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精密加工技術的現狀及新發展
日期:2015-01-07  人氣:2125
精密加工方法在今天顯得越來越重要,精密加工技術已成為目 前高科技技術領域的基礎,提高精密加工的精度已成為目前迫在眉睫的問題。目前,很多學者正在這方面做著大量的研究和實驗,相信不久的將來,精密加工技術會取得長足進展。  一、精密加工技術簡介  目前,精密加工是指加工精度為1~0.1μm,表面粗糙度Ra0.1~0.01μm的加工技術,但這個界限是隨著加工技術的進步不斷變化的,今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解決的問題,一是加工精度,包括形位公差、尺寸精度及表面狀況,有時有無表面缺陷也是這一問題的核心;二是加工效率,有些加工可以取得較好的加工精度,卻難以取得高的加工效率。精密加工應該包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術。  二、幾種常用的精密加工方法及特點  傳統的精密加工方法有布輪拋光、砂帶磨削、超精細切削、精細磨削、珩磨、研磨、超精研拋技術、磁粒光整等。  砂帶磨削  是用粘有磨料的混紡布為磨具對工件進行加工,屬于涂 附磨具磨削加工的范疇,有生產率高、表面質量好、使用范圍廣等特點。 國外在砂帶材料及制作工藝上取得了很大的成就,有了適應于不同場合的砂帶系列,生產出通用和專用的砂帶磨床,而且自動化程度不斷提高(已有全自動和自適應控制的砂帶磨床),但國內砂帶品種少,質量也有待提高,對機床還處于改造階段。  精密切削  也稱金剛石刀具切削(SPDT),用高精密的機床和單晶金 剛石刀具進行切削加工,主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精密加工,如計算機用的磁鼓、磁盤及大功率激光用的金屬反光鏡等,比一般切削加工精度要高1~2個等級。例如用精密車削加工的液壓馬達轉子柱塞孔圓柱度為0.5~1μm,尺寸精度1~2μm;紅外反光鏡的表面粗糙度 Ra0.01~0.02μm,還具有較好的光學性質。從成本上看,用精密切削加工的光學反射鏡,與過去用鍍鉻經磨削加工的產品相比,成本大約是后者的一半或幾分之一。  珩磨  用油石砂條組成的珩磨頭,在一定壓力下沿工件表面往復運 動,加工后的表面粗糙度可達Ra0.4~0.1μm,可到Ra0.025μm,主要用來加工鑄鐵及鋼,不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屬。  精密研磨與拋光  通過介于工件和工具間的磨料及加工液,工件 及研具作相互機械摩擦,使工件達到所要求的尺寸與精度的加工方法。精密研磨與拋光對于金屬和非金屬工件都可以達到其他加工方法所不能達到的精度和表面粗糙度,被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工變質層很小,表面質量高,精密研磨的設備簡單,主要用于平面、圓柱面、齒輪齒面及有密封要求的配偶件的加工,也可用于量規、量塊、噴油嘴、閥體與閥芯的光整加工。  拋光  是利用機械、化學、電化學的方法對工件表面進行的一種微 細加工,主要用來降低工件表面粗糙度,常用的方法有:手工或機械拋光、超聲波拋光、化學拋光、電化學拋光及電化學機械復合加工等。  手工或機械拋光是用涂有磨膏的拋光器,在一定的壓力下,與工件表面做相對運動,以實現對工件表面的光整加工。加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μm,可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的拋光加工。手工拋光的加工效果與操作者的熟練程度有關.。  超聲波拋光是利用工具端面做超聲振動,通過磨料懸浮液對硬脆材料進行光整加工,加工精度0.01~0.02μm,表面粗糙度Ra0.1μm。超聲拋光設備簡單,操作、維修方便,工具可用較軟的材料制作,而且不需作復雜的運動,主要用來加工硬脆材料,如不導電的非金屬材料,當加工導電的硬質金屬材料時,生產率較低。  化學拋光是通過硝酸和磷酸等氧化劑,在一定的條件下,使被加工的金屬表面氧化,使表面平整化和光澤化。化學拋光設備簡單,可以加工各種形狀的工件,效率較高,加工的表面粗糙度一般為Ra≤0.2μm,但腐蝕液對人體和設備有損傷,污染環境,需妥善處理。主要用來對不銹鋼、銅、鋁及其合金的光亮修飾加工。  三、精密加工的發展趨勢  1、基于新原理的加工方法努力開發加工單位極小的精密加工方法,在加工機理的本身就使其誤差分散在1nm以下的水平。目前加工單位比較小的加工方法主要有彈性破壞加工、化學加工、離子束加工、電子束加工、等離子體加工等。目前的金剛石切削和金剛石砂輪精密磨削從其加工機理上看,其加工單位就很大。  2、開發精密的機械機構不論是加工裝置還是測量裝置,都需要 精密的機械機構,包括導軌、進給機構及軸承等,超精密空氣靜壓導軌是目前導軌,其直線度可達(0.1~0.2)μm/250mm,通過補償技術還可以進一步提高直線度,但是它沒有液體靜壓導軌的剛性大。同時,由于空氣靜壓導軌的氣膜厚度只有10μm左右,所以在使用過程中,要注意防塵。另外,在導軌的設計中,還可以用多根導軌并聯來均化氣膜的誤差。用高彈性合金、紅寶石制造的滾動導軌,系統誤差在0.5μm左右,隨機誤差可能超過0.1μm。  3、開發高精度的測試系統在目前的超精密加工領域中,對加工 精度的測量主要有兩種方法;激光檢測和光柵檢測,而光柵的應用。目前光柵的測量精度可達nm級,如北京光電儀研究中心的光柵系統可達0.1μm,俄羅斯的全息光柵系統達10nm,LG100光柵系統的分辨率可達0.1μm,測量范圍為100mm。 開發系統誤差小、精度高和可靠性高的檢測儀器和控制裝置的前提是開發高性能的傳感器以及伺服從動機構。如果開發出高性能的傳感器以及伺服機構及高精度、高速度、和高可靠性的讀出裝置,就可通過使用計算機進行檢測、分析及計算,以提高檢測精度。  4、開發適用于精密加工并能獲得高精度、高表面質量的新 型材料例如最近開發超微粉燒結金屬、非結晶金屬、超微粉陶瓷、非 結晶半導體陶瓷、復合高分子材料等。只要在上述的一個方面取得發展或突破,必將導致精密加工技術的高速發展。
 
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