Анотація:Ця стаття знайомить із принципами обробки, характеристиками, об’єктами обробки та застосуванням кількох сучасних методів надточного шліфування та полірування.
Ключові слова:надточне шліфування; Еластична емісійна обробка; Механохімічне подрібнення; Магнітне шліфування; Ультразвукове шліфування
1. Огляд
Технологія надточної обробки відзначає рівень машинобудівної промисловості країни, відіграючи дуже важливу роль у покращенні продуктивності, якості, тривалості життя, а також у дослідженні та розробці високотехнологічних продуктів оптоелектронної та механічної продукції. Наразі ультраточна обробка стосується похибок обробки менше ніж 0.01 мкм. Шорсткість поверхні менше Ra0,025 μ Обробка m, також відома як обробка субмікронного рівня. Тепер ультраточна обробка увійшла в нанорозмір, відомий як нанообробка.
У надточній обробці впровадження надточного різання та надточного шліфування значною мірою залежить від підтримки технологічного обладнання, інструментів та інших пов’язаних технологій. Через вплив і обмеження його принципів обробки та факторів навколишнього середовища дуже важко досягти вищої точності обробки. Завдяки своїм унікальним принципам обробки та низьким вимогам до технологічного обладнання та факторів навколишнього середовища, надточне шліфування та полірування може досягти обробки на нанорозмірному або навіть атомному рівні, і стало важливою частиною технології надточної обробки.
2. Кілька ультраточних методів шліфування та полірування
2.1 Метод надточного шліфування та полірування на основі механічної дії Метод надточного шліфування та полірування, заснований на механічній дії, заснований на механічній дії мікроабразивних частинок для мікровидалення обробленої поверхні, досягаючи високоточної обробки поверхні.
2.1.1 Еластична емісійна обробка — це надточний метод шліфування, який дозволяє досягти високої точності обробки та низької шорсткості поверхні.
Під час обробки поліуретанові кульки використовуються як обробні головки, а шліфувальна рідина, що містить дрібні абразивні частинки (0.1-0,01 мкм), додається між високошвидкісною обертовою обробною головкою та поверхнею деталь, що підлягає обробці, створюючи певний тиск. Реактивний потік і відцентрова сила, що генеруються високошвидкісною обертовою обробною головкою, змушують абразивні частинки стикатися або терти поверхню заготовки, що призводить до атомарної комбінації еластичних руйнівних матеріалів, таким чином видаляючи матеріали з поверхні заготовки. Це може запобігти внутрішньому зсуву та дефектам матеріалу, але також може створити невелику кількість «пружного пошкодження» (тобто обробка без перешкод), таким чином досягаючи обробки на атомарному рівні. І може отримати дуже чудові поверхні. При обробці кремнієвих пластин можна отримати бездефектну поверхню, еквівалентну корозійній обробці.
Якщо для поліуретанових куль і верстаків використовується пристрій ЧПУ, то можна виконувати обробку поверхні заготовки. Він може досягти як видалення пружності на атомарному рівні, так і оптимальної точності геометричної форми. На малюнку 2 показано пристрій для обробки пружного запуску з ЧПК. Весь пристрій являє собою триосьову систему ЧПК з поліуретановими кульками, встановленими на шпинделі ЧПК, які обертаються двигуном із змінною швидкістю з навантаженням 2 Н. Під час обробки поверхні кремнієвих пластин використовуйте діаметр 0.1 мкМ порошок діоксиду цирконію викидається на поверхню заготовки зі швидкістю 100м/с і кут падіння 20 градусів до горизонтальної площини з точністю обробки ± 0,1 мкм. Шорсткість поверхні Ra0,0005 μ Нижче m.
2.1.2 Плаваюче шліфування та полірування
Принципова схема обробки полірування плаваючим шліфуванням показана на малюнку 3 (малюнок 3 опущено). Він використовує принцип механіки рідини, щоб змусити полірувальну машину плавати від заготовки, і робить кілька клинових канавок на поверхні заготовки полірувальної машини. Коли полірувальна машина обертається з високою швидкістю, заготовка або полірувальна машина плаває внаслідок динамічного тиску масляного клина, а абразивні частинки між ними полірують поверхню заготовки. Плаваючим поліруванням можна обробляти поверхні заготовок з високою площинністю, без згинання торця або деформаційних дефектів. Плаваюче полірування можна використовувати для поверхні магнітного зазору комп'ютерних головок. Надточна обробка оптичних компонентів і підкладок із функціонального керамічного матеріалу може запобігти різниці між межами зерен шляхом вибору відповідних полірувальних рідин і хімічних добавок. Навіть полікристалічні матеріали можуть досягти шорсткості поверхні Ra0.002 μ Поверхня m. Використовуйте надзвичайно м’який графіт і водорозчинний LiF, щоб відполірувати дуже твердий сапфір {0001}. Його шорсткість поверхні може досягати Ra0,00008 мкМ. Приймаючи плаваюче шліфування та полірування, без використання пристосувань, радіус згортання торцевої поверхні може становити лише 0,01 мкм. Поверхня після плаваючого шліфування та полірування має хороші характеристики кристалізації, а також відсутній залишковий тиск на оброблену поверхню.
