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超声波抛光的工艺过程


放大字体  缩小字体 发布日期:2019-12-08

   按使用磨具的构造及加工方式的不同,超声波抛光可分为以下几种:

   (1)使用带磨料的工具进行研磨抛光,如图5-1(a)所示。其中粒状磨料A嵌入磨具表层一定深度。磨具有烧结金刚石、电镀金刚石和刚玉、油石等。
   (2)使用游离态磨粒(即粒状磨料,下同)和磨具进行研磨抛光(见图5-1(b))。

 

   (3)干式研磨抛光,即用带磨料的磨具,或用磨具与游离态磨粒直接进行抛光加工。
   (4)湿式研磨抛光,在上述干式研磨抛光过程中,加人专用研磨液或悬浮液,如汽油、煤油、机油或水等做介质的溶液,促使磨屑及时排出,或产生有利于抛光作业的化学反应。同时,随着磨具的往复平移,研磨液或悬浮液也进行平移和流动,这也提高了抛光的效果。另外,加人的研磨液还具有较好的冷却作用,可大大提高磨具的使用寿命。
   超声波抛光时,控制磨具以适当的静压力(如19.6N)压在被抛光表面上,并使它沿制件表面作低速(一般为10次/min~30次/min)往复的相对运动。与此同时,磨具端部在被抛光表面上做振幅约10μm~20μm的超声波(通常为20kHz~30kHz)振动研磨,从而达到抛光的目的。
   在进行干式抛光时,磨粒A(见图5-1(a))在超声波作用下,产生超声频振动,加上磨具不停地作相对于制件表面的平移运动,就使磨粒A对制件表面进行研磨切削的抛光加工。这种干式超声波研磨抛光法,多用于半精或精抛光加工。作为最后的抛光工艺使用时,可使抛光表面具有较好的光亮度。
   改用湿式研磨抛光时,虽然可明显提高抛光工效,但抛光后的表面不光亮,较暗淡。
   抛光脆性材料的制件时,除上述磨料产生的磨削抛光作用外,被抛光表面应当抛削掉的粗糙表层,在超声波的冲击作用下会产生裂痕和裂纹,并不断扩张和交叉,进而破碎脱落,从而达到抛光的目的。

   超声波抛光的工艺效果曲线图如图5-2所示。不难看出,在抛光初期,随着抛光过程的进行,表面粗糙度迅速下降。但抛光到一定程度(如4min~5min)后,抛光表面的粗糙度就稳定在某一定值或其左右,不再提高了。因此,若要获得更好的表面粗糙度,则必须采用分段抛光法:先用较粗大的磨料进行粗抛光,持续一定时间后,当抛光表面粗糙度不再有明显提高时,及时改用较细小的磨料进行精抛光加工。若更换一次磨料还不能达到工艺要求的粗糙度时,可再次更换更细小一级的磨料,进行多段抛光。图5-3为分段抛光表面粗糙度随抛光时间变化的曲线图。显然,分段抛光时,若能及时更换磨料,就可取得最好的抛光效果(见图5-3的曲线3)。反之,当用第一种磨料抛光到极限光洁度时,还迟迟不更换更细小的磨料,过了一段时间后才更换,那就会像图5-3的曲线2、3所示的那样,大大降低了抛光的效果。

 

   一般说来,使用同一种磨料,超声波抛光加工所能达到的极限粗糙度,不如手工抛光加工的低。因此,欲达到同级粗糙度,用超声波抛光法加工时,就需要选用比手工抛光工艺更细小一级的磨料。
   在施行分段式抛光工艺时,还要做到在更换抛光工具和磨料的同时,调整好超声波抛光机的规准。超声波抛光机通常设有四挡规准,分别设有四种输出功率,可根据不同情况合理选用。调节规准的原则是:粗抛光加工用大功率挡,精细抛光作业用小功率挡。
   最后应当指出,超声波抛光过程的高频性,使专用磨具在被抛光表面产生出巨大的高速研磨抛光能量,故可快速地对高硬度的表面层进行抛光加工。对于要获得低粗糙度的半导体晶片,则可采用超声波增强的化学-机械抛光。

 
 
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