Апстрактан:Овај чланак уводи принципе обраде, карактеристике, објекте обраде и примене неколико савремених ултра прецизних метода брушења и полирања.
Кључне речи:ултра прецизно брушење; Обрада еластичне емисије; Механохемијско млевење; Магнетно брушење; Ултразвучно брушење
1. Преглед
Технологија ултра прецизне машинске обраде обележава ниво механичке производне индустрије у земљи, играјући веома важну улогу у побољшању перформанси, квалитета, животног века и истраживању и развоју високотехнолошких производа у оптоелектронским и механичким производима. Тренутно, ултра прецизна обрада се односи на грешке обраде мање од 0.01 μм. Површинска храпавост мања од Ра0,025 μ Обрада м, такође позната као обрада на субмикронском нивоу. Сада је ултра прецизна обрада ушла у наноскалу, познату као наномашинска обрада.
У ултра прецизној машинској обради, имплементација ултра прецизног сечења и ултра прецизног брушења се у великој мери ослања на подршку опреме за обраду, алата и других сродних технологија. Због утицаја и ограничења његових принципа обраде и фактора околине, веома је тешко постићи већу прецизност машинске обраде. Због својих јединствених принципа обраде и ниских захтева за опрему за обраду и факторе животне средине, ултра прецизно брушење и полирање може постићи обраду на наносмеру или чак на атомском нивоу, и постало је важан део технологије ултра прецизне машинске обраде.
2. Неколико ултра прецизних метода брушења и полирања
2.1 Метода ултра прецизног брушења и полирања заснована на механичком дејству Засновано на механичком деловању, метода ултра прецизног брушења и полирања се ослања на механичко дејство микро абразивних честица за микро уклањање обрађене површине, постижући високо прецизну машинску површину.
2.1.1 Машинска обрада са еластичном емисијом је ултра прецизна метода брушења која може постићи високу тачност обраде и ниску храпавост површине.
Током обраде, полиуретанске кугле се користе као главе за обраду, а течност за млевење која садржи фине абразивне честице (0.1-0.01 µ м) се додаје између брзе ротирајуће главе за обраду и површине радни предмет који се обрађује, стварајући одређену количину притиска. Млазни ток и центрифугална сила коју генерише ротирајућа глава за обраду велике брзине чине да абразивне честице ударају или трљају површину радног предмета, што резултира атомском комбинацијом еластичних материјала за уништавање, чиме се уклањају материјали на површини радног предмета. Може спречити унутрашње неусклађеност и дефекте у материјалу, али такође може да генерише малу количину "еластичног оштећења" (тј. обрада без сметњи), чиме се постиже обрада на атомском нивоу. И може добити веома одличне површине. Приликом обраде силицијумских плочица може се добити површина без дефекта која је еквивалентна корозијској обради.
Ако се ЦНЦ уређај користи за полиуретанске кугле и радне столове, могуће је извршити површинску обраду на радном предмету. Може постићи еластично уклањање атомског нивоа и оптималну тачност геометријског облика. На слици 2 приказан је ЦНЦ уређај за машинску обраду еластичног покретања. Цео уређај је троосни ЦНЦ систем, са полиуретанским куглицама уграђеним на ЦНЦ вретено и ротираним мотором променљиве брзине, са оптерећењем од 2Н. Приликом обраде површине силицијумских плочица користите пречник од 0. 1 μМ цирконијум у праху се емитује према површини радног предмета брзином од 100м/с и упадни угао од 20 степени у односу на хоризонталну раван, са прецизношћу обраде од ± 0,1 μм. Храпавост површине Ра0,0005 μ Испод м.
2.1.2 Плутајуће брушење и полирање
Дијаграм принципа обраде плутајућег брушеног полирања је приказан на слици 3 (слика 3 је изостављена). Користи принцип механике флуида да би машина за полирање пливала даље од радног предмета и прави низ клинастих жлебова на површини радног комада машине за полирање. Када се машина за полирање ротира великом брзином, радни предмет или машина за полирање плута због динамичког притиска уљног клина, а абразивне честице између полирају површину радног предмета. Плутајуће полирање може обрадити површине радног предмета са високом равношћу, без урушавања чеоних површина или деформација. Плутајуће полирање се може користити за површину магнетног размака глава рачунара. Ултра прецизна обрада оптичких компоненти и функционалних керамичких материјала подлога може спречити разлике у границама зрна избором одговарајућих течности за полирање и хемијских адитива. Чак и поликристални материјали могу постићи површинску храпавост од Ра0.002 μ Површина м. Користите изузетно меки графит и ЛиФ растворљив у води за полирање веома тврдог сафира {0001}. Његова храпавост површине може да достигне Ра0,00008 μМ. Усвајањем плутајућег брушења и полирања, без употребе учвршћења, радијус колапса крајње стране може бити чак 0,01 μМ. Површина након плутајућег брушења и полирања има добре карактеристике кристализације и нема заосталог притиска на обрађеној површини.
