第7章精密研磨与抛光

1、2022-2-247.1 研磨7.2 抛光7.3 精密研磨与抛光的主要工艺因素7.4 精密研磨抛光新技术7.5 曲面研磨抛光技术 2022-2-24第第7 7章章 精密研磨与抛光精密研磨与抛光2022-2-24在超精密加工中，超精密切削和超精密磨削的实在超精密加工中，超精密切削和超精密磨削的实现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及相关现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及相关技术的支持，并受到加工原理及环境因素的影响和限技术的支持，并受到加工原理及环境因素的影响和限制，要实现更高精度的加工十分困难。制，要实现更高精度的加工十分困难。超精密研磨抛光具有独特的加工原理，对加工设超精密研磨抛

2、光具有独特的加工原理，对加工设备和环境因素要求不高，可以实现纳米级甚至原子级备和环境因素要求不高，可以实现纳米级甚至原子级的加工，已经成为超精密加工技术中一个十分重要的的加工，已经成为超精密加工技术中一个十分重要的部分。部分。精密研磨与抛光加工涉及的材料：金属材料，硅精密研磨与抛光加工涉及的材料：金属材料，硅、砷化镓等半导体材料，蓝宝石、铌酸锂等光电子材、砷化镓等半导体材料，蓝宝石、铌酸锂等光电子材料，压电材料，磁性材料，光学材料等。料，压电材料，磁性材料，光学材料等。第第7 7章章 精密研磨与抛光精密研磨与抛光2022-2-241.1.研磨时磨料的工作状态研磨时磨料的工作状态1 1）磨粒在工

3、件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果；）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果；2 2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对工件表）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；面进行刻划，实现微切削加工；3 3）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。一、研磨加工的机理一、研磨加工的机理第第1 1节节 研磨研磨研磨加工研磨加工：利用硬度比被加工材料更高的：利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒微米级磨粒，在在硬质硬质研磨盘作用下产生研磨盘作用下产生微切削微切削和和滚扎滚扎作用，实现被作用，实现被加工表面的微量材料去除，使工

4、件的形状、尺寸精度加工表面的微量材料去除，使工件的形状、尺寸精度达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层的达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层的加工方法。加工方法。2022-2-242.2.硬脆材料的研磨硬脆材料的研磨 一部分磨粒由于研磨压力的作用，嵌入研磨盘表面，一部分磨粒由于研磨压力的作用，嵌入研磨盘表面，用露出的尖端刻划工件表面进行用露出的尖端刻划工件表面进行微切削微切削加工；另一部分加工；另一部分磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动，产生磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动，产生滚轧滚轧效果。效果。在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面的拉伸应力最在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面

5、的拉伸应力最大部位产生大部位产生微裂纹微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并产生脆性。当纵横交错的裂纹扩展并产生脆性崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。研磨脆硬材料时，研磨脆硬材料时，要控制产生裂纹的大要控制产生裂纹的大小和均匀性。小和均匀性。通过选择磨粒的粒通过选择磨粒的粒度及控制粒度的均匀度及控制粒度的均匀性，可避免产生特别性，可避免产生特别大的加工缺陷。大的加工缺陷。2022-2-243.3.金属材料的研磨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产生塑性变形的压坑，不会发生脆性

6、材料那样的破碎和裂纹。样的破碎和裂纹。研磨时，研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削磨粒的研磨作用相当于极微量切削和磨削时的状态和磨削时的状态。磨粒是游离状态的，其与。磨粒是游离状态的，其与工件仅是断续的研磨状态。工件仅是断续的研磨状态。研磨表面不会产生裂纹。但研磨铝、铜等软研磨表面不会产生裂纹。但研磨铝、铜等软质材料时，磨粒会被压入工件材料内，影响质材料时，磨粒会被压入工件材料内，影响表面质量。表面质量。2022-2-24二、研磨加工特点二、研磨加工特点第第1 1节节 研磨研磨1.1.微量切削微量切削由于众多磨粒参与研磨，单个磨粒所受载荷很小，控由于众多磨粒参与研磨，单个磨粒所受载荷很小，控

