Santrauka:Šiame straipsnyje pristatomi kelių šiuolaikinių itin tikslaus šlifavimo ir poliravimo metodų apdorojimo principai, charakteristikos, apdirbimo objektai ir pritaikymai.
Raktiniai žodžiai:itin tikslus šlifavimas; Elastinės emisijos apdorojimas; Mechaninis cheminis šlifavimas; Magnetinis šlifavimas; Ultragarsinis šlifavimas
1. Apžvalga
Itin tiksli apdirbimo technologija žymi šalies mechaninės gamybos pramonės lygį, vaidina labai svarbų vaidmenį gerinant optoelektroninių ir mechaninių gaminių našumą, kokybę, eksploatavimo trukmę ir tyrime bei plėtojant aukštųjų technologijų gaminius. Šiuo metu itin tikslus apdirbimas reiškia apdirbimo paklaidas, mažesnes nei 0.01 μm. Paviršiaus šiurkštumas mažesnis nei Ra0,025 μ Apdorojimas m, taip pat žinomas kaip sub-mikrono lygio apdorojimas. Dabar itin tikslus apdirbimas pateko į nanoskalą, žinomą kaip nanoapdirbimas.
Itin tiksliai apdirbant, itin tikslus pjovimas ir itin tikslus šlifavimas daugiausia priklauso nuo apdorojimo įrangos, įrankių ir kitų susijusių technologijų palaikymo. Dėl apdirbimo principų ir aplinkos veiksnių įtakos ir apribojimų labai sunku pasiekti aukštesnio tikslumo apdirbimą. Dėl savo unikalių apdorojimo principų ir mažų reikalavimų apdorojimo įrangai ir aplinkos veiksniams itin tikslus šlifavimas ir poliravimas gali pasiekti nanoskalės ar net atominio lygio apdorojimą ir tapo svarbia itin tikslaus apdirbimo technologijos dalimi.
2. Keletas itin tikslaus šlifavimo ir poliravimo būdų
2.1 Mechaniniu poveikiu pagrįstas itin tikslus šlifavimo ir poliravimo metodas. Mechaniniu poveikiu pagrįstas itin tikslus šlifavimo ir poliravimo metodas remiasi mechaniniu mikro abrazyvinių dalelių poveikiu, kad būtų mikro pašalintas apdirbamas paviršius ir pasiekiamas didelio tikslumo apdirbimo paviršius.
2.1.1 Elastinės emisijos apdirbimas yra itin tikslus šlifavimo metodas, kuriuo galima pasiekti aukštą apdirbimo tikslumą ir mažą paviršiaus šiurkštumą.
Apdorojimo metu poliuretano rutuliai naudojami kaip apdorojimo galvutės, o šlifavimo skystis, kuriame yra smulkių abrazyvinių dalelių (0.1-0.01 µm), įpilama tarp dideliu greičiu besisukančios apdirbimo galvutės ir paviršiaus. apdirbamas ruošinys, sukuriantis tam tikrą slėgį. Srovės srautas ir išcentrinė jėga, kurią sukuria dideliu greičiu besisukanti apdirbimo galvutė, priverčia abrazyvines daleles smogti arba trinti ruošinio paviršių, todėl susidaro atominis elastingų ardomųjų medžiagų derinys, taip pašalinamos medžiagos nuo ruošinio paviršiaus. Jis gali užkirsti kelią vidiniam nesutapimui ir medžiagos defektams, tačiau taip pat gali sukelti nedidelį „elastinį pažeidimą“ (ty netrukdantį apdorojimą), taip pasiekiant atominio lygio apdorojimą. Ir gali gauti labai puikius paviršius. Apdorojant silicio plokšteles, galima gauti defektų neturintį paviršių, atitinkantį korozijos apdorojimą.