2.1.3 Магнітне шліфування
Магнітне шліфування - це новий метод шліфування, який використовує дію магнітного поля. Він може ефективно та швидко виконувати надточну обробку різних матеріалів, розмірів і структурних деталей. Це низькі інвестиції, висока ефективність, універсальність і високоякісний метод обробки подрібнення.
Магнітне плаваюче шліфування. Він утворюється магнітною рідиною під дією магнітного поля (що складається з магнітних частинок, поверхнево-активних речовин і рідких носіїв, таких як вода та олія), що змушує зважений немагнітний абразив шліфувати та полірувати обертову заготовку під потоком. і плаваюча дія магнітної рідини, тим самим покращуючи якість і ефективність фінішної обробки. Він може отримати Ra менше або дорівнює 0.01 мкМ має стійкий шар для обробки поверхні та може шліфувати та полірувати заготовки зі складною формою поверхні.
Цей процес обробки виник у 1940-х роках у Сполучених Штатах. Завдяки постійному розширенню та вдосконаленню технології та обладнання, а також застосуванню методу кінцевих елементів для моделювання процесу магнітного полірування, характеристики руху магнітної рідини та абразивних частинок під впливом магнітної індукції були проаналізовані, що значно сприяло розвитку та застосуванню цього процесу.
Магнітне шліфування магнітних абразивів. Принципова схема показана на рисунку 4 (рисунок 4 скорочено). Під час магнітного шліфування деталь поміщається в магнітне поле, утворене двома магнітними полюсами, а магнітний абразив поміщається в зазор між деталлю та магнітними полюсами. Під дією сили магнітного поля абразиви акуратно розташовуються вздовж напрямків магнітних силових ліній, утворюючи м'яку і жорстку «магнітну шліфувальну щітку». Коли заготовка обертається в магнітному полі і зазнає осьової вібрації, між заготовкою і абразивом виникає відносний рух, і «абразивна щітка» шліфує поверхню заготовки.
Магнітне шліфування має такі характеристики:
Змінюючи силу магнітного поля, можна легко контролювати тиск шліфування;
Завдяки зазору (1-4 мм) між магнітним полюсом і поверхнею заготовки гнучке шліфування за допомогою «абразивної щітки» можна використовувати не лише для циліндричного та плоского шліфування, а й для шліфування нерівних поверхонь і вільні поверхні;
За умови, що структура магнітного полюса фіксована, силу шліфування можна регулювати за допомогою щільності магнітного потоку, а процес обробки можна легко автоматизувати;
Абразив безперервно котиться і змінює положення вздовж поверхні обробки, завдяки чому він має хороші характеристики самофрезерування;
Магнітні матеріали обмежені між магнітними полюсами і не забруднюють робоче середовище;
Висока ефективність обробки;
Він може подрібнювати як феромагнітні, так і неферомагнітні матеріали.
Магнітне шліфування підходить для шліфування, полірування та видалення задирок точних деталей, таких як внутрішні та зовнішні доріжки кочення підшипників, золотникові клапани, шестеренні насоси, друковані плати, форми, корпуси годинників, леза тощо. Його можна використовувати не лише для деталей із магнітних матеріалів, таких як залізо, вуглецева сталь і легована сталь, але також для немагнітних металевих матеріалів, таких як латунь, нержавіюча сталь і титанові сплави, а також неметалевих матеріалів, таких як кераміка та кремнієві пластини.
Завдяки сильній адаптивності та широкому діапазону застосування магнітне шліфування є дуже перспективним методом надточної обробки. Надалі магнітне шліфування буде розвиватися в наступних двох напрямках:
Розробити нові магнітні абразиви з кращою магнітною провідністю та більшою міцністю та твердістю;
Шліфуйте деталі складної форми за допомогою обертового магнітного поля.