7、制适当的加工载荷范围，可得到小于制适当的加工载荷范围，可得到小于1 1m的切削深度。的切削深度。2.2.多刃多向切削多刃多向切削磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现多方向切削。多方向切削。2022-2-24二、研磨加工特点二、研磨加工特点第第1 1节节 研磨研磨3.3.按进化原理成形按进化原理成形当研具与工件接触时，在非强制性研磨压力作用下，能自动当研具与工件接触时，在非强制性研磨压力作用下，能自动地选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。地选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。超精密研磨的加工精度与构成相对运动的机

8、床运动精度几乎超精密研磨的加工精度与构成相对运动的机床运动精度几乎无关。无关。加工精度主要由工件与研具间的接触性质和压力特性，加工精度主要由工件与研具间的接触性质和压力特性，以及相对运动轨迹的形态等因素决定。以及相对运动轨迹的形态等因素决定。获得理想加工表面要求：获得理想加工表面要求：1)1)研具与工件能相互修整；研具与工件能相互修整；2)2)尽量使被加工表面上各点的加工痕迹与研磨盘的相对运动轨尽量使被加工表面上各点的加工痕迹与研磨盘的相对运动轨迹不重复，以减小研具表面的几何形状误差对工件表面形状所迹不重复，以减小研具表面的几何形状误差对工件表面形状所引起的引起的“复印复印”现象，同时减小划痕

9、深度，减小表面粗糙度。现象，同时减小划痕深度，减小表面粗糙度。3)3)在保证研具具有理想几何形状的前提下，采用浮动的研磨盒，在保证研具具有理想几何形状的前提下，采用浮动的研磨盒，可以保证加工质量。可以保证加工质量。2022-2-24第第2 2节节 抛光抛光抛光加工抛光加工：利用微细磨粒的：利用微细磨粒的机械作用机械作用和和化学作用化学作用，在，在软质软质抛光工具或化学加工液、电抛光工具或化学加工液、电/ /磁场等辅助作用下，磁场等辅助作用下，为获得光滑或超光滑表面，为获得光滑或超光滑表面，减小或完全消除加工变质减小或完全消除加工变质层层，从而获得高表面质量的加工方法。，从而获得高表面质量的加工

10、方法。抛光与研磨的区别：抛光与研磨的区别：磨料。抛光使用磨料。抛光使用1 1m m以下的微细磨粒。研磨是采用微以下的微细磨粒。研磨是采用微米级磨粒。米级磨粒。研具材料的选择。抛光盘选用沥青、石蜡、合成树研具材料的选择。抛光盘选用沥青、石蜡、合成树脂和人造革、锡等脂和人造革、锡等软质软质金属或非金属材料制成，可根金属或非金属材料制成，可根据接触状态自动调整磨粒的切削深度、减缓较大磨粒据接触状态自动调整磨粒的切削深度、减缓较大磨粒对加工表面引起的划痕损伤，提高表面质量。研磨采对加工表面引起的划痕损伤，提高表面质量。研磨采用用硬质硬质研磨盘。研磨盘。2022-2-241 1）以磨粒的）以磨粒的微小塑

11、性切削微小塑性切削生成切屑，但是它仅利用极生成切屑，但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。少磨粒强制压入产生作用。2 2）借助磨粒和抛光器与工件）借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦流动摩擦使工件表面的凸使工件表面的凸凹变平。凹变平。一、抛光加工的机理一、抛光加工的机理第第2 2节节 抛光抛光2022-2-24 不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表面上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、面上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面的力学性能、物理化学

12、性能与母体材料不同，进而影的力学性能、物理化学性能与母体材料不同，进而影响制成元件的性能，响制成元件的性能，因此在超精密研磨抛光中要求变因此在超精密研磨抛光中要求变质层越薄越好。质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：非非晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结构，结构，从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：极极薄的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹薄的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹性变形层和母体材料。性变形层和母体材料。金属材