Jei poliuretano rutuliams ir darbastaliams naudojamas CNC įrenginys, galima atlikti ruošinio paviršiaus apdirbimą. Jis gali pasiekti tiek atominio lygio elastingumą, tiek optimalų geometrinės formos tikslumą. 2 paveiksle parodytas CNC elastinio paleidimo apdirbimo įrenginys. Visas įrenginys yra trijų ašių CNC sistema su poliuretano rutuliais, sumontuotais ant CNC veleno ir sukama kintamo greičio varikliu, 2N apkrova. Apdorojant silicio plokštelių paviršių, naudokite 0,1 μM skersmens cirkonio milteliai išleidžiami į ruošinio paviršių 100m/s greičiu ir 20 laipsnių kritimo kampas į horizontalią plokštumą, apdirbimo tikslumas ± 0,1 μm. Paviršiaus šiurkštumas Ra0,0005 μ Žemiau m.
2.1.2 Plūduriuojantis šlifavimas ir poliravimas
Slankiojo šlifavimo poliravimo apdirbimo principo schema parodyta 3 paveiksle (3 pav. praleistas). Jis naudoja skysčių mechanikos principą, kad poliruoklis plūduriuotų nuo ruošinio, o ant poliravimo aparato ruošinio paviršiaus yra daug pleištinių griovelių. Kai poliruoklis sukasi dideliu greičiu, ruošinys arba poliruoklis plūduriuoja dėl dinaminio alyvos pleišto slėgio, o tarp jų esančios abrazyvinės dalelės poliruoja ruošinio paviršių. Plaukiojantis poliravimas gali apdirbti ruošinių paviršius labai plokštumoje, be galinio paviršiaus įgriuvimo ar deformacijos defektų. Plūduriuojantis poliravimas gali būti naudojamas kompiuterių galvučių magnetinio tarpo paviršiui. Itin tikslus optinių komponentų ir funkcinių keraminių medžiagų pagrindų apdirbimas gali užkirsti kelią grūdelių ribų skirtumams, pasirinkus tinkamus poliravimo skysčius ir cheminius priedus. Net polikristalinės medžiagos gali pasiekti paviršiaus šiurkštumą Ra0.002 μ Paviršius m. Labai kietam safyrui poliruoti naudokite itin minkštą grafitą ir vandenyje tirpųjį LiF {0001}. Jo paviršiaus šiurkštumas gali siekti Ra0,00008 μM. Naudojant slankųjį šlifavimą ir poliravimą, nenaudojant tvirtinimo detalių, galinio paviršiaus griūties spindulys gali būti net 0,01 μM. Paviršius po plaukiojančio šlifavimo ir poliravimo turi geras kristalizacijos charakteristikas ir ant apdirbamo paviršiaus nėra liekamojo slėgio.
2.1.3 Magnetinis šlifavimas
Magnetinis šlifavimas yra naujas šlifavimo metodas, kuriame naudojamas magnetinio lauko veikimas. Jis gali efektyviai ir greitai atlikti itin tikslų įvairių medžiagų, dydžių ir konstrukcinių dalių apdirbimą. Tai mažai investicijų, didelio efektyvumo, universalus ir kokybiškas šlifavimo apdorojimo būdas.
Magnetinis plūduriuojantis šlifavimas. Jį sudaro magnetinis skystis, veikiamas magnetinio lauko (sudaryto iš magnetinių dalelių, paviršinio aktyvumo medžiagų ir skystų nešėjų, tokių kaip vanduo ir aliejus), dėl kurio suspenduotas nemagnetinis abrazyvas šlifuoja ir poliruoja besisukantį ruošinį, veikiant srautui. ir plūduriuojantis magnetinio skysčio veikimas, taip pagerinant apdailos apdorojimo kokybę ir efektyvumą. Jis gali gauti Ra Mažiau nei 0.01 μM arba lygus jai, turi negendantį sluoksnį paviršiaus apdorojimui ir gali šlifuoti bei poliruoti sudėtingų paviršiaus formų ruošinius.
