sažetak:Ovaj članak uvodi principe obrade, karakteristike, objekte obrade i primjenu nekoliko modernih ultra preciznih metoda brušenja i poliranja.
Ključne riječi:ultra precizno brušenje; Obrada elastične emisije; Mehanohemijsko mljevenje; Magnetno brušenje; Ultrazvučno brušenje
1. Pregled
Tehnologija ultra precizne mašinske obrade označava nivo mehaničke proizvodne industrije u zemlji, igrajući veoma važnu ulogu u poboljšanju performansi, kvaliteta, životnog veka i istraživanju i razvoju visokotehnoloških proizvoda u optoelektronskim i mehaničkim proizvodima. Trenutno, ultra precizna obrada se odnosi na greške obrade manje od 0.01 μm. Površinska hrapavost manja od Ra0,025 μ Obrada m, poznata i kao obrada submikronskog nivoa. Sada je ultra precizna obrada ušla u nanoskalu, poznatu kao nanomašinska obrada.
U ultra preciznoj mašinskoj obradi, implementacija ultra preciznog rezanja i ultra preciznog brušenja se u velikoj meri oslanja na podršku opreme za obradu, alata i drugih srodnih tehnologija. Zbog uticaja i ograničenja njegovih principa obrade i faktora okoline, veoma je teško postići veću preciznost mašinske obrade. Zbog svojih jedinstvenih principa obrade i niskih zahtjeva za opremu za obradu i faktore okoline, ultra precizno brušenje i poliranje može postići obradu na nanorazmjeru ili čak na atomskom nivou, i postalo je važan dio tehnologije ultra precizne strojne obrade.
2. Nekoliko ultra preciznih metoda brušenja i poliranja
2.1 Metoda ultra preciznog brušenja i poliranja zasnovana na mehaničkom djelovanju Zasnovano na mehaničkom djelovanju, metoda ultra preciznog brušenja i poliranja se oslanja na mehaničko djelovanje mikro abrazivnih čestica za mikro uklanjanje obrađene površine, postižući visoko preciznu mašinsku površinu.
2.1.1 Obrada elastične emisije je ultra precizna metoda brušenja koja može postići visoku preciznost obrade i nisku hrapavost površine.
Tokom obrade, poliuretanske kuglice se koriste kao obradne glave, a tečnost za mljevenje koja sadrži fine abrazivne čestice (0.1-0.01 µ m) se dodaje između brze rotirajuće glave za obradu i površine radni komad koji se obrađuje, stvarajući određenu količinu pritiska. Mlazni tok i centrifugalna sila koju stvara rotirajuća glava za obradu velike brzine čine da abrazivne čestice udaraju ili trljaju površinu obratka, što rezultira atomskom kombinacijom elastičnih materijala za uništavanje, čime se uklanjaju materijali na površini radnog komada. Može spriječiti unutrašnje neusklađenost i defekte u materijalu, ali također može stvoriti malu količinu "elastičnog oštećenja" (tj. obrada bez interferencije), čime se postiže obrada na atomskom nivou. I može dobiti vrlo odlične površine. Prilikom obrade silikonskih pločica može se dobiti površina bez defekta koja je ekvivalentna korozijskoj obradi.
Ako se CNC uređaj koristi za poliuretanske kugle i radne stolove, moguće je izvršiti površinsku obradu na radnom komadu. Može postići i uklanjanje elastičnosti na atomskom nivou i optimalnu tačnost geometrijskog oblika. Slika 2 prikazuje CNC uređaj za obradu elastičnog pokretanja. Čitav uređaj je troosni CNC sistem, sa poliuretanskim kuglicama ugrađenim na CNC vreteno i rotiranim motorom promenljive brzine, sa opterećenjem od 2N. Prilikom obrade površine silicijumskih pločica koristite prečnik od 0.1 μM cirkonijum prah se emituje prema površini radnog komada brzinom od 100m/s i upadni ugao od 20 stepeni u odnosu na horizontalnu ravan, sa preciznošću obrade od ± 0,1 μm. Hrapavost površine Ra0,0005 μ Ispod m.