2.1.4 Електролітичне магнітно-абразивне полірування
Електролітичне магнітно-абразивне полірування - це комбінація електрохімічної обробки та магнітно-абразивного полірування. Принципова схема обробки показана на малюнку 5. Анодне підключення струму та напруги до заготовки, катодне з’єднання з інструментом і катодне з’єднання з частиною заготовки, де мають бути видалені задирки. Електроліт приводиться в рух насосом і протікає через катод через зону задирок заготовки анода, щоб досягти рефлюксного бака. Деталь обертається з певною швидкістю, зазнаючи осьової вібрації. Прикладіть сильне магнітне поле постійного струму в площині, перпендикулярній до осі заготовки та лінії електропередачі, заповніть магнітне поле вільним магнітним абразивом, і «абразивна щітка», що складається з магнітного абразиву, швидко вдарить по поверхні заготовки, щоб видалити виступаючі задирки та досягти плавної обробки.
Цей композитний метод шліфування підходить для точного зняття задирок і фінішної обробки матеріалів високої міцності, високої твердості та високої в’язкості. Його ефективність вдвічі перевищує ефективність методу шліфування силою магнітного поля, і він може покращити шорсткість поверхні заготовки на два рівні без утворення вторинних задирок після обробки.
2.2 Метод надточного подрібнення на основі механохімічної взаємодії
Механохімічне шліфування - це процес шліфування, який відбувається під впливом мікрочастинок порошку та хімічної дії шліфувальної рідини, видаляючи незначну кількість матеріалу з поверхні заготовки. Цей спосіб відрізняється хорошою економічністю і високою продуктивністю. Він не тільки може досягти високого рівня шорсткості поверхні, але й геометрична точність обробки також дуже висока, і на обробленій поверхні майже немає шару пошкодження, що має важливе прикладне значення для обробки мікроелектронних функціональних матеріалів.
Шліфувальний диск відлитий шаром олова, а по окружності прорізані канавки. Алмазними фрезами ріжуть торець шліфувального диска, завдяки чому він має високу площину і дзеркальну поверхню. Шліфувальний диск і вал заготовки обертаються з високою точністю зі швидкістю {{0}}об/хв, а заготовка фіксується на валу заготовки. Напрямок обертання валу заготовки та шпинделя шліфувального диска однаковий. Під дією ефекту динамічного тиску рідини заготовка підвішується на шліфувальному диску з плаваючим зазором у кілька мікрометрів, і заготовка піддається шліфуванню під хімічною дією шліфувальної рідини та ударом мікрочастинок порошку. Надточна шліфувальна машина SP46 виробництва Інституту промислових технологій Нагоя в Японії є типовою надточною шліфувальною машиною, заснованою на механохімічних взаємодіях. Ця машина використовує 0.02 мкм. Шорсткість поверхні кремнієвих пластин, оброблених частинками мікропорошку m SiO2, може досягати 2 нм, а залишкова напруга майже дорівнює нулю. Відшліфуйте оптичне скло BK7 діаметром 100 мм і товщиною 30 мм на цьому верстаті з площинністю 0,031 мкм. Шорсткість поверхні RMS (середнє квадратичне відхилення) може досягати 3,8 нм.
Через низьку швидкість видалення матеріалу при цьому методі шліфування необхідно, щоб сама заготовка мала певний ступінь точності та якості поверхні. Перед шліфуванням слід контролювати точність оброблюваної заготовки в межах: площинності ({{0}}) мкм. Шорсткість поверхні RMS (0.1-0.2) μ У діапазоні m. Інакше це може призвести до неможливості досягти шліфування, що призведе до пошкодження заготовки.
2.3 Шліфування та полірування поверхні рідиною
Рідке полірування поверхонь, також відоме як полірування на гідроплані. Важливою особливістю цього способу шліфування є відсутність використання абразивів. Під час полірування тиском рідини утворюється зазор між заготовкою та полірувальним диском (кристалічна плоска пластина), а рух корозійної рідини використовується для полірування. Тому це хімічний метод обробки від корозії. Корозійний розчин, який використовується для обробки, являє собою суміш метанолу, етиленгліколю та брому. В основному використовується для обробки поверхні CaAs і InP підкладок.
2.4 Гідратаційне шліфування та полірування
Полірування гідратаційним шліфуванням — це метод полірування шліфуванням, який активно використовує генерацію реакцій гідратації на критичній поверхні розділу заготовки. Його головна особливість полягає в тому, що він не використовує абразивних частинок або рідин для обробки, а пристрій для обробки подібний до використовуваної зараз полірувальної машини, лише обробка в середовищі водяної пари. З цієї причини намагайтеся уникати використання диска для полірування матеріалу, який може спричинити реакцію сухого середовища з заготовкою. Під час обертання полірувального диска тримач заготовки рухається вперед-назад на ньому. Під час процесу гідратного полірування два об’єкти створюють відносне тертя та створюють високу температуру та тиск у зоні контакту, що призводить до активації атомів або молекул на поверхні заготовки. Шар гідратації утворюється на поверхні основи шляхом взаємодії молекул перегрітої водяної пари та води. За допомогою перегрітої водяної пари (невільних абразивних частинок) шар гідратації відокремлюється і видаляється з поверхні заготовки. Товщина видалення становить кілька десятих нанометра, тому можна отримати чисту поверхню без подряпин, гладкий блиск і спотворення.
