超精密研磨抛光的主要新技术
先进制造——超声研磨技术
超声研磨加工技术摘要：本文介绍了一种基于新加工原理的先进超精密研磨技术——超声研磨。
首先简要介绍了磨削技术的发展现状并通过加工模型简述了其加工原理；然后从加工工艺及加工设备等方面阐述了其加工特点；最后以其在模具行业的应用为例，从加工设备、工艺分析等方面进行了简要分析。
关键词：超声加工；超声研磨；超精密加工；先进制造技术0、引言随着汽车、航空航天等行业的发展，陶瓷、玻璃、硬质合金等材料应用日益广泛。
这些材料硬度高、零件形状复杂、加工精度高，传统的磨削方式难以满足要求[1]。
超声研磨不仅能加工脆硬金属材料，而且能加工玻璃、陶瓷、半导体等不导电的非金属脆硬材料，特别适合电火花加工或铣削加工表面的研磨，对电火花线切割加工表面的软化层和电火花成型加工表面的硬化层均能快速研磨，改善其表面质量。
1、研磨技术现状相对于传统的研磨技术而言，目前，一些基于机械作用、机械—化学作用的超精密研磨技术以及液面研磨抛光技术的研究应用[2]，在超精密磨削方面取得了不错的效果。
其中基于机械作用的弹性发射加工（EEM）兼有研磨和抛光的优点具有光明的发展前景。
然而，这些加工方法存在对加工设备及条件有特殊的要求；难以控制加工精度、表面质量等问题，如基于机械作用的弹性发射加工，需要高速高精度回转轴等，所以在实际应用中受到限制，达不到高的技术经济效果。
超声波研磨是功率超声在材料加工方面的一种重要运用，是一种非接触超精密研磨方法，具有加工表面质量高、精度高、切屑易处理、能很好地解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零件加工问题等一系列优点，如今已成为一种新型的先进制造加工技术。
2、超声研磨原理2.1超声研磨理论模型分析超声研磨是超声加工技术的一种特殊应用[3]，其基于传统研磨加工原理，在研磨工具上附加以超声振动，工具与工件间的磨料在结合传统研磨加工运动和超声高频振动共同作用下，不断滑擦、磨削加工表面，以实现材料去除的目的，图1为超声研磨原理模型。
精密研磨与抛光(精密加工)
表面平滑
在抛光过程中，工件表面逐渐被 磨平，最终达到镜面或高度平滑
的效果。
表面改性
在抛光过程中，工件表面可能会 发生物理或化学变化，如表面层 晶格结构的变化或表面化学成分
的改变。
抛光工艺参数
压力
抛光压力是影响抛光效果的重要参数，压力过大会导致工件表面 损伤，过小则抛光效率低下。
02
精密研磨技术
研磨材料
01
02
03
04
刚玉
常用作研磨材料，具有高硬度 和耐磨性，适用于硬材料的研
磨。
碳化硅
具有高硬度和高韧性，适用于 研磨硬而脆的材料。
氧化铝
具有较好的韧性和耐磨性，适 用于研磨软材料和中等硬度的
材料。
天然磨料
如河砂、海砂等，可用于粗研 磨和抛光。
研磨机理
切削作用
研磨材料表面上的磨粒在压力作 用下切入工件表面，切削出微小
智能化的发展
智能检测与监控系统
通过引入传感器和智能化检测技术，实现对 研磨与抛光过程的实时监测和数据采集，提 高加工过程的稳定性和可靠性。同时，通过 数据分析与处理，优化加工参数，提高加工 效率和表面质量。
自动化生产线
通过集成机器人、自动化设备和智能化管理 系统，构建自动化生产线，实现研磨与抛光 过程的自动化和连续化生产。这将大幅提高 生产效率，降低人工成本，提升企业竞争力
总结词
高分子材料的研磨与抛光是实现高分子材料表面高精度和高光洁度的重要手段。
详细描述
高分子材料的研磨与抛光主要采用金刚石、刚玉等硬质材料作为磨料，通过研磨、抛光等工艺去除高 分子材料表面的凸起和划痕，以提高其表面质量和性能。高分子材料的研磨与抛光广泛应用于塑料、 橡胶、涂料等领域。
精密和超精密加工技术
电子材料，磁性材料的镜面磨削：大尺寸硅片；铁金氧磁头 光学材料的镜面磨削：记录用光学材料，光学镜片研磨抛光前 陶瓷材料的镜面磨削 高精度钢铁材料及复合材料，硬质合金
4、脆性材料精密磨削
尖锐压头下的材料变形过程
(a) 初始加载: 接触区产生—永久塑性变形区，没有任何 裂纹破坏。变形区尺寸随载荷增加而变大。 (b) 临界区: 载荷增加到某一数值时，在压头正下方应力 集中处产生中介裂纹(M edian Crack)。 (c) 裂纹增长区: 载荷增加, 中介裂纹也随之增长。 (d) 初始卸载阶段: 中介裂纹开始闭合，但不愈合。 (e) 侧向裂纹产生: 进一步卸载，由于接触区弹塑性应力 不匹配，产生一个拉应力叠加在应力场中，产生系列向侧 边扩展的横向裂纹(L ateral Crack)。 (f) 完全卸载: 侧向裂纹继续扩展，若裂纹延伸到表面则 形成破坏的碎屑。
精密、超精密磨削、镜面磨削形成的零散刻痕
1、精密和超精密磨削加工基础
精密和超精密磨削分类
将磨料或微粉与结合剂粘合在一起， 形成一定的形状并具有一定强度，再 采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂 轮、砂条、油石、砂带等磨具。
精密和超精 密磨料加工 固结磨 料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。
3、在线电解磨削技术
ELID磨削的特点
磨削过程具有良好的稳定性； ELID修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率； ELID修整法使磨削过程具有良好的可控性；
采用ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的 残留裂纹。