Šis apdirbimo procesas prasidėjo 1940-aisiais Jungtinėse Valstijose. Nuolat plečiant ir tobulinant technologiją ir įrangą bei taikant baigtinių elementų metodą magnetinio poliravimo procesui imituoti, buvo analizuojamos magnetinio skysčio ir abrazyvinių dalelių judėjimo charakteristikos veikiant magnetinei indukcijai, labai skatinant šio proceso plėtrą ir taikymą.
Magnetinių abrazyvų magnetinis šlifavimas. Scheminė diagrama parodyta 4 paveiksle (4 pav. yra sutrumpintas). Magnetinio šlifavimo metu ruošinys dedamas į magnetinį lauką, kurį sudaro du magnetiniai poliai, o į tarpą tarp ruošinio ir magnetinių polių dedamas magnetinis abrazyvas. Veikiant magnetinio lauko jėgai, abrazyvai yra tvarkingai išdėstyti pagal magnetinės jėgos linijų kryptį, sudarydami minkštą ir standų „magnetinį šlifavimo šepetį“. Kai ruošinys sukasi magnetiniame lauke ir patiria ašinę vibraciją, tarp ruošinio ir abrazyvo atsiranda santykinis judėjimas, o „abrazyvinis šepetys“ šlifuoja ruošinio paviršių.
Magnetinis šlifavimas turi šias charakteristikas:
Keičiant magnetinio lauko stiprumą, galima lengvai valdyti šlifavimo slėgį;
Dėl apdirbimo tarpo (1-4mm) tarp magnetinio poliaus ir ruošinio paviršiaus lankstus šlifavimas naudojant „abrazyvinį šepetį“ gali būti naudojamas ne tik cilindriniam ir plokštuminiam šlifavimui, bet ir netaisyklingiems paviršiams bei laisvi paviršiai;
Jei magnetinio poliaus struktūra yra fiksuota, šlifavimo jėgą galima reguliuoti naudojant magnetinio srauto tankį, o apdirbimo procesas gali būti lengvai automatizuotas;
Abrazyvas nuolat rieda ir keičia padėtį išilgai apdirbimo paviršiaus, todėl pasižymi geromis savaiminio frezavimo savybėmis;
Magnetinės medžiagos yra suvaržytos tarp magnetinių polių ir neteršia darbo aplinkos;
Didelis apdorojimo efektyvumas;
Jis gali šlifuoti tiek feromagnetines, tiek neferomagnetines medžiagas.
Magnetinis šlifavimas tinka tikslioms dalims šlifuoti, poliruoti ir šlifuoti, pvz., vidines ir išorines guolių, slankiojančių vožtuvų, krumpliaračių siurblių, spausdintinių plokščių, formų, laikrodžių korpusų, peilių ir kt. tik dalims, pagamintoms iš magnetinių medžiagų, tokių kaip geležis, anglinis plienas ir legiruotasis plienas, bet ir nemagnetinėms metalinėms medžiagoms, tokioms kaip žalvaris, nerūdijantis plienas ir titano lydiniai, taip pat nemetalinėms medžiagoms, tokioms kaip keramika ir silicio plokštelės.
Dėl didelio pritaikomumo ir plataus pritaikymo spektro magnetinis šlifavimas yra daug žadantis itin tikslus apdirbimo būdas. Ateityje magnetinis šlifavimas vystysis šiomis dviem kryptimis:
Sukurti naujus magnetinius abrazyvus, pasižyminčius geresniu magnetiniu laidumu ir didesniu stiprumu bei kietumu;
Sudėtingos formos detalės šlifuokite sukamuoju magnetiniu lauku.