Гідратаційне шліфування дуже підходить для надточної обробки кристалів сапфіру та селеніду цинку (оптичних елементів для CO2-лазерів), які вимагають хорошої гладкості поверхні, високої площинності, відсутності спотворень кристала та високої чистоти. Крім того, як гідрофільні матеріали, скло, кришталь, MgO, Y2O3, MgAl2O4 тощо також повинні бути відполіровані гідратацією.
2.5 Ультразвукове шліфування та полірування
Ультразвукове шліфування та полірування - це безконтактний метод надточного шліфування. Підтримуйте фіксований зазор між торцем ультразвукової вібраційної головки інструменту та поверхнею заготовки δ і заповніть її мікроабразивною робочою рідиною. Коли ультразвуковий вібраційний інструмент вібрує з певною частотою, він змушує мікроабразивні частинки впливати на поверхню заготовки, таким чином шліфуючи поверхню заготовки.
Під час ультразвукового шліфування велика кількість абразивних частинок впливають на оброблену поверхню імпульсно з тією ж частотою, що й ультразвукова вібрація, видаляючи або змінюючи вихідний метаморфічний шар на поверхні заготовки та утворюючи новий метаморфічний шар ( тобто поверхневий обробний шар) під ним. Якщо вибір параметрів процесу, таких як значення амплітуди, тиск шліфування та швидкість інструменту, є розумним, щойно створений метаморфічний шар може бути тоншим і одноріднішим, у результаті чого поверхня майже не пошкоджена. Ультразвукове шліфування має широкий спектр застосувань і може обробляти різні тверді та крихкі матеріали, включаючи плоскі поверхні та складні вигнуті поверхні. Зараз за допомогою ультразвукового шліфування можна просвердлити невеликі отвори діаметром {{0}}.1-1.0 мм у склі товщиною 3 мм. У той же час швидкість його резекції за одиницю часу є відносно високою, що вимагає складної техніки та відносно простого обладнання, що забезпечує високі техніко-економічні переваги. У багатьох ситуаціях, таких як свердління невеликих отворів у склі або обробка надтонких заготовок, ультразвукове шліфування є процесом, який варто вибрати, або єдиним процесом, який можна вибрати.
2.6 Полірування іонним променем
На відміну від традиційного механічного методу полірування, полірування іонним променем використовує заряджені високоенергетичні атоми або іони (іони мають вищу масу, ніж атоми, тому можна отримати більшу кінетичну енергію), які вистрілюють у заготовку іонною гарматою у вакуумі. . Коли іони з високою енергією потрапляють на поверхню заготовки, матеріал у точці удару видаляється на атомарному рівні. Кількість видаленого матеріалу залежить від часу розпилення іонного променя в цій точці. Оскільки полірування іонним променем видаляє матеріали на атомарному рівні, швидкість видалення матеріалу низька. Тому перед використанням цього методу заготовку необхідно попередньо відполірувати традиційними методами. Після основного задоволення вимог до точності форму поверхні заготовки (наприклад, сферичну поверхню, асферичну поверхню, асиметричну вільну поверхню тощо) можна виправити з високою точністю за допомогою полірування іонним променем. Незважаючи на те, що виробництво іонно-променевого полірування вимагає значних інвестицій у обладнання та високих експлуатаційних витрат, все одно необхідно використовувати методи іонно-променевого полірування для деяких великих оптичних дзеркал із особливими вимогами до високої точності.
Порівняно з традиційними методами оптичної обробки метод полірування іонним променем має наступні переваги:
(1) Він може реалізувати детерміновану надточну обробку матеріалів на атомарному рівні;
(2) Повне виправлення помилок форми поверхні може бути досягнуто за допомогою одного процесу обробки;
(3) Не чутливий до зовнішньої вібрації навколишнього середовища, зміни температури та стабільності навантаження;
(4) Через те, що полірування іонним променем необхідно проводити у вакуумі, процеси полірування та нанесення покриття можна проводити в одному вакуумному резервуарі;
(5) Заготівля не матиме ефектів країв згортання та викривлення.
3 Висновок
Наведені вище методи надточного шліфування та полірування принципово відрізняються від традиційних методів шліфування
Детальніше про WBM Високохромовані сталеві кулі:
G5, G10, G16 Наша куля Chrome зазвичай виготовляється відповідно до стандартів GBT 308.1-2013 і ISO 3290-1:2014. Твердість буде налаштована відповідно до ваших вимог.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