2.1.3 Магнетно млевење
Магнетно млевење је нова метода обраде млевења која користи дејство магнетног поља. Може ефикасно и брзо да изврши ултра прецизну машинску обраду на различитим материјалима, величинама и структурним деловима. То је ниска инвестиција, висока ефикасност, разноврсна и висококвалитетна метода обраде млевења.
Магнетно плутајуће брушење. Формира га магнетна течност под дејством магнетног поља (састављеног од магнетних честица, површински активних материја и течних носача као што су вода и уље), што доводи до тога да суспендовани немагнетни абразив бруси и полира ротирајући радни предмет испод струјања. и плутајуће дејство магнетног флуида, чиме се побољшава квалитет и ефикасност завршне обраде. Може да добије Ра мањи од или једнак 0.01 μМ има слој који се не пропада за површинску обраду и може да бруси и полира радне предмете сложених облика површине.
Овај процес машинске обраде настао је 1940-их у Сједињеним Државама. Кроз континуирано ширење и унапређење његове технологије и опреме, као и примену методе коначних елемената за симулацију процеса магнетног полирања, анализиране су карактеристике кретања магнетне течности и абразивних честица под магнетном индукцијом, што је у великој мери промовисало развој и примену овог процеса.
Магнетно брушење магнетних абразива. Шематски дијаграм је приказан на слици 4 (слика 4 је скраћена). Током магнетног брушења, радни предмет се поставља у магнетно поље које формирају два магнетна пола, а магнетни абразив се поставља у зазор између радног предмета и магнетних полова. Под дејством силе магнетног поља, абразиви су уредно распоређени дуж правца линија магнетне силе, формирајући меку и круту „магнетну четку за брушење“. Када се радни предмет ротира у магнетном пољу и подлеже аксијалној вибрацији, долази до релативног кретања између радног предмета и абразива, а "абразивна четка" бруси површину радног предмета.
Магнетно брушење има следеће карактеристике:
Променом јачине магнетног поља, притисак млевења се може лако контролисати;
Због обрадног размака (1-4мм) између магнетног пола и површине радног предмета, флексибилно брушење помоћу „абразивне четке“ може се користити не само за цилиндрично и планарно брушење, већ и за брушење неправилних површина и слободне површине;
Под условом да је структура магнетног пола фиксирана, сила брушења се може подесити кроз густину магнетног флукса, а процес обраде се може лако аутоматизовати;
Абразив се континуирано котрља и мења положај дуж површине обраде, што га чини добрим перформансама самоглодања;
Магнетни материјали су ограничени између магнетних полова и не загађују радно окружење;
Висока ефикасност обраде;
Може да меље и феромагнетне и неферомагнетне материјале.
Магнетно брушење је погодно за брушење, полирање и уклањање ивица са прецизних делова, као што су унутрашњи и спољашњи путеви лежаја, клизни вентили, зупчасте пумпе, штампане плоче, калупи, кућишта за сатове, сечива итд. Може се користити не само за делове направљене од магнетних материјала као што су гвожђе, угљенични челик и легирани челик, али и за немагнетне металне материјале као што су месинг, нерђајући челик и легуре титанијума, као и за неметалне материјале као што су керамика и силицијумске плочице.
Због своје снажне прилагодљивости и широког спектра примене, магнетно брушење је веома обећавајућа метода ултра прецизне машинске обраде. У будућности ће се магнетно млевење развијати у следећа два правца:
Развити нове магнетне абразиве са бољом магнетном проводљивошћу и већом чврстоћом и тврдоћом;
Брусите делове сложеног облика помоћу ротирајућег магнетног поља.
