第4章超精密磨削(康仁科)大连理工大学.pptVIP

ELID磨削的应用 ELID磨削方法除适用于金刚石砂轮外，也适用于氮化硼砂轮，应用范围几乎可以覆盖所有的工件材料。 它最适合于加工平面，磨削后的工件表面粗糙度可达Ra1nm的水平，即使在可见光范围内，这样的表面确实可以作为镜面来使用。 ELID也被用于加工其他几何形状如球面、柱面和环面等。按镜面的不同要求，可用于部分取代抛光或把抛光的时间降到最低的水平。 ELID磨削的生产率远远超过常规的抛光加工，故在许多应用场合取代了抛光工序。 4.4.3.2 细粒度含石墨弹性结合剂砂轮镜面磨削 砂轮： 细粒度600#~800#，或Ｗ10～Ｗ14； 含石墨填充剂； 弹性结合剂，如树脂结合剂，PVA（聚乙烯醇）结合剂。 砂轮需要精细修整，使砂轮工作面形成等高性好的切削微刃。 经过充分光磨。 镜面磨削机理 与陶瓷砂轮相比，弹性好，在磨削力的作用下，微刃有伸缩的余地，使微刃等高性更好，也可减少微刃破碎的机会。 微刃磨损后的变得平坦和半钝化，在润滑液的作用下产生摩擦抛光作用。 摩擦抛光产生的磨削热使凸出点软化，被磨钝的微刃碾平。 石墨具有好的润滑性能。 磨削结果 4.4.3.3 硬脆材料延性域磨削（Ductile-Regime Grinding） 塑性磨削 ? 它主要是针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削（Shere Mode Grindins）。由此磨削后的表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时的元规则的凹凸不平，表面呈有规则的纹理。 塑性磨削机理 塑性磨削的机理至今不十分清楚在切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。一般来说，临界切削深度在100μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。 对形成塑性磨削的另一种观点认为切削深度不是唯一的因素，只有磨削温度才是切屑由脆性向塑性转变的关键。从理论上讲，当磨粒与工件的接触点的温度高到一定程度时，工件材料的局部物理特性会发生变化，导致了切屑形成机理的变化。 单晶硅片的延性域磨削机理 减小或抑制表面/亚表面裂纹—延性域磨削 实现单晶硅等脆性材料延性域磨削的条件 单个磨粒最大切削深度agmax小于脆性材料的临界切削深度agc，即agmax agc agc = [λ0/ (ξ·tan2? ) ]1/ 2 ( KIC/ H) 2 式中　 λ0 —系数，取值为13500～20000 ξ— 压头几何因子，维氏压头，ξ= 2 H — 脆性材料的硬度 KIC —脆性材料的断裂韧性 ? — 压头与磨粒锥顶半角 问题： 如何使单颗粒磨削划痕试验更接近于实际？ 如何判别脆性域—塑性域转变？ 如何确定临界切削深度？ 普通的单颗磨粒磨削试验方法 脆性材料金刚石压痕试验 单颗金刚石磨粒磨削单晶硅的新实验方法 真空吸盘 切削方向 硅片 单颗金刚石磨粒 切削深度 硅片轮廓线 工作台 硅片 金刚石磨粒 工作台主轴 砂轮主轴 法兰盘 单颗磨粒磨痕的扫描电镜SEM照片 脆性域 延性域 磨粒切削深度减小 单颗金刚石磨粒磨削单晶硅的实验结果 单颗金刚石磨粒磨削划痕的微观形貌脆性—延性转变 脆性—延性域转变时的磨削划痕的三维形貌 脆性域单颗粒磨削划痕的三维形貌 延性域磨削划痕的三维形貌 单颗粒磨削划痕的显微镜照片 单颗金刚石磨粒磨削单晶硅的实验结果 单颗金刚石磨粒磨削单晶硅的划痕截面和亚表面层的微观分析 亚表面裂纹与磨痕深度变化关系Nomarski 显微照片 (6°角度抛光) 脆性域—塑性域转变的判别： 两方面：表面微观形貌＋亚表面裂纹特征 塑性磨削对磨床的要求 塑性磨削要靠特殊磨床来实现。这种特殊磨床必须满足如下要求：??l）极高的定位精度和运动精度。以免因磨粒的切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。??2）极高的刚性。因为塑性磨削的切削力远超过脆性磨削的水平，机床刚性太低，会因切削力引起的变形而破坏塑性切屑形成的条件。 4.4.4 超精密磨削的特点 超精密磨削不是一种单纯的加工方法，是一个系统工程。 4.4.5 超精密磨削的应用 1) 磨削钢铁及其合金等金属材料，如耐热钢、钛合金、不锈钢等合金钢，特别是经过淬火等处理的淬硬钢，也可用于磨削铜、铝及其合金等有色金属。 2) 可用于磨削非金属的硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石英、半导体、石材等，这些材料都比较难加工，超硬磨料砂轮超精密磨削是其主要的超精密加工方法。 3) 磨削作为一种典型的传统加工方法，有外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削、坐标磨削