3、在线电解磨削技术
1、精密和超精密磨削加工基础
切削和磨削的比较
非球面超精密抛光技术研究现状_袁巨龙
第5章 超精密研磨与抛光(康仁科) 大连理工大学
固结磨料研磨
圆柱面和球面的研磨
5.5.1 液中研磨
磨料：微细的 磨料：微细的Al2O3磨粒 磨粒 研具： 研具：聚氨酯 加工液：过滤水、蒸馏水、 加工液：过滤水、蒸馏水、净化水 机理：将研磨操作浸入在含有磨粒的研磨剂中 机理： 进行，借助水波效果， 进行，借助水波效果，利用浮游的微细磨粒进 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心， 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心，由加 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。
研具
磨粒
加工液 工件、 工件、研具相对速度 加工压力 加工时间 环境
温 度 尘 埃
室温设定温度± 室温设定温度±0.1℃ ℃ 利用净化槽、 利用净化槽、净化操作台
5.4 超精密平面研磨和抛光
超精密研磨和抛光是加工误差<0.1 µm，表面粗 糙度Ra<0.02 µm的加工方法。 用于制造高精度高表面质量的零件，如大规模 集成电路的硅片，不仅要求极高的平面度，极 小的表面粗糙度，而且要求表面无变质层、无 划伤。光学平晶、量块、石英振子基片平面， 除要求极高平面度、极小表面粗糙度外，还要 求两端面严格平行。
5.5 新原理的超精密研磨抛光
传统的研磨抛光方法是完全靠微细磨粒的机械 作用去除被研磨表面的材质， 作用去除被研磨表面的材质，达到很高的加工 表面。 表面。 最近出现新原理的研磨抛光方法其工作原理有 些已不完全是纯机械的去除， 些已不完全是纯机械的去除，有些不用传统的 研具和磨料。 研具和磨料。这些新的研磨抛光方法可以达到 分子级和原子级材料的去除， 分子级和原子级材料的去除，并达到相应的极 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。
精密研磨与抛光ppt课件
课后思考题
习题6-2 习题6-15
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨抛光机理 7.2 精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3 超精密平面研磨和抛光 7.4 超精密研磨抛光的主要新技术
第1节 研磨抛光机理
一、研磨加工的机理
1.研磨时磨料的工作状态 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧 效果；
2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对 工件表面进行刻划，实现微切削加工；
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）
最小切除可以达到原子级，直至切去一层 原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能 够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。 加工原理实质是磨粒原子的扩散作用和加速 的微小粒子弹性射击的机械作用的综合效果。 真空中带静电的粉末粒子加速法、空气流或 水流来加速。
化学机械抛光
3.金属材料的研磨
当金属表面用硬度计压头压入时，只在表面 产生塑性变形的压坑，不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。
研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态,且表面不会产生裂纹。
二、抛光加工的机理
抛光的机理：1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑， 但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2）借助磨 粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平。
磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸 （<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特 性是：每一个粒子的磁力矩较大，不会因重力而沉降，磁 化强度随磁场增加而增加。当将非磁性材料的磨料混入磁 流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转 的工件而进行研磨。磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加 工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律
超精密研抛及超声波研抛技术分析
摘 要 ： 文介 绍 了研 抛 和 超 精 密研 抛技 术 ， 本 分析 了研 抛技 术 的发 展 过 程 和 超 精 密研 抛 技 术 的 发 展 现 状 ， 举 了 几种 超 精 密 列
研抛方法， 重点说明 了超声波研抛 的特 点。最后 分析 了该技术的推广应 用及其发展 趋势。超精 密研 抛技术是提 高加 工表