2.1.4 Електролитичко магнетно абразивно полирање
Електролитичко магнетно абразивно полирање је комбинација електрохемијске обраде и магнетног абразивног полирања. Дијаграм принципа обраде приказан је на слици 5. Анодни прикључак струје и напона на радни предмет, катодни прикључак на алат, а катодни прикључак на део радног предмета где треба уклонити неравнине. Електролит се покреће пумпом и тече кроз катоду кроз подручје шиљака на радном комаду аноде да би стигао до резервоара за рефлукс. Радни предмет се ротира одређеном брзином док је подвргнут аксијалној вибрацији. Нанесите снажно једносмерно магнетно поље у правцу равни који је окомит на осу радног предмета и струјну линију, попуните магнетно поље слободним магнетним абразивом, а „абразивна четка“ састављена од магнетног абразива брзо удара на површину радног предмета како би уклонила избочене неравнине и постићи глатку обраду.
Ова композитна метода брушења је погодна за прецизно уклањање ивица и завршну обраду материјала високе чврстоће, високе тврдоће и жилавости. Његова ефикасност је двоструко већа од методе брушења силе магнетног поља и може побољшати храпавост површине радног предмета за два нивоа, без стварања секундарних неравнина након обраде.
2.2 Ултра прецизна метода млевења заснована на механохемијској интеракцији
Механохемијско брушење је процес млевења који се дешава под утицајем микро честица праха и хемијског дејства течности за млевење, уклањајући трагове материјала са површине радног предмета. Ова метода има добру економичност и високу продуктивност. Не само да се може постићи висок ниво храпавости површине, већ је и геометријска тачност обраде веома висока, а на обрађеној површини готово да нема слоја оштећења, што има важну примену за обраду микроелектронских функционалних материјала.
Диск за млевење се излива лимом, а жлебови су урезани у ободном правцу. Дијамантски секачи се користе за сечење крајњег дела брусног диска, чинећи га високом равнином и површином попут огледала. Брусни диск и осовина радног предмета ротирају се са великом прецизношћу брзином од {{0}}р/мин, а радни предмет је фиксиран на осовини радног предмета. Смер ротације осовине радног предмета и вретена брусног диска је исти. Под дејством ефекта динамичког притиска течности, радни предмет се суспендује на брусном диску са пливајућим зазором од неколико микрометара, а радни предмет се подвргава деловању брушења под хемијским дејством течности за млевење и утицаја микро честица праха. СП46 ултра прецизна брусилица коју производи Институт за индустријску технологију у Нагоји у Јапану је типична ултра прецизна брусилица заснована на механохемијским интеракцијама. Ова машина користи 0.02 μ. Храпавост површине силицијумских плочица обрађених са м честица микропраха СиО2 може да достигне 2нм, а заостали напон је скоро нула. Брусите БК7 оптичко стакло пречника 100мм и дебљине 30мм на овој машини, са равношћу од 0,031 μм. Храпавост површине РМС (средња квадратна девијација) може да достигне 3,8 нм.
Због ниске стопе уклањања материјала овим методом брушења, потребно је да сам радни предмет има одређени степен тачности и квалитета површине. Пре брушења треба контролисати тачност радног предмета који се обрађује у оквиру: равности ({{0}}) μм. Храпавост површине РМС (0.1-0.2) μ У опсегу од м. У супротном, може доћи до немогућности брушења, што може довести до оштећења радног предмета.
2.3 Течно брушење и полирање површине
Полирање течним површинским брушењем, такође познато као хидропланско полирање. Значајна карактеристика ове методе брушења је да се не користе абразиви. Током полирања, притиском течности између радног предмета и диска за полирање (кристалне равне плоче) формира се зазор, а за полирање се користи кретање корозивне течности. Дакле, то је хемијска метода обраде корозије. Корозивни раствор који се користи у преради је мешавина метанола, етилен гликола и брома. Углавном се користи за обраду површине ЦаАс и ИнП супстрата.
2.4 Хидратационо брушење и полирање
Полирање брушењем хидратацијом је метода полирања брушењем која активно користи генерисање реакција хидратације на критичном интерфејсу радног предмета. Његова главна карактеристика је да не користи абразивне честице или течности за обраду, а уређај за обраду је сличан тренутно коришћеној машини за полирање, само обрађује у окружењу водене паре. Из тог разлога, покушајте да избегнете коришћење диска за полирање материјала који може да изазове реакцију сувог медија са радним предметом. Како се диск за полирање ротира, држач радног комада се помера напред-назад на њега. Током процеса полирања хидратацијом, два предмета стварају релативно трење и стварају високу температуру и притисак у контактној области, што резултира активацијом атома или молекула на површини радног предмета. Хидратациони слој се формира на основној површини интеракцијом прегрејаних молекула водене паре и воде. Уз помоћ прегрејане водене паре (не слободних абразивних честица), слој хидратације се одваја и уклања са површине радног предмета. Дебљина уклањања је неколико десетина нанометра, тако да се може добити чиста површина без огреботина, глатког сјаја и изобличења.