2.1.2 Plutajuće brušenje i poliranje
Dijagram principa strojne obrade plutajućeg brušenog poliranja prikazan je na slici 3 (slika 3 je izostavljena). Koristi princip mehanike fluida kako bi uređaj za poliranje plivao dalje od obratka i pravi niz klinastih žljebova na površini radnog komada mašine za poliranje. Kada se mašina za poliranje okreće velikom brzinom, radni komad ili mašina za poliranje pluta zbog dinamičkog pritiska uljnog klina, a abrazivne čestice između poliraju površinu obratka. Plutajućim poliranjem mogu se obraditi površine radnog komada s visokom ravnošću, bez urušavanja čeonih površina ili deformacija. Plutajuće poliranje se može koristiti za površinu magnetnog razmaka glava računara. Ultra precizna obrada optičkih komponenti i funkcionalnih keramičkih materijala podloga može spriječiti razlike na granicama zrna odabirom odgovarajućih tekućina za poliranje i kemijskih aditiva. Čak i polikristalni materijali mogu postići površinsku hrapavost od Ra0.002 μ Površina m. Koristite izuzetno mekani grafit i LiF rastvorljiv u vodi za poliranje veoma tvrdog safira {0001}. Njegova hrapavost površine može doseći Ra0,00008 μM. Usvajanjem plutajućeg brušenja i poliranja, bez upotrebe učvršćivača, radijus kolapsa krajnje strane može biti čak 0,01 μM. Površina nakon plutajućeg brušenja i poliranja ima dobre karakteristike kristalizacije i nema zaostalog pritiska na obrađenoj površini.
2.1.3 Magnetno brušenje
Magnetno mljevenje je nova metoda obrade mljevenja koja koristi djelovanje magnetskog polja. Može efikasno i brzo izvesti ultra preciznu obradu različitih materijala, veličina i strukturnih dijelova. To je niska investicija, visoka efikasnost, raznovrsna i visokokvalitetna metoda obrade mljevenja.
Magnetno plutajuće brušenje. Formira ga magnetni fluid pod dejstvom magnetnog polja (sastavljenog od magnetnih čestica, površinski aktivnih materija i tečnih nosača kao što su voda i ulje), što uzrokuje da suspendovani nemagnetski abraziv brusi i polira rotirajući radni komad pod strujom i plutajuće djelovanje magnetnog fluida, čime se poboljšava kvalitet i efikasnost završne obrade. Može dobiti Ra manji od ili jednak 0.01 μ M ima sloj koji se ne propada za površinsku obradu i može brusiti i polirati obradak složenih oblika površine.
Ovaj proces obrade nastao je 1940-ih u Sjedinjenim Državama. Kontinuiranim širenjem i unapređenjem svoje tehnologije i opreme, te primjenom metode konačnih elemenata za simulaciju procesa magnetnog poliranja, analizirane su karakteristike kretanja magnetne tekućine i abrazivnih čestica pod magnetskom indukcijom, što je u velikoj mjeri promoviralo razvoj i primjenu ovog procesa.
Magnetno brušenje magnetnih abraziva. Šematski dijagram je prikazan na slici 4 (slika 4 je skraćena). Prilikom magnetnog brušenja, obradak se stavlja u magnetsko polje formirano od dva magnetna pola, a magnetni abraziv se postavlja u zazor između obratka i magnetnih polova. Pod dejstvom sile magnetnog polja, abrazivi se uredno raspoređuju duž pravca linija magnetne sile, formirajući meku i krutu „magnetnu četku za brušenje“. Kada se radni predmet rotira u magnetskom polju i podliježe aksijalnoj vibraciji, dolazi do relativnog kretanja između obratka i abraziva, a "abrazivna četka" brusi površinu obratka.