维普资讯
５ ０
文 章 编 号 ：０ ２— ８ ６ ２０ ）６— ０ ０—０ １０ ６ ８ （０ ６ ０ ０ ５ ４
超 精 密研 抛 及超 声 波研 抛技 术 分 析 水
赵明利 ， 赵波 。 国富 高
（ 南理， 大 学 机 械 与动 力 工程 学 院 ， 南 焦作 河 工 河 ４４ ０ ） ５ ００
面质量有效的加工方法， 与传统的研抛 方法相比大大提 高了加工效率。 关键词Fra bibliotek 研磨抛光
研抛 技术
超精 密研抛
超声波研抛
Ａｎ ｌ ｓ ｓｏ ｔ ａ ｐ ｅ ｉｅ Ｌａ ｐ ｎ － ｏ ｉｈ ｎ ＆ Ｕ ｔ ａ ｏ ｉ ｐ ｉ ｇ ｐ ｌ ｈ ｎ ａ ｙ ｉ ｆＵｌｒ － ｒ ｃ ｓ ｐ ｉ ｇ ｐ ｌｓ ｉ ｇ ｌ ｒ ｓ ｎ ｃ Ｌａ ｐ ｎ ・ ｏ ｉｉ ｇ ｓ
１ 研 抛和 超 精 密 研 抛 技 术
研磨 足零件 的精整 和光 整加工 方法之 一 ， 是精 密零 件 加 工所 不 ｌ缺少 的工 艺 。所 谓 研磨 是 指将 研 磨 液加 到 研 口 『
卜， 通过研 具 与 工 件 的 相 对 运 动 来 进 行微 量 加 工 的 方
年 的发展 历史 ， 经历 了不 同的发展 时期 “ 。第一 时期 是 在石 器时 代发展起 来 的 ， 时 ， 了生 产 的需 要 （ 当 为 犁地 ， 耕 种等 ） 人们 通过研 磨 制作 表 面粗 糙 的石 器 。将研 抛 技术 ， 应用 于 日常生 活是研抛发 展 的第 二 时期 ， 玉石 的加工 和青 铜镜 Ｎ＇ ｑ是这 一时 期 的标 志 。随 着 人类 文 明 的不 断进 ／ － Ｊ ￣ 步， 人们 开始对 未知 的世界有 极大 的兴趣 。望 远镜 和显 微
ELID超精密磨削技术综述
.. ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词：在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
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超精密研磨抛光的主要新技术
液中研磨
将超精密抛光的研具工作面和工件浸泡在含磨粒的研磨剂中进行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用游离的微细磨粒进行研磨加工，并对磨粒作用部分所产生的热还有极好的冷却效果，对研磨时的微小冲击也有缓冲效果。
机械化学研磨
机械化学研磨加工是利用化学反应进行机械研磨，有湿式和干式两种。
湿式条件下的机械化学研磨，用于硅片的最终精加工，研磨剂含有0.01μm大小的SiO2磨粒的弱碱性胶状水溶液，而与它相配合的研具是表层由微细结构的软质发泡聚氨基申酸涂敷的人造革。
干式条件下的机械化学研磨，是利用工件与磨粒之间生成化学反应的研磨方法。
干式条件下的微小范围的化学反应有利于加工的进行，由于0.01～0.02粒径的SiO2磨粒有较强的化学活性，研磨量较大。
磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸（<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特性是：每一个粒子的磁力
矩较大，不会因重力而沉降，磁化强度随磁场增加而增加。
当将非磁性材料的磨料混入磁流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转的工件而进行研磨。
磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
磨粒悬浮式加工是利用悬浮在液体中的磨粒进行可控制的精密研磨加工。
研磨装置由研磨加工部分、驱动部分和电磁部分组成。
磨粒控制式加工是在研磨具的孔洞内预先放磨粒，通过磁流体的作用，将磨料逐渐输送到研磨盘上。
磁流体封闭式加工是通过橡胶板将磨粒与磁流体分隔放置进行加工。
磁力研磨
利用磁场作用，使磁极间的磁性磨料形成如刷子一样的研磨剂，被吸附在磁极的工作表面上，在磨料与工件的相对运动下，实现对工件表面的研磨作用。
这种加工方法不仅能对圆周表面、平面和棱边等进行研磨，而且还可以对凸凹不平的复杂曲面进行研磨。
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）
最小切除可以达到原子级，直至切去一层原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。
加工原理实质是磨粒原子的扩散作用和加速的微小粒子弹性射
击的机械作用的综合效果。
真空中带静电的粉末粒子加速法、空气流或水流来加速。
化学机械抛光
化学机械抛光是一种利用研磨液的腐蚀作用和磨粒的机械作用双重作用的研磨方法。
腐蚀研磨液如氧化铁和硫酸或盐酸的水溶液，Mn－Zn铁氧体磨粒和盐酸水溶液等。
水合抛光
是一种利用在工件界面上生成水合化学反应的研磨方法，其主要特点是不使用磨粒和加工液，而加工装置又与当前使用的研磨盘或抛光机相似，只是在水蒸气环境中进行加工。
机制：在抛光过程中，两个物体产生相对摩擦，在接触区产生高温高压，故工件表面上原子或分子呈活性化。
利用水蒸汽分子或过热的水作用其界面，使之在界面上形成水合化学反应层，然后借助过热水蒸汽或在一个大气压的水蒸汽环境条件下利用外来的摩擦力，从工件表面上将这层水合层分离、去除，从而实现镜面加工。
参考资料：/。