精密和超精密磨削

1、第第4章章 精密和超精密磨削精密和超精密磨削4.1精密和超精密磨削概述4.1.1精密和超精密磨料加工方法分類4.1.2 精密和超精密磨削精密和超精密磨削的精度和粗糙度4.1.3 精密和超精密磨削的砂輪特性精密和超精密磨削的砂輪特性 （1）磨料）磨料各種磨料主要性能各種磨料主要性能精密和超精密磨削的砂輪磨料精密和超精密磨削的砂輪磨料 （2） 磨料粒度及選擇（3）結合劑及其選擇（4）組織和濃度及其選擇以磨粒率表示的磨具組織及其應用范圍以磨粒率表示的磨具組織及其應用范圍 根據(jù)國標根據(jù)國標CB 248484 超硬磨料磨具濃度的選擇超硬磨料磨具濃度的選擇超硬磨料磨具濃度與磨料含量的關系超硬磨料磨具濃度與

2、磨料含量的關系（5）硬度及其選擇磨具硬度等級名稱及其代號磨具硬度等級名稱及其代號 （6）磨具的）磨具的強度及其選擇強度及其選擇 （7）磨具形狀和尺寸及其選擇形狀和尺寸及其選擇 普通磨料磨具的標志普通磨料磨具的標志 國標GB2484-84 國際標準國際標準ISO 超硬磨料磨具的標志超硬磨料磨具的標志 4.1.4超硬磨料磨具的結構超硬磨料磨具的結構4.1.5 涂附磨具涂附磨具的結構及其制造 4.2 普通砂輪精密磨削4.2.1 精密磨削機理精密磨削機理磨粒的微刃性與等高性精密磨削時的砂輪修整單粒金剛石車削單粒金剛石車削修整方法 241.美國美國Advanced superabrasives Inc.

3、 http:/ 價格價格$75,000252.美國美國Rush Machinery Inc. http:/ 價格價格$83,000 修整機原理修整機原理CCD鏡頭部分XY無火花磨削無火花磨削1.粗粒度砂輪（粗粒度砂輪（PA60KV）2.細粒度砂輪（細粒度砂輪（WA/GCW10KR） 4.2.2采用彈性砂輪精密磨削4.2.3 精密磨床4.2.4 精密磨削用量4.3 4.3 超硬磨料砂輪精密磨削超硬磨料砂輪精密磨削.1超硬砂輪精密磨削的機理超硬砂輪精密磨削的機理.2超硬磨料砂輪磨削特點及應用范圍超硬磨料砂輪磨削特點及應用范圍 4.3.3 超硬磨料砂輪的修整超硬磨料砂

4、輪的修整金剛石車削金剛石車削修整方法磨削法磨削法其它磨削法其它磨削法n研磨法：研磨法：用鑄鐵平臺用鑄鐵平臺手工研磨修整端面砂手工研磨修整端面砂輪，效率低。輪，效率低。n磨削軟鋼法：磨削軟鋼法：利用磨利用磨削時的長切屑刮除結削時的長切屑刮除結合劑。合劑。杯型砂輪修整器結構圖杯型砂輪修整器結構圖游離磨料擠軋修銳法游離磨料擠軋修銳法氣壓噴砂法氣壓噴砂法液壓噴砂法液壓噴砂法電解修銳法電解修銳法雙電極電解修銳法雙電極電解修銳法電火花修整法電火花修整法超聲波振動修整法超聲波振動修整法激光修整法激光修整法4.3.4 砂輪的平衡機電式平衡系統(tǒng)機電式平衡系統(tǒng)裝有機電式動平衡系統(tǒng)的砂輪主軸裝有機電式動平衡系統(tǒng)的砂

5、輪主軸液體注入式平衡技術液體注入式平衡技術電電液液平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)液、汽式動平衡技術液、汽式動平衡技術4.3.5超硬砂輪精密磨削的磨床超硬砂輪精密磨削的磨床 4.4 4.4 超精密磨削超精密磨削 4.4.1超精密磨削的產(chǎn)生超精密磨削的產(chǎn)生4.4.2 4.4.2 超精密磨削的機理超精密磨削的機理超精密磨削的機理超精密磨削的機理平面磨削時的切屑形狀平面磨削時的切屑形狀 單顆粒磨削的切入模型單顆粒磨削的切入模型 4.4.3 典型的超精密磨削技術在線電解修在線電解修銳銳(Electrolytic in-process Dressing，ELID)鏡面鏡面磨削技術磨削技術 ELIDELID