Magnetno brušenje ima sljedeće karakteristike:
Promjenom jačine magnetnog polja, pritisak mljevenja se može lako kontrolirati;
Zbog razmaka za obradu (1-4mm) između magnetnog pola i površine obratka, fleksibilno brušenje pomoću "abrazivne četke" može se koristiti ne samo za cilindrično i planarno brušenje, već i za brušenje nepravilnih površina i slobodne površine;
Pod uslovom da je struktura magnetnog pola fiksirana, sila brušenja se može podesiti kroz gustinu magnetnog fluksa, a proces obrade se može lako automatizovati;
Abraziv se kontinuirano kotrlja i mijenja položaj duž površine obrade, što ga čini dobrim performansama samoglodanja;
Magnetni materijali su ograničeni između magnetnih polova i ne zagađuju radno okruženje;
Visoka efikasnost obrade;
Može mljeti i feromagnetne i neferomagnetne materijale.
Magnetno brušenje je pogodno za brušenje, poliranje i uklanjanje oštrih dijelova preciznih dijelova, kao što su unutrašnje i vanjske staze klizanja ležajeva, kliznih ventila, zupčastih pumpi, štampanih ploča, kalupa, kućišta za satove, oštrica itd. Može se koristiti ne samo za dijelove izrađene od magnetnih materijala kao što su željezo, ugljični čelik i legirani čelik, ali i za nemagnetske metalne materijale kao što su mesing, nehrđajući čelik i legure titana, kao i za nemetalne materijale kao što su keramika i silikonske pločice.
Zbog svoje snažne prilagodljivosti i širokog raspona primjene, magnetno brušenje je vrlo obećavajuća metoda ultra precizne strojne obrade. U budućnosti će se magnetno brušenje razvijati u sljedeća dva smjera:
Razviti nove magnetne abrazive sa boljom magnetnom provodljivošću i većom čvrstoćom i tvrdoćom;
Brusite složene dijelove pomoću rotacionog magnetnog polja.
2.1.4 Elektrolitičko magnetno abrazivno poliranje
Elektrolitičko magnetno abrazivno poliranje je kombinacija elektrohemijske obrade i magnetnog abrazivnog poliranja. Dijagram principa obrade prikazan je na slici 5. Anodni priključak struje i napona na radni predmet, katodni priključak na alat, a katodni priključak na dio obratka gdje treba ukloniti neravnine. Elektrolit se pokreće pumpom i teče kroz katodu kroz područje izbočina na radnom komadu anode kako bi stigao do refluksnog rezervoara. Radni komad se rotira određenom brzinom dok je podložan aksijalnim vibracijama. Primijenite snažno istosmjerno magnetsko polje u smjeru ravnine okomitog na osu obratka i strujnu liniju, popunite magnetsko polje slobodnim magnetnim abrazivom, a "abrazivna četka" sastavljena od magnetnog abraziva brzo udara na površinu obratka kako bi uklonila izbočene neravnine i postići glatku obradu.
Ova kompozitna metoda brušenja je pogodna za precizno uklanjanje ivica i završnu obradu materijala visoke čvrstoće, visoke tvrdoće i žilavosti. Njegova efikasnost je dvostruko veća od metode brušenja sile magnetnog polja i može poboljšati hrapavost površine obratka za dva nivoa, bez stvaranja sekundarnih neravnina nakon obrade.
2.2 Ultra precizna metoda mlevenja zasnovana na mehanohemijskoj interakciji
Mehanohemijsko brušenje je proces brušenja koji se odvija pod uticajem mikro čestica praha i hemijskog dejstva tečnosti za mlevenje, uklanjajući tragove materijala sa površine radnog komada. Ova metoda ima dobru ekonomičnost i visoku produktivnost. Ne samo da se može postići visok nivo hrapavosti površine, već je i geometrijska tačnost obrade veoma visoka, a na obrađenoj površini gotovo da nema sloja propadanja, što ima važnu primenu za obradu mikroelektronskih funkcionalnih materijala.