13、料研磨后的加工表面变金属材料研磨后的加工表面变质层与硬脆材料类似。质层与硬脆材料类似。二、研磨、抛光的加工变质层二、研磨、抛光的加工变质层第第2 2节节 抛光抛光2022-2-24 抛光加工后的加工变质层，由表层向里依抛光加工后的加工变质层，由表层向里依次为：次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹应抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹应力层、二次裂纹影响层和完全结晶层力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个加，整个加工变质层深度约为工变质层深度约为3 3m m。并且加工表面越粗，。并且加工表面越粗，加工变质层深度越大。加工变质层深度越大。在加工过程中的化学反应对材料去除和减少加在加工过程中的化学反应

14、对材料去除和减少加工变质层有利。工变质层有利。二、研磨、抛光的加工变质层（接上页）二、研磨、抛光的加工变质层（接上页）第第2 2节节 抛光抛光2022-2-24精密研磨与抛光加工的主要工艺因素：精密研磨与抛光加工的主要工艺因素：加工条件：加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的金属材料的加工条件不同；金属材料的加工条件不同；研磨方式：研磨方式：单面研磨和双面研磨；单面研磨和双面研磨；研磨机：研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求能容易修整精度；能容易修整精度；研具和抛光盘：研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损

15、和弹性变形引必须避免因工作面磨损和弹性变形引起精度下降；起精度下降；研具材料：研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材料；料；加工液：加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的效果。效果。第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素一、工艺因素及其选择原则一、工艺因素及其选择原则2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素二、研磨与抛光设备二、研磨与抛光设备工件保持架齿面与设备的内齿圈和太阳轮同时啮合，工件保持架齿面与设备的内齿圈和太阳轮

16、同时啮合，使工件得到均匀不重复的加工轨迹。使工件得到均匀不重复的加工轨迹。2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素二、研磨与抛光设备二、研磨与抛光设备保证工件加工表面和研具表面上各点均有相同或相近的保证工件加工表面和研具表面上各点均有相同或相近的被切削条件和切削条件：被切削条件和切削条件：工件相对研具作平面平行运动，使工件上各点具有相工件相对研具作平面平行运动，使工件上各点具有相同或相近的研磨行程。同或相近的研磨行程。工件上任一点不出现运动轨迹的周期性重复。工件上任一点不出现运动轨迹的周期性重复。避免曲率过大的运动转角，保证研磨运动平稳。避免曲

17、率过大的运动转角，保证研磨运动平稳。保证工件走遍整个研具表面，以使研具磨损均匀，进保证工件走遍整个研具表面，以使研具磨损均匀，进而保证工件表面的平面度精度。而保证工件表面的平面度精度。及时变换工件的运动方向，以减小表面粗糙度值，并及时变换工件的运动方向，以减小表面粗糙度值，并保证表面均匀一致。保证表面均匀一致。2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素三、研磨盘与抛光盘三、研磨盘与抛光盘研磨盘是用于涂敷或嵌入磨料的载体，使磨粒发挥研磨盘是用于涂敷或嵌入磨料的载体，使磨粒发挥切削作用；切削作用；研磨盘是研磨表面的成型工具；研磨盘是研磨表面的成型工具

18、；研磨盘本身的几何精度按一定程度会研磨盘本身的几何精度按一定程度会“复印复印”到工到工件上，所以研磨盘的加工面要有较高的几何精度。件上，所以研磨盘的加工面要有较高的几何精度。对抛光盘的要求：对抛光盘的要求：1)1)抛光盘材料硬度一般比工件材料低，组织均匀致密、无杂质、抛光盘材料硬度一般比工件材料低，组织均匀致密、无杂质、异物、裂纹和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性；异物、裂纹和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性；2)2)机构合理，有良好的刚性、精度保持性和耐磨性，工作表面机构合理，有良好的刚性、精度保持性和耐磨性，工作表面应具有较高的几何精度；应具有较高的几何精度；3)3)排屑性和散热性好。

19、排屑性和散热性好。2022-2-24分类分类对象材料对象材料部分使用例部分使用例硬质硬质材料材料金属金属铸铁、碳钢、工具钢铸铁、碳钢、工具钢一般材料研磨一般材料研磨金刚石抛光金刚石抛光非金非金属属玻璃、陶瓷玻璃、陶瓷化合物半导体材料研磨化合物半导体材料研磨软软质质材材料料软质软质金属金属SnSn、PbPb、InIn、CuCu焊料焊料陶瓷抛光陶瓷抛光天然天然树脂树脂松脂、焦油、蜜蜡、树脂松脂、焦油、蜜蜡、树脂光学玻璃抛光光学玻璃抛光一般材料抛光一般材料抛光合成合成树脂树脂硬质发泡聚氨酯硬质发泡聚氨酯PMMAPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚四氟乙烯（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚四氟乙烯聚碳酸酯、聚氨酯橡