6、磨削磨削的的原理原理在平面磨床上進行在平面磨床上進行ELID磨削的裝置磨削的裝置ELID磨削的特點ELID磨削的表面粗糙度磨削的表面粗糙度ELID磨削的磨除率磨削的磨除率ELID磨削的硬質合金試件磨削的硬質合金試件硬質合金平面加工硬質合金平面加工ELID磨削的陶瓷試件磨削的陶瓷試件氮化硅陶瓷外圓加工氮化硅陶瓷外圓加工ELID磨削的應用 細粒度含石墨彈性結合劑砂輪細粒度含石墨彈性結合劑砂輪鏡面磨削鏡面磨削鏡面磨削機理鏡面磨削機理磨削結果 硬脆材料延性域磨削（Ductile-Regime Grinding）塑性磨削塑性磨削機理單晶硅片的延性域磨削機理單個磨粒最大切削深度

7、agmax小于脆性材料的臨界切削深度agc，即agmax agc agc = 0/ (tan2 ) 1/ 2 ( KIC/ H) 2式中 0 系數(shù)，取值為1350020000 壓頭幾何因子，維氏壓頭，= 2 H 脆性材料的硬度 KIC 脆性材料的斷裂韌性 壓頭與磨粒錐頂半角問題：問題：如何使單顆粒磨削劃痕試驗更接近于實際？如何使單顆粒磨削劃痕試驗更接近于實際？如何判別脆性域如何判別脆性域塑性域轉變？塑性域轉變？如何確定臨界切削深度？如何確定臨界切削深度？普通的單顆磨粒磨削試驗方法脆性材料金剛石壓痕試驗單顆金剛石磨粒磨削單晶硅的新實驗方法真空吸盤切削方向硅片單顆金剛石磨粒切削深度硅片輪廓線 工作

8、臺硅片金剛石磨粒工作臺主軸砂輪主軸法蘭盤單顆磨粒磨痕的掃描電鏡SEM照片脆性域脆性域延性域延性域磨粒切削深度減小磨粒切削深度減小單顆金剛石磨粒磨削單晶硅的實驗結果脆性延性域轉變時的磨削劃痕的三維形貌 脆性域單顆粒磨削劃痕的三維形貌 延性域磨削劃痕的三維形貌 單顆粒磨削劃痕的顯微鏡照片單顆粒磨削劃痕的顯微鏡照片單顆金剛石磨粒磨削單晶硅的實驗結果單顆金剛石磨粒磨削單晶硅的實驗結果亞表面裂紋與磨痕深度變化關系亞表面裂紋與磨痕深度變化關系Nomarski Nomarski 顯微照片顯微照片(6(6角度拋光角度拋光) ) 脆性域脆性域塑性域轉變的判別：塑性域轉變的判別：兩方面：表面微觀形貌亞表面裂紋特征

9、兩方面：表面微觀形貌亞表面裂紋特征 塑性磨削塑性磨削對磨床的要求對磨床的要求4.4.4 4.4.4 超精密磨削的特點超精密磨削的特點4.4.5 4.4.5 超精密磨削的應用超精密磨削的應用 4.4.5 4.4.5 超精密磨削的應用超精密磨削的應用 4.4.5 4.4.5 超精密磨削的應用超精密磨削的應用 4.4.5 4.4.5 超精密磨削的應用超精密磨削的應用 4.4.5 4.4.5 超精密磨削的應用超精密磨削的應用 4.4.6 4.4.6 超精密磨削的磨床超精密磨削的磨床 超精密磨床的特點超精密磨床的特點 超精密磨床的結構超精密磨床的結構 4.4

10、.6.3 超精密磨床的應用實例超精密磨床的應用實例 NANOGRINDER/4工作原理圖日本日本Tokyo Seimitsu公司研制的拋磨機床公司研制的拋磨機床（polish grinders） 超精密磨削和磨拋的硅片表面損傷層超精密磨削和磨拋的硅片表面損傷層超精密磨削超精密磨削損傷層深度損傷層深度 0.4m損傷層深度損傷層深度 0.1m超精密磨拋超精密磨拋這種磨床具有很高的靜、這種磨床具有很高的靜、動態(tài)剛性和優(yōu)良的熱平衡結動態(tài)剛性和優(yōu)良的熱平衡結構，可以在隔離環(huán)境振動和構，可以在隔離環(huán)境振動和溫度的條件下進行高速超精溫度的條件下進行高速超精密磨削。密磨削。 用于磨削單晶硅、陶瓷用于磨削單晶硅、陶瓷和玻璃等硬脆材料，達到和玻璃等硬脆材料，達到