Abstrakt:Denne artikel introducerer forarbejdningsprincipper, karakteristika, forarbejdningsobjekter og anvendelser af adskillige moderne ultrapræcisionsslibe- og poleringsmetoder.
Nøgleord:ultra præcision slibning; Elastisk emission behandling; Mekanokemisk slibning; Magnetisk slibning; Ultralydsslibning
1. Overblik
Ultrapræcisionsbearbejdningsteknologi markerer niveauet for et lands mekaniske fremstillingsindustri og spiller en meget vigtig rolle i at forbedre ydeevnen, kvaliteten, levetiden og forskning og udvikling af højteknologiske produkter inden for optoelektroniske og mekaniske produkter. I øjeblikket refererer ultrapræcisionsbearbejdning til bearbejdningsfejl mindre end 0.01 μm. Overfladeruhed mindre end Ra0,025 μ Bearbejdning af m, også kendt som bearbejdning på sub mikronniveau. Nu er ultrapræcisionsbearbejdning kommet ind i nanoskalaen, kendt som nanobearbejdning.
Inden for ultrapræcisionsbearbejdning er implementeringen af ultrapræcisionsskæring og ultrapræcisionsslibning i høj grad afhængig af støtte fra forarbejdningsudstyr, værktøjer og andre relaterede teknologier. På grund af påvirkningen og begrænsningerne af dets forarbejdningsprincipper og miljøfaktorer er det meget vanskeligt at opnå højere præcisionsbearbejdning. På grund af dets unikke forarbejdningsprincipper og lave krav til forarbejdningsudstyr og miljøfaktorer kan ultrapræcisionsslibning og polering opnå nanoskala eller endda atomare niveaubehandling og er blevet en vigtig del af ultrapræcisionsbearbejdningsteknologi.
2. Flere ultra præcision slibning og polering metoder
2.1 Mekanisk handling baseret ultra præcision slibning og polering metode Baseret på mekanisk handling, ultra præcision slibning og polering metode er afhængig af den mekaniske virkning af mikro slibende partikler for at mikrofjerne den bearbejdede overflade og opnå høj præcision bearbejdningsoverflade.
2.1.1 Elastisk emissionsbearbejdning er en ultrapræcisionsslibemetode, der kan opnå høj bearbejdningsnøjagtighed og lav overfladeruhed.
Under forarbejdningen bruges polyurethankugler som proceshoveder, og en slibevæske indeholdende fine slibende partikler (0.1-0.01 µm) tilsættes mellem det højhastighedsroterende proceshoved og overfladen af arbejdsemnet, der skal bearbejdes, hvilket genererer en vis mængde tryk. Jetstrømmen og centrifugalkraften genereret af det højhastigheds roterende bearbejdningshoved får slibepartiklerne til at støde eller gnide arbejdsemnets overflade, hvilket resulterer i den atomare kombination af elastiske ødelæggelsesmaterialer, og dermed fjerne materialerne på emnets overflade. Det kan forhindre intern fejljustering og defekter i materialet, men det kan også generere en lille mængde "elastisk skade" (dvs. ikke-interferensbehandling), og dermed opnå behandling på atomniveau. Og kan opnå meget fremragende overflader. Ved bearbejdning af siliciumskiver kan der opnås en fejlfri overflade svarende til korrosionsbearbejdning.
Hvis der anvendes en CNC-enhed til polyurethankugler og arbejdsborde, er det muligt at udføre overfladebearbejdning på emnet. Det kan opnå både elastisk fjernelse på atomniveau og optimal geometrisk formnøjagtighed. Figur 2 viser den elastiske CNC-startbearbejdningsanordning. Hele enheden er et treakset CNC-system med polyurethankugler installeret på CNC-spindelen og roteret af en motor med variabel hastighed med en belastning på 2N. Når du behandler overfladen af siliciumwafers, skal du bruge en diameter på 0.1 μM zirconiumoxidpulver udsendes mod overfladen af emnet med en hastighed på 100m/s og en indfaldsvinkel på 20 grader i forhold til det vandrette plan med en bearbejdningsnøjagtighed på ± 0,1 μm. Overfladeruhed Ra0,0005 μ Under m.