20、胶聚碳酸酯、聚氨酯橡胶光学玻璃抛光光学玻璃抛光一般材料抛光一般材料抛光天然天然皮革皮革麂（麂（jiji）皮）皮金属抛光金属抛光人工人工皮革皮革软质发泡聚氨酯软质发泡聚氨酯氟碳树脂发泡体氟碳树脂发泡体硅晶片抛光硅晶片抛光化合物半导体材料抛光化合物半导体材料抛光纤维纤维非织布（毛毡）非织布（毛毡）金属材料抛光金属材料抛光一般材料抛光一般材料抛光木材木材桐、杉、柳桐、杉、柳金属模抛光金属模抛光表表7-4 7-4 研磨盘及抛光盘材料及部分使用实例研磨盘及抛光盘材料及部分使用实例2022-2-24研具表面开槽研具表面开槽槽的形状有：放射状、网络状、同心圆状和螺旋状等。槽的形状有：放射状、网络状、同心圆状

21、和螺旋状等。槽的形状、宽度、深度和间距等根据工件材料性质、槽的形状、宽度、深度和间距等根据工件材料性质、形状及研磨面的加工精度而选择。形状及研磨面的加工精度而选择。研具开槽的作用：研具开槽的作用：1)1)存储多余磨粒，防止磨存储多余磨粒，防止磨料堆积而损伤工件表面；料堆积而损伤工件表面；2)2)作为向工件供给磨粒的作为向工件供给磨粒的通道；通道；3)3)作为及时排屑的通道，作为及时排屑的通道，防止研磨表面被划伤。防止研磨表面被划伤。2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素四、磨粒四、磨粒磨粒按硬度可分为：硬磨粒和软磨粒。磨粒按硬度可分为：硬磨粒

22、和软磨粒。研磨用磨粒需要具有的性能：研磨用磨粒需要具有的性能：磨粒形状、尺寸均匀一致；磨粒形状、尺寸均匀一致；磨粒能磨粒能适当适当破碎，使切刃锋利；破碎，使切刃锋利；磨粒熔点要比工件熔点高；磨粒熔点要比工件熔点高；磨粒在加工液中容易分散。磨粒在加工液中容易分散。抛光用磨粒还要考虑与工件材料作用的化学活性。抛光用磨粒还要考虑与工件材料作用的化学活性。通常研磨加工使用磨粒的硬度是工件材质的通常研磨加工使用磨粒的硬度是工件材质的2 2倍，有倍，有时使用两种以上磨粒的混合物。时使用两种以上磨粒的混合物。氧化铈氧化铈 玻璃；玻璃；S Si iO O2 2胶体胶体 石英玻璃石英玻璃, ,硅片；硅片；金刚石

23、金刚石 陶瓷；陶瓷；AlAl2 2O O3,3,S Si iC,CrC,Cr2 2O O3 3 钢系列金属钢系列金属. .抛光抛光抛光抛光抛光抛光抛光抛光 2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素五、加工液五、加工液通常研磨加工通常研磨加工抛光液抛光液由由基液基液( (水性或油性水性或油性) )、磨粒磨粒和和添添加剂加剂组成。组成。作用作用：供给磨粒、排屑、冷却和润滑。：供给磨粒、排屑、冷却和润滑。对加工液的要求：对加工液的要求：能有效散热，避免研具和工件表面热变形；能有效散热，避免研具和工件表面热变形；粘性低，提高磨料的流动性；粘性低，提高磨