2.1.4 Elektrolitinis magnetinis abrazyvinis poliravimas
Elektrolitinis magnetinis abrazyvinis poliravimas yra elektrocheminio apdirbimo ir magnetinio abrazyvinio poliravimo derinys. Apdorojimo principo schema parodyta 5 paveiksle. Srovės ir įtampos anodinis prijungimas prie ruošinio, katodo jungtis su įrankiu ir katodo jungtis su ruošinio dalimi, kurioje turi būti pašalintos atbrailos. Elektrolitas yra varomas siurbliu ir teka per katodą per anodo ruošinio šerdies sritį, kad pasiektų grįžtamojo srauto baką. Ruošinys sukasi tam tikru greičiu, veikiant ašinei vibracijai. Taikykite stiprų nuolatinės srovės magnetinį lauką plokštumos kryptimi, statmena ruošinio ašiai ir elektros linijai, užpildykite magnetinį lauką laisvu magnetiniu abrazyvu, o „šlifavimo šepetys“, sudarytas iš magnetinio šlifavimo medžiagos, greitai atsitrenkia į ruošinio paviršių, kad pašalintų išsikišusius įdubimus ir pasiekti sklandų apdirbimą.
Šis kompozitinis šlifavimo metodas tinka tiksliam didelio stiprumo, didelio kietumo ir didelio kietumo medžiagų šlifavimui ir apdailai. Jo efektyvumas yra dvigubai didesnis nei magnetinio lauko jėgos šlifavimo metodo, ir jis gali dviem lygiais pagerinti ruošinio paviršiaus šiurkštumą, nesukeldamas antrinių įbrėžimų po apdorojimo.
2.2 Itin tikslus šlifavimo metodas, pagrįstas mechanine chemine sąveika
Mechaninis cheminis šlifavimas yra šlifavimo procesas, vykstantis veikiant mikro miltelių dalelėms ir cheminiam šlifavimo skysčio poveikiui, pašalinant pėdsakus medžiagos nuo ruošinio paviršiaus. Šis metodas pasižymi dideliu ekonomiškumu ir dideliu našumu. Jis ne tik gali pasiekti aukštą paviršiaus šiurkštumo lygį, bet ir apdirbimo geometrinis tikslumas yra labai didelis, o apdirbtame paviršiuje beveik nėra nusidėvėjimo sluoksnio, kuris turi svarbią taikymo vertę apdorojant mikroelektronines funkcines medžiagas.
Šlifavimo diskas yra išlietas skardos sluoksniu, o grioveliai išpjaunami apskritimo kryptimi. Deimantiniai pjaustytuvai naudojami šlifavimo disko galiniam paviršiui pjauti, todėl jis turi aukštą plokštumą ir veidrodinį paviršių. Šlifavimo diskas ir ruošinio velenas sukasi labai tiksliai {{0}} aps./min. greičiu, o ruošinys tvirtinamas ant ruošinio veleno. Ruošinio veleno ir šlifavimo disko veleno sukimosi kryptis yra ta pati. Veikiant skysčio dinaminiam slėgiui, ruošinys pakabinamas ant šlifavimo disko su plaukiojančiu kelių mikrometrų tarpu, o ruošinys yra šlifuojamas veikiant cheminiam šlifavimo skysčiui ir mikro miltelių dalelėms. SP46 itin tikslus šlifuoklis, pagamintas Nagojos pramonės technologijų instituto Japonijoje, yra tipiškas itin tikslus šlifuoklis, pagrįstas mechanine chemine sąveika. Šiame aparate naudojama 0.02 μ Silicio plokštelių, apdorotų m SiO2 mikromiltelių dalelėmis, paviršiaus šiurkštumas gali siekti 2 nm, o liekamasis įtempis beveik lygus nuliui. Šia mašina šlifuokite 100 mm skersmens ir 30 mm storio optinį stiklą BK7, kurio lygumas 0,031 μm. Paviršiaus šiurkštumas RMS (vidutinis kvadratinis nuokrypis) gali siekti 3,8 nm.
Dėl mažo šio šlifavimo metodo medžiagos pašalinimo greičio reikalaujama, kad pats ruošinys būtų tam tikro tikslumo ir paviršiaus kokybės. Prieš šlifuojant, apdirbamo ruošinio tikslumas turi būti kontroliuojamas: lygumas ({{0}}) μm. Paviršiaus šiurkštumas RMS (0.{2}}.2) μ Diapazone m. Priešingu atveju gali nepavykti šlifuoti ir sugadinti ruošinį.