2.1.2 Flydende slibning og polering
Bearbejdningsprincipdiagrammet for flydende slibepolering er vist i figur 3 (figur 3 er udeladt). Den bruger væskemekanikkens princip til at få polermaskinen til at flyde væk fra emnet og laver en række kileriller på polermaskinens emneoverflade. Når polermaskinen roterer med høj hastighed, flyder emnet eller polermaskinen på grund af oliekilens dynamiske tryk, og de slibende partikler derimellem polerer emnets overflade. Flydende polering kan behandle emnets overflader med høj planhed, uden endefladekollaps eller deformationsfejl. Flydende polering kan bruges til den magnetiske spalteflade på computerhoveder. Den ultrapræcisionsbearbejdning af optiske komponenter og funktionelle keramiske materialesubstrater kan forhindre korngrænseforskelle ved at vælge passende poleringsvæsker og kemiske additiver. Selv polykrystallinske materialer kan opnå en overfladeruhed på Ra0.002 μ Overfladen på m. Brug ekstremt blød grafit og vandopløselig LiF til at polere den meget hårde safir {0001}. Dens overfladeruhed kan nå Ra0,00008 μ M. Ved at anvende flydende slibning og polering, uden brug af armaturer, kan endefladens kollapsradius være så lille som 0,01 μ M. Overfladen efter flydende slibning og polering har gode krystallisationsegenskaber, og der er intet resttryk på den behandlede overflade.
2.1.3 Magnetisk slibning
Magnetisk slibning er en ny metode til slibning, der udnytter virkningen af et magnetfelt. Den kan effektivt og hurtigt udføre ultrapræcisionsbearbejdning på forskellige materialer, størrelser og strukturelle dele. Det er en lav investering, høj effektivitet, alsidig og højkvalitets slibebehandlingsmetode.
Magnetisk flydende slibning. Det er dannet af en magnetisk væske under påvirkning af et magnetfelt (sammensat af magnetiske partikler, overfladeaktive stoffer og flydende bærere såsom vand og olie), som får det suspenderede ikke-magnetiske slibemiddel til at slibe og polere det roterende emne under strømmen og flydende virkning af den magnetiske væske, hvorved kvaliteten og effektiviteten af efterbehandlingen forbedres. Den kan opnå Ra Mindre end eller lig med 0.01 μ M har et ikke-forringende lag til overfladebehandling og kan slibe og polere emner med komplekse overfladeformer.
Denne bearbejdningsproces opstod i 1940'erne i USA. Gennem kontinuerlig udvidelse og forbedring af dets teknologi og udstyr, og anvendelsen af finite element-metoden til at simulere den magnetiske poleringsprocessen, blev bevægelseskarakteristika for magnetisk væske og slibende partikler under magnetisk induktion analyseret, hvilket i høj grad fremmer udviklingen og anvendelsen af denne proces.
Magnetisk slibning af magnetiske slibemidler. Det skematiske diagram er vist i figur 4 (figur 4 er forkortet). Under magnetisk slibning placeres emnet i et magnetfelt dannet af to magnetiske poler, og magnetisk slibemiddel anbringes i mellemrummet mellem emnet og de magnetiske poler. Under påvirkning af magnetfeltkraft er slibemidler arrangeret pænt langs retningen af magnetiske kraftlinjer og danner en blød og stiv "magnetisk slibebørste". Når emnet roterer i et magnetfelt og undergår aksial vibration, sker der relativ bevægelse mellem emnet og slibemidlet, og "slibebørsten" sliber emnets overflade.