24、料的流动性；不会污染工件；不会污染工件；化学物理性能稳定，不会因放置或温升而分解变质；化学物理性能稳定，不会因放置或温升而分解变质；能较好分散磨粒。能较好分散磨粒。添加剂作用添加剂作用是防止或延缓磨料沉淀，并对工件发挥化是防止或延缓磨料沉淀，并对工件发挥化学作用，以提高研磨抛光的加工效率和质量。学作用，以提高研磨抛光的加工效率和质量。2022-2-24第第3 3节节 精密研磨与抛光的主要工艺因素精密研磨与抛光的主要工艺因素六、工艺参数六、工艺参数加工速度、加工压力、加工时间以及研磨液和抛光加工速度、加工压力、加工时间以及研磨液和抛光液的浓度是研磨与抛光加工的主要工艺参数。液的浓度是研磨与抛光加

25、工的主要工艺参数。加工速度加工速度过高，会因为离心力将加工液甩出工作区，过高，会因为离心力将加工液甩出工作区，降低加工的平稳性，加快研具磨损，影响加工精度。降低加工的平稳性，加快研具磨损，影响加工精度。粗加工用低速、高压力；精加工用低速、低压力。粗加工用低速、高压力；精加工用低速、低压力。在一定范围内增加在一定范围内增加加工压力加工压力可提高研磨抛光效率；可提高研磨抛光效率；压力减小对减小表面粗糙度有利。压力减小对减小表面粗糙度有利。研磨液和抛光液的浓度研磨液和抛光液的浓度增加，材料去除率增加，但增加，材料去除率增加，但浓度过高，磨粒的堆积和阻塞会引起加工效率降低，浓度过高，磨粒的堆积和阻塞会

26、引起加工效率降低，引起加工质量恶化。引起加工质量恶化。2022-2-24第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术一、无损伤抛光一、无损伤抛光晶体材料的无损伤表面抛光技术是以不破坏极晶体材料的无损伤表面抛光技术是以不破坏极薄表层结晶结构的加工单位进行材料微量切除薄表层结晶结构的加工单位进行材料微量切除加工的方法。加工的方法。无损伤表面抛光方法分为：机械微量去除抛光、无损伤表面抛光方法分为：机械微量去除抛光、化学抛光、化学机械复合抛光。化学抛光、化学机械复合抛光。机械微量去除抛光机械微量去除抛光：只限定于磨粒作用区域：只限定于磨粒作用区域的机械抛光，其抛光效果取决于晶体和磨粒的的机

27、械抛光，其抛光效果取决于晶体和磨粒的粒度、磨粒形状、抛光盘保持抛光剂的性能等粒度、磨粒形状、抛光盘保持抛光剂的性能等物理特性。物理特性。2022-2-24第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术一、无损伤抛光一、无损伤抛光化学抛光化学抛光：是在：是在软质软质抛光盘上用化学液进行抛光盘上用化学液进行腐蚀抛光。优点：没有变形损伤层；缺点：有腐蚀抛光。优点：没有变形损伤层；缺点：有腐蚀破坏层。腐蚀破坏层。化学机械复合抛光化学机械复合抛光分为干式化学机械抛光和分为干式化学机械抛光和湿式化学机械抛光。湿式化学机械抛光。干式化学机械抛光干式化学机械抛光：借助施加机械能作用，引：借助施加机械

28、能作用，引起晶体表面发生物理化学变化，产生固相反应。起晶体表面发生物理化学变化，产生固相反应。湿式化学机械抛光湿式化学机械抛光：在机械作用同时施加化学：在机械作用同时施加化学作用，借助加工中的摩擦热和局部应力应变，并作用，借助加工中的摩擦热和局部应力应变，并由加工液促进化学作用。由加工液促进化学作用。2022-2-24第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术二、非接触抛光二、非接触抛光非接触抛光非接触抛光：工件与抛光盘在抛光中不发生接触，仅：工件与抛光盘在抛光中不发生接触，仅用抛光液中的微细粒子冲击工件表面，获得加工表面用抛光液中的微细粒子冲击工件表面，获得加工表面完美结晶性和

