超精密加工技术的发展随着时代的进步其加工精度也不断提高,目前已经进入到纳米制造阶段。纳米级制造技术是目前超精密加工技术的巅峰,其研究需要具有雄厚的技术基础和物质基础条件,美国、日本及欧洲一些国家以及我国都在进行一些研究项目,包括聚焦电子束曝光、原子力显微镜纳米加工技术等,这些加工工艺可以实现分子或原子级的移动,从而可以在硅、砷1化镓等电子材料以及石英、陶瓷、金属、非金属材料上加工出纳米级的线条和图形,最终形成所需的纳米级结构,为微电子和微机电系统的发展提供技术支持。
国内真正系统地提出超精密加工技术的概念是从20世纪80年代~90年代初,由于航空、航天等军1工行业的发展对零部件的加工精度和表面质量都提出了更高的要求,这些军1工行业投入了资金支持行业内的研究所和高校开始进行超精密加工技术基础研究。由于当时超精密加工技术属于军1用技术,无论从设备还是工艺等方面,国外都实施了技术封锁,所以国内超精密加工技术的开展基本都是从超精密加工设备的研究开始。由于组成超精密加工设备的基础是超精密元部件,包括空气静压主轴及导轨、液体静压主轴及导轨等,所以各家单位也正是以超精密基础元部件及超精密切削加工用的天然金刚石刀具等为突破口,并很快就取得了一些进展。哈尔滨工业大学、北京航空精密机械研究所等单位陆续研制了超精密主轴及导轨等元部件,并进行了天然金刚石超精密切削刀具刃磨机理及工艺研究,同时陆续搭建了一些结构功能简单的超精密车床、超精密镗床等超精密加工设备,开始进行超精密切削工艺实验。
(1)砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工,属于涂附磨具磨削加工的范畴,有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。
(2)精密切削,也称金刚石刀具切削(SPDT),用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工,主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工,如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等,比一般切削加工精度要高1~2个等级。
(3)珩磨,用油石砂条组成的珩磨头,在一定压力下沿工件表面往复运动,加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm,最1好可到Ra0.025μm,主要用来 加工铸铁及钢,不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。
(4)精密研磨与抛光 通过介于工件和工具间的磨料及加工液,工件及研具作相互机械摩擦,使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达 到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度,被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工变质层很小,表面质量高,精密研磨的设备简单,主要用于平 面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工,也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。
(5)抛光 是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工,主要用来降低工件表面粗糙度,常用的方法有:手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化 学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μm,可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工 精度 0.01~0.02μm,表面粗糙度Ra0.1μm。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μm。电化学抛光可提高到 Ra0.1~0.08μm。