Magnetisk slibning har følgende egenskaber:
Ved at ændre magnetfeltets styrke kan slibetrykket nemt styres;
På grund af bearbejdningsspalten (1-4 mm) mellem den magnetiske pol og overfladen af emnet kan fleksibel slibning ved hjælp af en "slibebørste" ikke kun bruges til cylindrisk og plan slibning, men også til slibning af uregelmæssige overflader og frie overflader;
Under den betingelse, at den magnetiske polstruktur er fast, kan slibekraften justeres gennem den magnetiske fluxtæthed, og bearbejdningsprocessen kan nemt automatiseres;
Slibemidlet ruller kontinuerligt og ændrer position langs forarbejdningsoverfladen, hvilket gør det har en god selvfræsningsydelse;
Magnetiske materialer er begrænset mellem magnetiske poler og forurener ikke driftsmiljøet;
Høj forarbejdningseffektivitet;
Det kan slibe både ferromagnetiske og ikke-ferromagnetiske materialer.
Magnetisk slibning er velegnet til slibning, polering og afgratning af præcisionsdele, såsom de indre og ydre løbebaner i lejer, glideventiler, tandhjulspumper, printplader, forme, urkasser, klinger osv. Den kan ikke bruges kun til dele fremstillet af magnetiske materialer såsom jern, kulstofstål og legeret stål, men også til ikke-magnetiske metalmaterialer såsom messing, rustfrit stål og titanlegeringer, såvel som ikke-metalliske materialer såsom keramik og siliciumwafers.
På grund af dens stærke tilpasningsevne og brede anvendelsesområde er magnetisk slibning en meget lovende ultra præcisionsbearbejdningsmetode. I fremtiden vil magnetisk slibning udvikle sig i følgende to retninger:
Udvikle nye magnetiske slibemidler med bedre magnetisk ledningsevne og højere styrke og hårdhed;
Slib komplekse formede dele ved hjælp af et roterende magnetfelt.
2.1.4 Elektrolytisk magnetisk slibende polering
Elektrolytisk magnetisk slibende polering er en kombination af elektrokemisk bearbejdning og magnetisk slibende polering. Bearbejdningsprincipdiagrammet er vist i figur 5. Anodeforbindelse af strøm og spænding til emnet, katodeforbindelse til værktøjet og katodeforbindelse til den del af emnet, hvor grater skal fjernes. Elektrolytten drives af en pumpe og strømmer gennem katoden gennem gratområdet på anodeemnet for at nå tilbagesvalingstanken. Emnet roterer med en vis hastighed, mens det undergår aksial vibration. Påfør et stærkt DC-magnetfelt i planretningen vinkelret på arbejdsemnets akse og kraftledning, fyld magnetfeltet med frit magnetisk slibemiddel, og "slibebørsten" bestående af magnetisk slibemiddel slår hurtigt på overfladen af emnet for at fjerne udragende grater og opnå en jævn bearbejdning.
Denne kompositslibemetode er velegnet til præcisionsafgratning og efterbehandling af materialer med høj styrke, høj hårdhed og høj sejhed. Dens effektivitet er dobbelt så stor som den magnetiske feltkraftslibemetode, og den kan forbedre overfladeruheden af emnet med to niveauer uden at generere sekundære grater efter forarbejdning.
2.2 Ultrapræcisionsslibemetode baseret på mekanokemisk interaktion
Mekanokemisk slibning er en slibeproces, der sker under påvirkning af mikropulverpartikler og slibevæskens kemiske virkning, hvilket fjerner spormængder af materiale fra overfladen af emnet. Denne metode har god økonomi og høj produktivitet. Ikke kun kan det opnå et højt niveau af overfladeruhed, men den geometriske nøjagtighed af bearbejdningen er også meget høj, og der er næsten intet forringelseslag på den behandlede overflade, hvilket har vigtig anvendelsesværdi til forarbejdning af mikroelektroniske funktionelle materialer.