29、精确形状，去除量为几个到几十个原子完美结晶性和精确形状，去除量为几个到几十个原子级的抛光方法。可用于级的抛光方法。可用于功能晶体材料功能晶体材料( (注重结晶完整性注重结晶完整性和物理性能和物理性能) )和和光学零件光学零件（注重表面粗糙度和形状精度）（注重表面粗糙度和形状精度）的抛光。的抛光。聚氨脂球加工头边回转边向工件表聚氨脂球加工头边回转边向工件表面接近，微细粒子以接近水平的角面接近，微细粒子以接近水平的角度与被加工材料碰撞，完成加工。度与被加工材料碰撞，完成加工。微细粒子的作用区域很微小微细粒子的作用区域很微小( 1-( 1-2mm)2mm)，在接近材料表面处产生最大，在接近材料表面处

30、产生最大切应力，既不使基体内的位错、缺切应力，既不使基体内的位错、缺陷等发生移动，又能产生微量的弹陷等发生移动，又能产生微量的弹性破坏，进行去除加工。性破坏，进行去除加工。2022-2-24图为数控弹性发射加工装图为数控弹性发射加工装置。整个装置是一个三坐置。整个装置是一个三坐标数控系统，聚氨酯球装标数控系统，聚氨酯球装在数控主轴上，由变速电在数控主轴上，由变速电动机带动旋转，其负载为动机带动旋转，其负载为2N2N。在加工硅片表面时，用直在加工硅片表面时，用直径为径为0.1m 0.1m 的氧化锆微粉，的氧化锆微粉，以以100m/s100m/s速度及水平面成速度及水平面成2020的入射角向工件表

31、面的入射角向工件表面发 射 ， 其 加 工 精 度 可 达发 射 ， 其 加 工 精 度 可 达0.1m0.1m，表面粗糙，表面粗糙度度Ra0.0005m Ra0.0005m 以下。以下。数控弹性发射加工装置数控弹性发射加工装置2022-2-24第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术三、界面反应抛光三、界面反应抛光当工件与摩擦界面处于高温高压状态时，工件表面容易形成一当工件与摩擦界面处于高温高压状态时，工件表面容易形成一层层化合物化合物，在表层深度极浅的反应物很容易通过，在表层深度极浅的反应物很容易通过研抛去除研抛去除，最，最终可高效地获得表面粗糙度为数纳米以下的完美表面，主

32、要有终可高效地获得表面粗糙度为数纳米以下的完美表面，主要有化学机械抛光和水合抛光两种方法。是目前加工功能陶瓷元器化学机械抛光和水合抛光两种方法。是目前加工功能陶瓷元器件基片精密加工的主要方法。件基片精密加工的主要方法。化学机械抛光化学机械抛光(CMP, Chemical Mechanical Polishing),(CMP, Chemical Mechanical Polishing),是目是目前应用最广泛前应用最广泛, , 抛光质量和效率较高抛光质量和效率较高, , 技术比较成熟的一种抛技术比较成熟的一种抛光方法光方法, , 从原理讲可以加工任何材料。从原理讲可以加工任何材料。水合抛光水合抛

33、光(Hydration Polishing) ,(Hydration Polishing) ,是在抛光过程中是在抛光过程中, , 利用过利用过热水蒸气分子和水作用工件表面热水蒸气分子和水作用工件表面, , 在界面上形成水合化层在界面上形成水合化层( (如如AlAl2 2O O3 3), ), 借助过热水蒸气借助过热水蒸气, ,不是用游离磨粒，或在一个大气压的不是用游离磨粒，或在一个大气压的水蒸气环境条件下，利用外来的摩擦力从工件表面上将这水合水蒸气环境条件下，利用外来的摩擦力从工件表面上将这水合化层分离、去除化层分离、去除, , 去除量是数去除量是数 , , 所以可获得无划痕、平滑光所以可获得

34、无划痕、平滑光泽、无畸变的洁净表面泽、无畸变的洁净表面, , 且抛光速度显著提高。且抛光速度显著提高。2022-2-24第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术四、电、磁场辅助抛光四、电、磁场辅助抛光电场和磁场辅助抛光加工电场和磁场辅助抛光加工(FFF, Field-assisted Fine Finishing, 或称场致抛光或称场致抛光)：通过控制电、磁：通过控制电、磁场的强弱控制磨粒对工件的作用力，进行抛光。场的强弱控制磨粒对工件的作用力，进行抛光。电场辅助抛光电场辅助抛光：是指电泳抛光，它利用胶体粒：是指电泳抛光，它利用胶体粒子在电场作用下产生的电泳现象进行抛光。子在电

