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研磨加工的发展和现状
发布时间:2019/1/22 21:37:49 来源:河北兴创机械制造有限公司
研磨加工除了加工精度和加工质量高这一特点外,还具有加工材料广,几乎可以加工任何固态材料的特点。正是由于这一特点,研磨加工方法的应用比较早。在原始社会,人类的祖先就用研磨方法来加工贝壳、骨制品、石器及一些器皿等。尽管研磨加工效率低,但在当时由于切削刀具材料比较落后,研磨对于这些材料的加工常常是惟一可进行的加工方法。后来,由于切削刀具材料的发展,切削加工因加工效率高而逐渐受到重视,使得切削加工在机械加工领域中所占比例增加,而研磨加工在机械加工领域所占比例一度减少。
  研磨是一种重要的精密和超精密加工方法,由于其不断发展完善,定义也在不断地变化。早年德国的经济加工协会曾给研磨定义为:研磨是一种加工方法,在工件和工具之间无强制导引,利用研磨剂,在不断变更方向的情况下相互滑动。这个定义是较为原始的基本定义,没有体现出研磨的特征。所以,后来有人给研磨又下了定义:用研磨工具和研磨剂从工件表面磨去一层极薄的金属,使工件表面达到较高要求的尺寸,准确的几何形状和很低的表面粗糙度值,这种精密加工的方法,叫研磨。这个定义强调了研磨的特征,但也限制了加工工件的材料范围,仅指金属似乎不妥。由于材料科学的进步和发展,非金属材料的大量涌现,其应用日益广泛,所以研磨加工对象也应包括非金属。因而,研磨可以表述为:利用磨具通过磨料作用于工件表面,进行微量加工的过程。
研磨加工除了加工精度和加工质量高这一特点外,还具有加工材料广,几乎可以加工任何固态材料的特点。正是由于这一特点,研磨加工方法的应用比较早。在原始社会,人类的祖先就用研磨方法来加工贝壳、骨制品、石器及一些器皿等。尽管研磨加工效率低,但在当时由于切削刀具材料比较落后,研磨对于这些材料的加工常常是惟一可进行的加工方法。后来,由于切削刀具材料的发展,切削加工因加工效率高而逐渐受到重视,使得切削加工在机械加工领域中所占比例增加,而研磨加工在机械加工领域所占比例一度减少。但近几年来,随着社会的进步,人们对产品性能的要求日益提高(影响产品性能的主要因素包括其构件的加工精度和加工质量),研磨加工以其加工精度和加工质量高而再次受到了人们的关注。特别是近几年信息技术、光学技术的发展,对光学零件不仅需求量增大,而且对其质量、精度都提出了较高的要求,而研磨作为光学加工中一种较为重要的加工方法,起着不可替代的作用。因此许多人从事着研磨加工技术的研究,其宗旨都是进一步提高研磨加工效率、加工精度,降低加工成本。
目前,国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少,但是加工精度不稳定、加工成本高、效率低。正是由于散粒磨料研磨存在一些不足,所以许多学者在研究改进这种研磨加工技术。
有人研究新型研磨液,以改善研磨效果;还有人研究不同磨料和不同材质磨盘的研磨效果,以寻求对应于不同工件的较佳磨料及磨盘。
研磨加工面形范围较广,几乎可以加工任何面形的工件。对于不同面形的工件,研磨加工方式不同,于是人们针对不同面形的工件探讨了不同的加工方法。
Jeong-Du-Kim,Min-Seog Choi和Takeo Shinmura,Toshio Aizawa等人专门研究了圆柱面的研磨加工。杉浦修等人研究采用磁力研磨法加工圆柱面的研磨机取得了较好的效果。我国也有一些学者从事圆柱面研磨加工的研究,如天津大学的邓广敏等人专门研究了陶瓷圆柱面的研磨,周俊研究了主轴套筒的研磨,朱长茂研究了高精度小轴的研磨加工。泊头鸿信德精密机械装备厂研磨团队研究了平面干研磨压砂平板等。
在金属切削加工中,刀具质量直接影响着呗加工工件的质量。,为提高工件质量,人们对刀具提出了较高的要求,特别是用于精密和超精密加工的金刚石刀具都要采用研磨加工。因此国内外一些人专门从事刀具研磨加工技术研究,取得了不错的进展。 为了高 效率,在研磨中不仅一次研磨加工工件的一个表面,而且还可以同时加工工件的两个表面。于是有人研制出双面研磨机。日本的Toshiroh Karaki-dog等人还研究了双面研磨加工工艺,为双面研磨的应用创造了良好的条件。一些学者专门研究将双面研磨技术应用于加工硅片(集成电路的基片),并成功地应用于生产上。