Slibeskiven støbes med et bliklag, og der skæres riller i omkredsretningen. Diamantskærere bruges til at skære endefladen af slibeskiven, så den har et højt plan og en spejllignende overflade. Slibeskiven og emneakslen roterer med høj præcision med en hastighed på {{0}}r/min, og emnet er fikseret på emneakslen. Rotationsretningen for emneakslen og slibeskivespindlen er den samme. Under påvirkning af væskedynamisk trykeffekt er emnet suspenderet på slibeskiven med et flydende mellemrum på flere mikrometer, og emnet undergår slibevirkning under slibevæskens kemiske virkning og påvirkningen af mikropulverpartikler. SP46 ultra præcisionssliberen produceret af Nagoya Institute of Industrial Technology i Japan er en typisk ultra præcisionssliber baseret på mekanokemiske interaktioner. Denne maskine bruger 0.02 μ Overfladeruheden af siliciumwafere behandlet med m SiO2 mikropulverpartikler kan nå 2nm, og restspændingen er næsten nul. Slib BK7 optisk glas med en diameter på 100 mm og en tykkelse på 30 mm på denne maskine, med en fladhed på 0,031 μm. Overfladeruheden RMS (root mean square deviation) kan nå 3,8 nm.
På grund af den lave materialefjernelseshastighed ved denne slibemetode kræves det, at selve emnet har en vis grad af nøjagtighed og overfladekvalitet. Før slibning skal nøjagtigheden af det emne, der skal bearbejdes, kontrolleres inden for: planhed ({{0}}) μm. Overfladeruhed RMS (0.1-0.2) μ Inden for intervallet m. Ellers kan det resultere i manglende evne til at opnå slibning, hvilket kan føre til beskadigelse af emnet.
2.3 Slibning og polering af flydende overflade
Flydende overfladeslibende polering, også kendt som hydroplan polering. Det væsentlige ved denne slibemetode er, at den ikke bruger slibemidler. Under polering dannes et mellemrum mellem emnet og polerskiven (krystalfladplade) ved væsketryk, og bevægelsen af ætsende væske bruges til polering. Derfor er det en kemisk korrosionsbehandlingsmetode. Den ætsende opløsning, der anvendes til forarbejdning, er en blanding af methanol, ethylenglycol og brom. Anvendes hovedsageligt til behandling af overfladen af CaAs og InP substrater.
2.4 Hydreringsslibning og polering
Hydration slibepolering er en slibende poleringsmetode, der aktivt udnytter genereringen af hydreringsreaktioner ved emnets kritiske grænseflade. Dens vigtigste egenskab er, at den ikke bruger slibende partikler eller procesvæsker, og forarbejdningsanordningen ligner den aktuelt brugte polermaskine, kun forarbejdning i et vanddampmiljø. Af denne grund skal du forsøge at undgå at bruge materialet polerskive, der kan fremkalde tørre medier reaktion med emnet. Når polerskiven roterer, bevæger emneholderen sig frem og tilbage oven på den. Under hydreringspoleringsprocessen genererer to genstande relativ friktion og genererer høj temperatur og tryk i kontaktområdet, hvilket resulterer i aktivering af atomer eller molekyler på overfladen af emnet. Hydratiseringslaget dannes på basisoverfladen ved vekselvirkning mellem overhedede vanddampmolekyler og vand. Ved hjælp af overophedet vanddamp (ikke frie slibende partikler) adskilles hydreringslaget og fjernes fra overfladen af emnet. Fjernelsestykkelsen er et par tiendedele af en nanometer, så der kan opnås en ren overflade uden ridser, glat glans og forvrængning.
Hydration slibepolering er meget velegnet til ultrapræcisionsbearbejdning af safir- og zinkselenidkrystaller (optiske elementer til CO2-lasere), der kræver god overfladeglathed, høj planhed, krystalforvrængningsfri og høj renhed. Derudover bør glas, krystal, MgO, Y2O3, MgAl2O4 osv. som hydrofile materialer også poleres med hydrering.