35、场作用下产生的电泳现象进行抛光。磁场辅助抛光磁场辅助抛光：主要包括磁性磨粒加工：主要包括磁性磨粒加工(下节介下节介绍绍)、磁流体抛光磁流体抛光和磁流变加工和磁流变加工(下节介绍下节介绍)三种。三种。2022-2-24磁流体抛光有悬浮式和分离式两种。磁流体抛光有悬浮式和分离式两种。悬浮式磁流体抛光悬浮式磁流体抛光：是将磨粒混入磁流体中，：是将磨粒混入磁流体中，通过磁流体在磁场作用下的通过磁流体在磁场作用下的“浮置浮置”作用进行作用进行抛光。它可以获得抛光。它可以获得 的无变质层加工的无变质层加工表面表面, , 并能研抛表面形状复杂的工件；并能研抛表面形状复杂的工件；分离式磁流体抛光分离式磁流体抛

36、光：磨料不混入磁流体中，：磨料不混入磁流体中，利用磁流体向强磁场方向移动的特性，通过橡利用磁流体向强磁场方向移动的特性，通过橡胶板等弹性体挤压磨料，对工件进行抛光。胶板等弹性体挤压磨料，对工件进行抛光。第第4 4节节 精密研磨抛光的新技术精密研磨抛光的新技术四、电、磁场辅助抛光四、电、磁场辅助抛光2022-2-24第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术一、磁性磨粒加工一、磁性磨粒加工磁性磨粒加工磁性磨粒加工(Magnetic Abrasive Finishing, MAF)(Magnetic Abrasive Finishing, MAF)：利用磁性磨粒利用磁性磨粒( (由磨粒与铁粉

37、经混合、烧结再粉碎至一由磨粒与铁粉经混合、烧结再粉碎至一定粒度制成定粒度制成) )对工件表面进行研磨抛光。对工件表面进行研磨抛光。磁性磨粒加工时磁性磨粒加工时, 工件放人由工件放人由两磁极形成的磁场中两磁极形成的磁场中, 在工件在工件和磁极的间隙中放人磁性磨和磁极的间隙中放人磁性磨料。在磁场力的作用下料。在磁场力的作用下, 磨料磨料沿磁力线方向整齐排列沿磁力线方向整齐排列, 形成形成一只柔软且具有一定刚性的一只柔软且具有一定刚性的“ 磁研磨刷磁研磨刷” 。当工件在磁。当工件在磁场中旋转并作轴向振动时场中旋转并作轴向振动时, 工工件与磨料发生相对运动件与磨料发生相对运动, “ 磨磨料刷料刷”就对

38、工件表面进行研就对工件表面进行研磨加工。磨加工。2022-2-24第第5 5节节 曲面研磨抛光技术曲面研磨抛光技术一、磁性磨粒加工一、磁性磨粒加工磁性磨粒加工特点：磁性磨粒加工特点：通过改变磁场的强度可以容易地控制研磨压力，加工过程可作通过改变磁场的强度可以容易地控制研磨压力，加工过程可作到全面自动化；到全面自动化；由于磁极与工件表面之间有加工间隙由于磁极与工件表面之间有加工间隙, , 因此通过因此通过“ 磨料刷磨料刷”进行柔性研磨进行柔性研磨, , 不但可用于圆柱和平面研磨不但可用于圆柱和平面研磨, , 还可以进行异形表还可以进行异形表面及自由曲面的研磨；面及自由曲面的研磨；对设备精度和刚度要求不高，没有传统精密设备的振动或颤动对设备精度和刚度要求不高，没有传统精密设备的振动或颤动等问题；等问题；磨料沿加工表面不断滚动和更换位置磨料沿加工表面不断滚动和更换位置, , 使其具有良好的自锐性；使其具有良好的自锐性；磁性材料被约束在磁极之间磁性材料被约束在磁极之间, , 不会污染操作环境；不会污染操作环境；可使工件表面产生残余压缩应力，提高工件的抗疲劳强度；可使工件表面产生残余压