jī)械

2、工業(yè)提高加工精度的效益1）提問制造精度后可提崗產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提尚其穩(wěn)定性和可靠性；2）促進(jìn)產(chǎn)品的小型化；3）增強(qiáng)零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率，并促進(jìn)自動(dòng)化裝配；6、在不同的歷史時(shí)期，不同的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平情況下，對(duì)精密與超精密加工技術(shù)有不同的理解。1）精密和超精密加工是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域，它包括了所有能使零件的形狀、位置和尺寸精度達(dá)到微米和亞微米范圍的機(jī)械加工方法。2）精密和超精密只是相對(duì)而言，其間的界限隨時(shí)間的推移而不斷變化，因而精密和超精密在不同的吋期必須使用不同的尺度來區(qū)分。3）1983年日本的Taniguchi教授在考查了許多超精密加工實(shí)例的基

3、礎(chǔ)上對(duì)超精密加工的現(xiàn)狀進(jìn)行完整的綜述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。7、超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀1）超精密加工技術(shù)是一門綜合性的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展綜合地利用了機(jī)床、工具、計(jì)量、環(huán)境技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等的進(jìn)步。2）精密加工和超精密加工已從單一的技術(shù)方法發(fā)展為制造系統(tǒng)工程，簡稱精密工程。它以人、技術(shù)、組織為基礎(chǔ)，涉及超微量去除、結(jié)合、變形加工技術(shù),高穩(wěn)定性和高浄化的加工環(huán)境，檢測(cè)與誤差補(bǔ)償，工況監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制，被加工材料等。二、超精密切削加工技術(shù)超精密切削技術(shù)是60年代發(fā)展起來的新技術(shù)，它在國防和尖端技術(shù)的發(fā)展中起著重要的作用；超精密切削是使用精密

4、的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬；超精密切削可代替研磨等很費(fèi)工的精加工工序，不僅節(jié)省工時(shí)，還提高加工精度和表面質(zhì)量。1.精密切削加工基礎(chǔ)2.超精密切削刀具3.精密和超精密切削加工4.金剛石刀具的磨損1、精密切削加工基礎(chǔ)1）切削過程刀具與工件相互作用的過程，其A的是將工件上多余材料切除并在高效低成本的前提下，使工件滿足閣紙要求的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。切削變形切削層金屬在刀具作用下變成切屑大體可劃分三個(gè)變形區(qū)。第一變形區(qū)（I）:品粒的剪切滑移，伴隨產(chǎn)生加工硬化。第二變形區(qū)（II）:刀一屑接觸區(qū)，切屑沿前刀面流出時(shí)受到擠壓和摩擦，晶粒剪切滑移劇烈呈纖

5、維化；第三變形區(qū)（III）：已加工表面受到刀具刃u鈍圓和后刀面擠壓和摩擦，晶粒進(jìn)一步剪切滑移。2）最小切削厚度①超精密切削時(shí)能達(dá)到的極限最小切削厚度和金剛石刀具刀刃鋒銳度（刃口半徑P值）有關(guān)和被切材料的物理力學(xué)性能有關(guān)；②從極限最小切削厚度與刀刃刃U關(guān)系，可看到極限臨界點(diǎn)以上的被加工材料將堆積起來形成切屑，而以下的材料則經(jīng)彈塑性變形，形成加工表面。2、精密切削刀具1）超精密切削對(duì)刀具的要求：①極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。①刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。②刀刃無缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面

6、。③與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩檫系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。④不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石。2）金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，鉆石是世界上最堅(jiān)硬、成份最簡單的寶石，它是由碳元素組成的、具立方結(jié)構(gòu)的晶體。純凈的、單質(zhì)狀態(tài)的碳有三種，它們是金剛石、石墨和C60。它們是碳的三種同素異形體。金剛石晶體屬立方晶系，是典型的原子品體，每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與另外四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成正四面體。3）金剛石分子是四面體疊加而成。由于碳原子之間結(jié)合很牢固所以金剛石很硬而且耐磨。①金剛石是0前自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)。在以相對(duì)刻劃為基礎(chǔ)的摩氏

7、硬度級(jí)別屮，被列為最硬的十級(jí)。它的絕對(duì)硬度是剛玉的150倍，是石英的1500倍。努氏硬度（Knoophardness）可達(dá)10,400kg/mm2。②金剛石某些晶面的摩擦系數(shù)接近聚四氟乙烯（Teflon），空氣中為0.05—0.10，而一般潤滑用金屬和石墨為0.10。4）化學(xué)性質(zhì)：金剛石極其穩(wěn)定①室溫時(shí)抗所有酸、堿及熔劑，即使在高溫時(shí)，也抗所有的酸腐蝕。②金剛石720°C在純氧中燃燒，850°C在空氣中燃燒。除高能量粒子外，在1000°C以下，只有強(qiáng)氧化劑才能有效地腐蝕金剛石。③在真空中，1500°C以上金剛石開始向石墨轉(zhuǎn)變。④金剛石在加工過程中易和鐵族元

8、素鍵合而金屬化失效，與鐵族金屬冇較強(qiáng)的親和力。5）金剛石晶體的解理