2.5 Ultralydsslibning og polering
Ultralydsslibning og polering er en berøringsfri ultrapræcisionsslibemetode. Oprethold et fast mellemrum mellem endefladen af ultralydsvibrationsværktøjets hoved og overfladen af emnet δ, og fyld den med mikroslibende arbejdsvæske. Når ultralydsvibrationsværktøjet vibrerer med en bestemt frekvens, driver det mikroslibepartiklerne til at påvirke overfladen af emnet og dermed slibe emnets overflade.
Under ultralydsslibning bliver et stort antal slibende partikler påvirket af den bearbejdede overflade på en pulslignende måde med samme frekvens som ultralydsvibrationer, hvilket fjerner eller modificerer det oprindelige metamorfe lag på overfladen af emnet og danner et nyt metamorft lag ( dvs. overfladebehandlingslag) under det. Hvis valget af procesparametre såsom amplitudeværdi, slibetryk og værktøjshastighed er rimeligt, kan det nyligt genererede metamorfe lag være tyndere og mere ensartet, hvilket resulterer i en overflade, der er næsten ubeskadiget. Ultralydsslibning har en bred vifte af anvendelser og kan behandle forskellige hårde og sprøde materialer, herunder flade overflader og komplekse buede overflader. I øjeblikket kan ultralydsslibning bore små huller med en diameter på {{0}}.1-1,0 mm på 3 mm tykt glas. Samtidig er dens resektionshastighed pr. tidsenhed relativt høj, hvilket kræver komplekse teknikker og relativt simpelt udstyr, hvilket giver høje tekniske og økonomiske fordele. I mange situationer, såsom at bore små huller i glas eller bearbejde ultratynde emner, er ultralydsslibning en proces, der er værd at vælge, eller den eneste proces, der kan vælges.
2.6 Ionstrålepolering
Til forskel fra den traditionelle mekaniske poleringsmetode bruger ionstrålepolering ladede højenergiatomer eller ioner (ioner har en højere masse end atomer, så der kan opnås større kinetisk energi), som skydes mod emnet af ionpistolen i vakuumtilstand . Når ioner med høj energi rammer emnets overflade, fjernes materialet ved anslagspunktet på atomniveau. Mængden af fjernet materiale afhænger af ionstrålens sputtertid på det tidspunkt. Fordi ionstrålepoleringen skal fjerne materialer på atomniveau, er materialefjernelseshastigheden lav. Derfor, før du bruger denne metode, skal emnet forpoleres ved traditionelle metoder. Efter grundlæggende opfyldelse af nøjagtighedskravene, kan overfladeformen af emnet (såsom sfærisk overflade, asfærisk overflade, asymmetrisk fri overflade osv.) korrigeres med høj præcision ved at bruge ionstrålepolering. Selvom fremstilling af ionstrålepolering kræver betydelige udstyrsinvesteringer og høje driftsomkostninger, er det stadig nødvendigt at bruge ionstrålepoleringsmetoder til visse store optiske spejle med særlige højpræcisionskrav.
Sammenlignet med traditionelle optiske behandlingsmetoder har ionstrålepoleringsmetoden følgende fordele:
(1) Det kan realisere materialedeterministisk ultrapræcisionsbearbejdning på atomniveau;
(2) Fuldstændig korrektion af overfladeformfejl kan opnås gennem en enkelt behandlingsproces;
(3) Ikke følsom over for eksterne miljøvibrationer, temperaturændringer og belastningsstabilitet;
(4) På grund af det faktum, at ionstrålepolering skal udføres i vakuum, kan polerings- og coatingprocesserne udføres i den samme vakuumtank;
(5) Emnet vil ikke have kanteffekter af kollaps og vridning.
3 Konklusion
Ovenstående ultrapræcisionsslibning og poleringsmetoder er fundamentalt forskellige fra traditionelle slibemetoder
Mere om WBM Høje krom stålkugler:
G5,G10,G16 Vores Chrome-bold producerer normalt i henhold til GBT 308.1-2013 og ISO 3290-1:2014-standarderne. Hårdhed vil blive tilpasset baseret på dit krav.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