Ploča za mljevenje je izlivena limenim slojem, a žljebovi su izrezani u obodnom smjeru. Dijamantski rezači se koriste za rezanje krajnjeg dijela brusnog diska, čineći ga visokom ravninom i površinom poput ogledala. Brusni disk i osovina obratka rotiraju se sa velikom preciznošću brzinom od {{0}}r/min, a radni komad je fiksiran na osovinu radnog predmeta. Smjer rotacije osovine obratka i vretena brusnog diska je isti. Pod dejstvom efekta dinamičkog pritiska tečnosti, radni predmet se visi na brusnoj ploči sa plivajućim razmakom od nekoliko mikrometara, a radni predmet se podvrgava delovanju brušenja pod hemijskim dejstvom tečnosti za mlevenje i uticaja mikro čestica praha. SP46 ultra precizna brusilica koju proizvodi Nagoya Institut za industrijsku tehnologiju u Japanu je tipična ultra precizna brusilica zasnovana na mehanohemijskim interakcijama. Ova mašina koristi 0.02 μ. Površinska hrapavost silikonskih pločica obrađenih sa m čestica mikropraha SiO2 može doseći 2 nm, a zaostalo naprezanje je gotovo nula. Brusite BK7 optičko staklo prečnika 100mm i debljine 30mm na ovoj mašini, sa ravnošću od 0,031 μm. Hrapavost površine RMS (srednja kvadratna devijacija) može doseći 3,8 nm.
Zbog niske brzine skidanja materijala ovom metodom brušenja, potrebno je da sam radni komad ima određeni stupanj točnosti i kvalitete površine. Prije brušenja treba kontrolisati tačnost radnog komada koji se obrađuje u okviru: ravnosti ({{0}}) μm. Hrapavost površine RMS (0.1-0.2) μ U rasponu od m. U suprotnom može doći do nemogućnosti brušenja, što može dovesti do oštećenja radnog komada.
2.3 Tečno brušenje i poliranje površine
Poliranje tečnim površinskim brušenjem, poznato i kao hidroplansko poliranje. Značajna karakteristika ove metode brušenja je da se ne koriste abrazivi. Prilikom poliranja, pritiskom fluida se između radnog komada i diska za poliranje (kristalne ravne ploče) formira zazor, a za poliranje se koristi kretanje korozivne tekućine. Dakle, radi se o hemijskoj metodi obrade korozije. Korozivni rastvor koji se koristi u preradi je mešavina metanola, etilen glikola i broma. Uglavnom se koristi za obradu površine CaAs i InP supstrata.
2.4 Hidrataciono brušenje i poliranje
Poliranje hidratacijskim brušenjem je metoda poliranja brušenjem koja aktivno koristi generiranje hidratacijskih reakcija na kritičnom sučelju radnog komada. Njegova glavna karakteristika je da ne koristi abrazivne čestice ili tečnosti za obradu, a uređaj za obradu sličan je trenutno korištenoj mašini za poliranje, samo obrađuje u okruženju vodene pare. Iz tog razloga, pokušajte izbjeći korištenje diska za poliranje materijala koji može izazvati reakciju suhog medija s obratkom. Kako se disk za poliranje okreće, držač obratka se pomiče naprijed-natrag na njemu. Tokom procesa hidratacijskog poliranja, dva objekta stvaraju relativno trenje i stvaraju visoku temperaturu i pritisak u području kontakta, što rezultira aktivacijom atoma ili molekula na površini obratka. Hidratacijski sloj nastaje na osnovnoj površini interakcijom pregrijanih molekula vodene pare i vode. Uz pomoć pregrijane vodene pare (ne slobodnih abrazivnih čestica), hidratacijski sloj se odvaja i uklanja s površine obratka. Debljina uklanjanja je nekoliko desetina nanometra, tako da se može dobiti čista površina bez ogrebotina, glatkog sjaja i izobličenja.
Poliranje hidratantnim brušenjem je vrlo pogodno za ultra preciznu obradu kristala safira i cink selenida (optički elementi za CO2 lasere) koji zahtijevaju dobru glatkoću površine, visoku ravnost, bez izobličenja kristala i visoku čistoću. Osim toga, kao hidrofilni materijali, staklo, kristal, MgO, Y2O3, MgAl2O4 itd. također treba polirati hidratacijom.
2.5 Ultrazvučno brušenje i poliranje
Ultrazvučno brušenje i poliranje je beskontaktna ultra precizna metoda brušenja. Održavajte fiksni razmak između krajnje strane glave ultrazvučnog vibracionog alata i površine obratka δ i napunite ga mikroabrazivnim radnim fluidom. Kada ultrazvučni vibracioni alat vibrira na određenoj frekvenciji, on pokreće mikroabrazivne čestice da udare o površinu obratka i na taj način bruse površinu radnog komada.