球面是一种较为常用的曲面,特别是在光学系统中和轴承上,其研磨加工量非常大。因此有人专门研究了球面研磨加工技术、加工机床及加工机理,取得了很好的效果。
在光学系统中应用非球面元件可以使复杂的系统结构变得较为简单。它们可以有效地消除像差,提高系统的成像质量。在多元件系统中,一个非球面元件可以替代两个,有时甚至是三个球面元件,这样就可以大大减小系统的尺寸及质量,提高稳定性,降低成本。因此非球面研磨加工就显得十分重要。许多人从事非球面研磨加工技术的研究,并将之用于生产。
有时还需要对一些特殊曲面进行研磨加工,因此有人专门研究了适合曲面加工的研磨机,而且还有人研究了一些特殊曲面专用研磨加工技术。
由于陶瓷应用日益广泛,研磨是陶瓷精密和超精密加工的一种非常重要的加工方法,不仅国外友人专门研究陶瓷研磨加工技术,而且我国学者在这一领域也做了许多研究工作。
研磨机是研磨加工的重要条件,因此人们专门研究了各种不同的研磨机。友人还针对不同的工件,研究开发不同的简易专用研磨装置。为了提高研磨机加工效率,人们在研磨加工自动化方面也做了许多工作,从而实现了连续研磨加工。特别是有人将计算机引入研磨机中,以进行特殊曲面加工。还有人将监测技术引入研磨加工中,对研磨过程进行监控。通过这些研究,研磨加工技术水平得到了很大提高。
由于研磨加工的针对性较强,对不同的工件,研磨加工方法也有很大差别,因此各行各业针对自己的特点,研究出不同工件的研磨加工技术。黎明机械公司樊宪林和周丽珠研究了研磨再航空发动机制造中的应用,王汝顺研究了螺纹刀具的研磨,杨成贞研究了小盲孔底端面的研磨,朱目成研究了木材研磨,武汉工业大学的陈强等人研究了石材研磨加工。泊头鸿信德机械的颜秉君等人研究了压嵌砂平面干研磨技术。他们的研究使研磨加工的领域更加广泛,研磨技术更加完善。
研磨加工后的工件表面精度及质量对其使用性能影响很大,因此有人研究了研磨加工对工件已加工表面精度及质量,甚至使用性能的影响,以保证研磨加工效果。
在切削加工中,刀具的几何参数及切削用量等十分明确,工件切削层的变形较为简单,人们对切削加工机理研究比较多,因此目前对切削加工的认识也较为全面,并形成了较为完整的切削加工理论。而对于磨削和研磨加工,由于加工过程十分复杂,从事磨削和研磨加工机理研究的人,相对来说比较少。以往人们为研究方便,把磨削和研磨的磨粒看成是具有较大负前角的切削刀具,磨削和研磨过程就是用大量的这种小刀具同时切削的过程。由于磨粒的大小、形状千差万别,使得人们很难对磨削和研磨过程有一个准确的描述,也很难进行较为深入的研究。这不仅使从事磨削和研磨加工机理研究的人少,而且使得人们对其加工过程的了解也十分有限。近年来,磨削和研磨加工的应用日益广泛,人们对磨削和研磨加工的研究也就较为重视。
尽管磨削过程较为复杂,但磨削过程中的磨粒运动和工件运动都是已知的。而对于普通研磨来说,不仅磨粒的运动是未知的,而且工件的运动也常常是未知的。这说明研究研磨过程比研究磨削过程更复杂。考虑到研磨加工量与超精密磨削相当,而且研磨与超精密磨削所用的磨料、所加工的工件材料相近,因此人们常常用超精密磨削机理代替研磨机理。
以往人们对塑性材料的加工机理研究较多,较好地掌握了其加工变形规律,建立了较为完善的加工理论。但由于材料科学的发展,脆性材料应用日益广泛,因此人们较重视脆性材料的加工机理的研究。他们都以超精密磨削为主要研究对象。特别是有人已将分子动力学,电子理论和量子力学引入超精密加工的微量切削机理研究中,用这些理论分析描述工件加工表面的微观变形规律,为深入探讨研磨机理提供了很大的帮助。
也有人考虑到研磨与超精密磨削的区别,在研究超精密磨削的同时,又研究了研磨。还有人专门研究研磨加工过程。这些研究成果为进一步认识研磨机理,更好地利用研磨加工造福于人类奠定了一定的理论基础。
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