2.3 Skystojo paviršiaus šlifavimas ir poliravimas
Skystojo paviršiaus šlifavimo poliravimas, taip pat žinomas kaip hidroplaninis poliravimas. Reikšmingas šio šlifavimo metodo bruožas yra tai, kad jame nenaudojamos abrazyvinės medžiagos. Poliruojant skysčio spaudimu susidaro tarpas tarp ruošinio ir poliravimo disko (kristalinės plokščios plokštės), o poliravimui naudojamas korozinio skysčio judėjimas. Todėl tai yra cheminio korozijos apdorojimo metodas. Apdorojant naudojamas korozinis tirpalas yra metanolio, etilenglikolio ir bromo mišinys. Daugiausia naudojamas CaAs ir InP substratų paviršiui apdoroti.
2.4 Hidracinis šlifavimas ir poliravimas
Hidratacijos šlifavimo poliravimas yra šlifavimo poliravimo metodas, kuris aktyviai naudoja hidratacijos reakcijų generavimą kritinėje ruošinio sąsajoje. Pagrindinis jo bruožas yra tai, kad jame nenaudojamos abrazyvinės dalelės ar apdorojimo skysčiai, o apdorojimo įrenginys yra panašus į šiuo metu naudojamą poliravimo mašiną, apdorojamas tik vandens garų aplinkoje. Dėl šios priežasties stenkitės nenaudoti medžiagos poliravimo disko, kuris gali sukelti sausos medžiagos reakciją su ruošiniu. Kai poliravimo diskas sukasi, ruošinio laikiklis juda pirmyn ir atgal ant jo. Hidratacijos poliravimo proceso metu du objektai sukuria santykinę trintį ir sukuria aukštą temperatūrą bei slėgį kontaktinėje srityje, todėl ruošinio paviršiuje suaktyvėja atomai arba molekulės. Hidratacijos sluoksnis susidaro ant pagrindo paviršiaus sąveikaujant perkaitintoms vandens garų molekulėms ir vandeniui. Perkaitinto vandens garo (ne laisvų abrazyvinių dalelių) pagalba hidratacijos sluoksnis atskiriamas ir pašalinamas nuo ruošinio paviršiaus. Pašalinimo storis yra kelios dešimtosios nanometrų, todėl galima gauti švarų paviršių be įbrėžimų, lygų blizgesį ir iškraipymus.
Hidracinis šlifavimo poliravimas labai tinka itin preciziškam safyro ir cinko selenido kristalų (CO2 lazerių optinių elementų) apdirbimui, kuriam reikalingas geras paviršiaus lygumas, didelis plokštumas, be kristalų iškraipymo ir didelės švaros. Be to, kaip hidrofilinės medžiagos, stiklas, krištolas, MgO, Y2O3, MgAl2O4 ir kt. taip pat turi būti poliruoti hidratacija.
2.5 Ultragarsinis šlifavimas ir poliravimas
Ultragarsinis šlifavimas ir poliravimas yra bekontaktis itin tikslus šlifavimo būdas. Išlaikykite fiksuotą tarpą tarp ultragarsinio vibracijos įrankio galvutės galinio paviršiaus ir ruošinio paviršiaus δ ir užpildykite jį mikroabrazyviniu darbiniu skysčiu. Kai ultragarso vibracijos įrankis vibruoja tam tikru dažniu, jis varo mikro abrazyvines daleles, kad atsitrenktų į ruošinio paviršių, taip šlifuodamas ruošinio paviršių.