Tokom ultrazvučnog brušenja, veliki broj abrazivnih čestica udara na obrađenu površinu na impulsni način na istoj frekvenciji kao i ultrazvučna vibracija, uklanjajući ili modificirajući originalni metamorfni sloj na površini obratka i formirajući novi metamorfni sloj ( odnosno sloj za obradu površine) ispod njega. Ako je odabir parametara procesa kao što su vrijednost amplitude, pritisak brušenja i brzina alata razuman, novogenerirani metamorfni sloj može biti tanji i ujednačeniji, što rezultira površinom koja je gotovo neoštećena. Ultrazvučno brušenje ima širok spektar primjena i može obraditi različite tvrde i krhke materijale, uključujući ravne površine i složene zakrivljene površine. Trenutno, ultrazvučno brušenje može izbušiti male rupe promjera {{0}}.1-1.0 mm na staklu debljine 3 mm. Istovremeno, njegova brzina resekcije po jedinici vremena je relativno visoka, zahtijeva složene tehnike i relativno jednostavnu opremu, čime se postižu visoke tehničke i ekonomske koristi. U mnogim situacijama, kao što je bušenje malih rupa u staklu ili obrada ultra tankih obradaka, ultrazvučno brušenje je proces vrijedan odabira ili jedini proces koji se može izabrati.
2.6 Poliranje jonskim snopom
Za razliku od tradicionalne metode mehaničkog poliranja, poliranje ionskim snopom koristi nabijene visokoenergetske atome ili ione (joni imaju veću masu od atoma, tako da se može dobiti veća kinetička energija), koje ionski pištolj ispaljuje na radni predmet u vakuumskom stanju. . Kada ioni sa visokom energijom udare u površinu obratka, materijal na tački udara se uklanja na atomskom nivou. Količina uklonjenog materijala ovisi o vremenu raspršivanja jonskog snopa u tom trenutku. Budući da je poliranje ionskim snopom za uklanjanje materijala na atomskom nivou, brzina uklanjanja materijala je niska. Stoga, prije korištenja ove metode, radni komad treba prethodno polirati tradicionalnim metodama. Nakon što se u osnovi ispune zahtjevi za preciznošću, oblik površine obratka (kao što je sferna površina, asferična površina, asimetrična slobodna površina, itd.) može se ispraviti s visokom preciznošću korištenjem poliranja ionskim snopom. Iako proizvodnja poliranja ionskim snopom zahtijeva značajna ulaganja u opremu i visoke operativne troškove, još uvijek je potrebno koristiti metode poliranja ionskim snopom za određena velika optička ogledala sa posebnim zahtjevima visoke preciznosti.
U poređenju s tradicionalnim metodama optičke obrade, metoda poliranja ionskim snopom ima sljedeće prednosti:
(1) Može realizovati materijalno determinističku ultra preciznu mašinsku obradu na atomskom nivou;
(2) Potpuna korekcija grešaka oblika površine može se postići kroz jedan proces obrade;
(3) Nije osjetljiv na vanjske vibracije okoline, promjene temperature i stabilnost opterećenja;
(4) Zbog činjenice da je poliranje ionskim snopom potrebno izvršiti u vakuumu, procesi poliranja i premazivanja mogu se obavljati u istom vakuumskom rezervoaru;
(5) Radni komad neće imati ivice efekte kolapsa i savijanja.
3 Zaključak
Gore navedene ultraprecizne metode brušenja i poliranja bitno se razlikuju od tradicionalnih metoda brušenja
Više o WBM-u Visoko hromirane čelične kuglice:
G5,G10,G16 Naša Chrome lopta se obično proizvodi u skladu sa standardima GBT 308.1-2013 i ISO 3290-1:2014. Tvrdoća će biti prilagođena prema vašim zahtjevima.
https://www.bearingroller.com/rolling-elements/steel-ball/high-chrome-steel-balls.html