Полирање хидратантним брушењем је веома погодно за ултра прецизну машинску обраду кристала сафира и цинк селенида (оптички елементи за ЦО2 ласере) који захтевају добру глаткоћу површине, високу равност, без изобличења кристала и високу чистоћу. Поред тога, као хидрофилни материјали, стакло, кристал, МгО, И2О3, МгАл2О4 итд. такође треба полирати хидратацијом.
2.5 Ултразвучно брушење и полирање
Ултразвучно брушење и полирање је бесконтактна ултра прецизна метода брушења. Одржавајте фиксни размак између крајње стране главе ултразвучног вибрационог алата и површине радног предмета δ и напуните га микроабразивном радном течношћу. Када ултразвучни вибрациони алат вибрира на одређеној фреквенцији, он покреће микро абразивне честице да ударе на површину радног предмета и на тај начин брусе површину радног предмета.
Током ултразвучног брушења, велики број абразивних честица се удара на обрађену површину на импулсни начин на истој фреквенцији као и ултразвучна вибрација, уклањајући или модификујући оригинални метаморфни слој на површини радног комада и формирајући нови метаморфни слој ( односно слој за обраду површине) испод њега. Ако је избор параметара процеса као што су вредност амплитуде, притисак брушења и брзина алата разуман, новогенерисани метаморфни слој може бити тањи и уједначенији, што резултира површином која је скоро неоштећена. Ултразвучно брушење има широк спектар примена и може да обрађује различите тврде и крхке материјале, укључујући равне површине и сложене закривљене површине. Тренутно, ултразвучно брушење може да избуши мале рупе пречника {{0}}.1-1.0 мм на стаклу дебљине 3 мм. Истовремено, његова брзина ресекције по јединици времена је релативно висока, захтева сложене технике и релативно једноставну опрему, чиме се постижу високе техничке и економске користи. У многим ситуацијама, као што је бушење малих рупа у стаклу или обрада ултра танких радних комада, ултразвучно брушење је процес који вреди изабрати или једини процес који се може изабрати.
2.6 Полирање јонским снопом
За разлику од традиционалне методе механичког полирања, полирање јонским снопом користи наелектрисане атоме или јоне високе енергије (јони имају већу масу од атома, тако да се може добити већа кинетичка енергија), који се гађају на радни предмет јонским пиштољем у вакууму. . Када јони са високом енергијом ударе у површину радног предмета, материјал на тачки удара се уклања на атомском нивоу. Количина уклоњеног материјала зависи од времена распршивања јонског снопа у тој тачки. Пошто је полирање јонским снопом за уклањање материјала на атомском нивоу, брзина уклањања материјала је ниска. Стога, пре употребе ове методе, радни предмет треба претходно полирати традиционалним методама. Након што су у основи испуњени захтеви за тачност, облик површине радног предмета (као што је сферна површина, асферична површина, асиметрична слободна површина, итд.) може се исправити са високом прецизношћу коришћењем полирања јонским снопом. Иако производња полирања јонским снопом захтева значајна улагања у опрему и високе оперативне трошкове, и даље је неопходно користити методе полирања јонским снопом за одређена велика оптичка огледала са посебним захтевима високе прецизности.
У поређењу са традиционалним методама оптичке обраде, метода полирања јонским снопом има следеће предности:
(1) Може да реализује материјално детерминистичку ултра прецизну машинску обраду на атомском нивоу;
(2) Потпуна корекција грешака облика површине може се постићи кроз један процес обраде;
(3) Није осетљив на спољашње вибрације околине, промене температуре и стабилност оптерећења;
(4) Због чињенице да полирање јонским снопом треба да се врши у вакууму, процеси полирања и премазивања могу се обављати у истом вакуумском резервоару;
(5) Радни предмет неће имати ивичне ефекте колапса и савијања.
3 Закључак
Горе наведене ултрапрецизне методе брушења и полирања се фундаментално разликују од традиционалних метода брушења
Више о ВБМ-у Високохромиране челичне куглице:
Г5,Г10,Г16 Наша Цхроме лопта се обично производи у складу са стандардима ГБТ 308.1-2013 и ИСО 3290-1:2014. Тврдоћа ће бити прилагођена на основу вашег захтева.
хттпс://ввв.беарингроллер.цом/роллинг-елементс/стеел-балл/хигх-цхроме-стеел-баллс.хтмл
