金屬工藝學精密加工

精密加工研磨珩磨拋光超精密加工研磨lapping利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行的精整加工。研磨可用于加工各種金屬和非金屬材料，加工的表面形狀有平面，內、外圓柱面和圓錐面，凸、凹球面，螺紋，齒面及其他型面。加工精度可達IT5～01，表面粗糙度可達Ra0.63～0.01微米。研磨方法一般可分為濕研、干研和半干研3類。①濕研：又稱敷砂研磨，把液態(tài)研磨劑連續(xù)加注或涂敷在研磨表面,磨料在工件與研具間不斷滑動和滾動,形成切削運動。濕研一般用于粗研磨。②干研：又稱嵌砂研磨，把磨料均勻在壓嵌在研具表面層中，研磨時只須在研具表面涂以少量的硬脂酸混合脂等輔助材料。干研常用于精研磨。③半干研：類似濕研，所用研磨劑是糊狀研磨膏。研磨既可用手工操作，也可在研磨機上進行。工件在研磨前須先用其他加工方法獲得較高的預加工精度，所留研磨余量一般為5～30微米研具研具是使工件研磨成形的工具，同時又是研磨劑的載體，硬度應低于工件的硬度，又有一定的耐磨性，常用灰鑄鐵制成。濕研研具的金相組織以鐵素體為主；干研研具則以均勻細小的珠光體為基體。研磨M5以下的螺紋和形狀復雜的小型工件時，常用軟鋼研具。研磨小孔和軟金屬材料時，大多采用黃銅、紫銅研具。研具應有足夠的剛度，其工作表面要有較高的幾何精度。研具在研磨過程中也受到切削和磨損，如操作得當，它的精度也可得到提高，使工件的加工精度能高于研具的原始精度研磨工藝特點正確處理研磨的運動軌跡是提高研磨質量的重要條件。在平面研磨中，一般要求：①工件相對研具的運動，要盡量保證工件上各點的研磨行程長度相近；②工件運動軌跡均勻地遍及整個研具表面，以利于研具均勻磨損；③運動軌跡的曲率變化要小，以保證工件運動平穩(wěn)；④工件上任一點的運動軌跡盡量避免過早出現(xiàn)周期性重復。圖常用的平面研磨運動軌跡為常用的平面研磨運動軌跡。為了減少切削熱，研磨一般在低壓低速條件下進行。互相配合的工件常采用配研方法。配研前，兩工件先需要經過單件研磨，然后在兩工件配合表面間加入研磨劑，兩工件互為研具，通過配研消除阻礙精密配合的微觀峰部，使配合表面相互吻合珩磨honing用鑲嵌在珩磨頭上的油石（也稱珩磨條）對精加工表面進行的精整加工。珩磨主要用于加工孔徑為5～500毫米或更大的各種圓柱孔，如缸筒、閥孔、連桿孔和箱體孔等，孔深與孔徑之比可達10，甚至更大。在一定條件下，珩磨也能加工外圓、平面、球面和齒面等。圓柱珩磨的表面粗糙度一般可達Ra0.32～0.08微米，精珩時可達Ra0.04微米以下,并能少量提高幾何精度,加工精度可達IT7～4。平面珩磨的表面質量略差。珩磨工藝特點珩磨一般采用珩磨機，機床主軸與珩磨頭一般是浮動聯(lián)接；但為了提高糾正工件幾何形狀的能力，也可以用剛性聯(lián)接。珩孔時,珩磨頭外周一般鑲有2～10根油石，由機床主軸帶動在孔內旋轉,并同時作直線往復運動,這是主運動；同時通過珩磨頭中的彈簧或液壓力控制油石均勻外漲,對被加工的孔壁作徑向進給。外圓、平面的珩磨原理和操作要求與內圓珩磨相同。珩磨余量一般不超過0.2毫米。圖1內圓珩磨示意圖為內圓珩磨示意圖。珩磨頭每分鐘往復次數(shù)與轉數(shù)之比應取非整數(shù)，使磨料在工件表面形成的加工痕跡成為交叉的網(wǎng)紋而不相重復。圖2珩磨運動軌跡為單條油石在孔內珩磨時的運動軌跡。油石上下往復一次，工件回轉一圈多。超精加工superfinishing利用裝在振動頭上的細粒度油石對精加工表面進行的精整加工。超精加工一般安排在精磨工序后進行，其加工余量僅幾微米，適于加工曲軸、軋輥、軸承環(huán)和各種精密零件的外圓、內圓、平面、溝道表面和球面等。圖外圓超精加工示意圖.在充分的冷卻潤滑條件下，安裝在振動頭上的細粒度油石以壓力P（一般取0.05～0.3兆帕）與工件接觸，并作振幅為A（一般取1～6毫米）、頻率為f（一般取5～50赫）的縱向振動;工件作轉速為n的旋轉運動超精加工工藝特點超精加工過程可分為4個階段:①開始時油石磨掉粗糙凸峰的強烈切削階段；②工件粗糙層被磨除后的正常切削階段；③磨粒變鈍，其作用是由切削過渡到摩擦拋光的微弱切削階段；④油石和工件已很光滑，接觸面積大大增加，因而壓強下降，磨粒已不能穿破油膜與工件接觸，于是進入停止切削階段。與磨削比較，超精加工能在幾秒至幾十秒鐘內，把工件的表面粗糙度由Ra0.63～0.16微米改善到Ra0.08～0.01微米，并能有效地去除磨削產生的振痕、波紋、螺旋線等缺陷以及極易磨損的凸峰和變質層等，從而大大提高工件的使用壽命拋光polishing利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對工件表面進行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤（消光）.拋光工藝特點通常以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成,兩側用金屬圓板夾緊,其輪緣涂敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。拋光時，高速旋轉的拋光輪（圓周速度在20米／秒以上）壓向工件，使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削，從而獲得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可達Ra0.63～0.01微米;當采用非油脂性的消光拋光劑時，可對光亮表面消光以改善外觀。超精密加工

ultraprecisionmachining發(fā)展：20世紀60年代為了適應核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術的需要而發(fā)展起來的精度極高的一種加工技術。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可達10納米（1納米=0.001微米）級,表面粗糙度達1納米,加工的最小尺寸達1微米，正在向納米級加工尺寸精度的目標前進。納米級的超精密加工也稱為納米工藝(nano-technology)。超精密加工是處于發(fā)展中的跨學科綜合技術。超精密加工的特點超精密加工的精度比傳統(tǒng)的精密加工提高了一個以上的數(shù)量級，除需要采用新的加工方法或新的加工機理之外,對工件材質,加工設備、工具、測量和環(huán)境條件等都有特殊的要求。工件材質必須極為細致均勻，并經適當處理以消除內部殘余應力,保證高度的尺寸穩(wěn)定性,防止加工后發(fā)生變形。超精密加工超精密加工主要分為超精密切削加工超精密特種加工

超精密切削加工主要有超精密車削、鏡面磨削和研磨等。在超精密車床上用經過精細研磨的單晶金剛石車刀進行微量車削,切削厚度僅1微米左右，常用于加工有色金屬材料的球面、非球面和平面的反射鏡等高精度、表面高度光潔的零件。例如加工核聚變裝置用的直徑為800毫米的非球面反射鏡，最高精度可達0.1微米，表面粗糙度為Rz0.05微米。超精密特種加工加工精度以納米，甚至最終以原子單位(原子晶格距離為0.1～0.2納米)為目標時，切削加工方法已不能適應，需要借助特種加工的方法，即應用化學能、電化學能、熱能或電能等，使這些能量超越原子間的結合能，從而去除工件表面的部分原