Ultragarsinio šlifavimo metu daug abrazyvinių dalelių yra veikiami apdirbamo paviršiaus impulsiniu būdu tokiu pat dažniu kaip ir ultragarsinė vibracija, pašalinant arba pakeičiant pradinį metamorfinį sluoksnį ruošinio paviršiuje ir suformuojant naują metamorfinį sluoksnį ( ty paviršiaus apdorojimo sluoksnis) po juo. Jei proceso parametrai, tokie kaip amplitudės vertė, šlifavimo slėgis ir įrankio greitis, yra parinkti pagrįstai, naujai sukurtas metamorfinis sluoksnis gali būti plonesnis ir vienodesnis, todėl paviršius yra beveik nepažeistas. Ultragarsinis šlifavimas turi platų pritaikymo spektrą ir gali apdoroti įvairias kietas ir trapias medžiagas, įskaitant plokščius paviršius ir sudėtingus lenktus paviršius. Šiuo metu ultragarsu šlifuojant galima išgręžti mažas {{0}}.1-1,0 mm skersmens skyles ant 3 mm storio stiklo. Tuo pačiu metu jo rezekcijos greitis per laiko vienetą yra gana didelis, todėl reikia sudėtingų metodų ir gana paprastos įrangos, todėl pasiekiama didelė techninė ir ekonominė nauda. Daugeliu atvejų, pavyzdžiui, gręžiant mažas skylutes stikle ar apdorojant itin plonus ruošinius, ultragarsinis šlifavimas yra procesas, kurį verta rinktis arba vienintelis procesas, kurį galima pasirinkti.
2.6 Poliravimas jonų pluoštu
Skirtingai nuo tradicinio mechaninio poliravimo metodo, poliruojant jonų pluoštu naudojami įkrauti didelės energijos atomai arba jonai (jonai turi didesnę masę nei atomai, todėl galima gauti didesnę kinetinę energiją), kurie vakuuminėje būsenoje jonų pistoletu šaudo į ruošinį. . Kai didelės energijos jonai patenka į ruošinio paviršių, medžiaga smūgio taške pašalinama atominiu lygiu. Pašalintos medžiagos kiekis priklauso nuo jonų pluošto purškimo laiko tuo metu. Kadangi poliravimas jonų pluoštu skirtas pašalinti medžiagas atominiu lygiu, medžiagos pašalinimo greitis yra mažas. Todėl prieš naudojant šį metodą ruošinį reikia nupoliruoti tradiciniais metodais. Iš esmės įvykdžius tikslumo reikalavimus, ruošinio paviršiaus formą (pvz., sferinį paviršių, asferinį paviršių, asimetrinį laisvą paviršių ir kt.) galima labai tiksliai pakoreguoti naudojant jonų pluošto poliravimą. Nors jonų pluošto poliravimo gamybai reikia didelių investicijų į įrangą ir didelių eksploatavimo išlaidų, vis tiek būtina naudoti jonų pluošto poliravimo metodus tam tikriems dideliems optiniams veidrodžiams, kuriems taikomi specialūs didelio tikslumo reikalavimai.
Palyginti su tradiciniais optinio apdorojimo metodais, jonų pluošto poliravimo metodas turi šiuos privalumus:
(1) Jis gali realizuoti medžiagų deterministinį itin tikslų apdirbimą atominiu lygiu;
(2) Visiškai ištaisyti paviršiaus formos klaidas galima vienu apdorojimo procesu;
(3) Nejautri išorinei aplinkos vibracijai, temperatūros pokyčiams ir apkrovos stabilumui;
(4) Dėl to, kad jonų pluošto poliravimas turi būti atliekamas vakuume, poliravimo ir dengimo procesai gali būti atliekami tame pačiame vakuuminiame bake;
(5) Ruošinys neturi griūties ir deformacijos briaunų.
3 Išvada
Pirmiau minėti itin tikslūs šlifavimo ir poliravimo metodai iš esmės skiriasi nuo tradicinių šlifavimo metodų
Daugiau apie WBM Aukšti chromuoto plieno rutuliai:
G5,G10,G16 Mūsų Chrome rutulys paprastai gaminamas pagal GBT 308.1-2013 ir ISO 3290-1:2014 standartus. Kietumas bus pritaikytas pagal jūsų reikalavimus.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
