[科普中国]-超精加工

简介

超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格的约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。其精度从微米到亚微米，乃至纳米，其应用范围日趋 广泛，在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广泛应用，尤其是电气自动化领域，如超大规模集成电路，高精度磁盘，精密雷达，导弹火控系统，精密机床，精密仪器，录像机磁头，复印机磁鼓，煤气灶转阀等都要采用超精密加工技术。它与当代一些主要科学技术的发展有密切的联系，是当代科学发展的一个重要环节；而且超精密加工技术的发展也促进了机械，液压，电子，半导体，光学，传感器和测量技术以及材料科学的发展1。

特点① 超精加工是利用装在振动头上的细磨粒油石对工件进行微量切削的一种磨料精密加工方法。

② 超精加工主要是减小Ra值，可达0.2～0.012μm ，可适当提高形状精度。

③ 超精加工生产率很高，常用于加工曲轴、轧辊、轴承环和某些精密零件的外圆、内圆、平面、沟道表面和球面等。

分类根据加工方法的机理和特点，超精密加工方法去除加工，结合加工和变形加工三大类。

1、去除加工。又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，是传统的机械加工方法，如车削，铣削，磨削，研磨和抛光等，以及特种加工中的电火花加工和电解加工等，均属这种加工方法。

2、结合加工。利用物理和化学方法，将不同的材料结合在一起。按结合的是机理，方法，强弱等，它分为附着，注入和连接三种。

3、.变形加工。又称为流动加工，利用力，热，分子运动等手段，是工件产生变形，改变其尺寸，形状和性能。

操作方法图为外圆超精加工的方法。在充分的冷却润滑条件下，安装在振动头上的细粒度油石以压力p（一般取0.05～0.3兆帕）与工件接触，并作振幅为A（一般取1～6毫米）、频率为f（一般取5～50赫）的纵向振动;工件作转速为nW的旋转运动(圆周速度vW一般不超过700米/分，最高可达1000米/分)。因此，油石上的磨粒相对于工件表面的综合运动轨迹为一正弦曲线，这有利于磨粒保持锋利的切削刃和有效地消除工件表面的形状误差。如工件表面比油石长，则油石或工件还应有速度为vf的纵向进给运动。

工艺流程超精加工过程可分为4个阶段:①开始时油石磨掉粗糙凸峰的强烈切削阶段；

②工件粗糙层被磨除后的正常切削阶段；

③磨粒变钝，其作用是由切削过渡到摩擦抛光的微弱切削阶段；

④油石和工件已很光滑，接触面积大大增加，因而压强下降，磨粒已不能穿破油膜与工件接触，于是进入停止切削阶段。

区别与磨削比较，超精加工能在几秒至几十秒钟内，把工件的表面粗糙度由Rα0.63～0.16微米改善到Rα0.08～0.01微米，并能有效地去除磨削产生的振痕、波纹、螺旋线等缺陷以及极易磨损的凸峰和变质层等，从而大大提高工件的使用寿命。超精加工常用的油石的磨料粒度为W0.5～W28,粒度越细加工表面越光洁；常用的切削液为80%左右的煤油加20%左右的机油，并经严格过滤。