2006-06-23
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纳米级高效研磨加工技术
2006年06月06日
    纳米级高效研磨加工技术主要采用固着磨料高速研磨加工方法。固着磨料高速研磨与传统的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固着磨料研磨的这一特点，根据工件磨具间的相对运动轨迹密度分布，合理地设计磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨过程中所出现的磨损不影响磨具面型精度，从而显著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻烦。 
  
    简要技术 
    
    本项目将固着磨料高速研磨技术与磨具保型磨损理论和工件均匀研磨加工技术相结合，实现了纳米级高效研磨加工，从而提高我国机械加工技术水平，特别是超精密加工技术水平。 
    
    纳米级高效研磨加工技术主要适合应用于单平面和双平面的超精密研磨加工，其加工精度要求达到纳米级水平。该技术主要是采用固着磨料高速研磨加工技术，固着磨料高速研磨与传统的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固着磨料研磨的这一特点，根据工件磨具间的相对运动轨迹密度分布，合理地设计磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨过程中所出现的磨损不影响磨具面型精度，从而显著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻烦。在平面固着磨料研磨中，磨具的旋转运动是主运动，工件的运动是辅助运动。在大部分情况下，工件是浮动压在磨具上，其运动规律是未知的。因此，要对工件受力进行分析，才能求出其受力状态及运动规律。取工件为整个研磨系统的分离体，建立工件受力平衡微分方程，求解该方程就能得到工件的运动规律。一旦掌握了磨具和工件的运动规律，就可以求出它们间的相对运动及相对运动轨迹密度分布。从而根据工件相对磨具的运动轨迹密度分布，设计磨具上磨料密度分布，使得磨具在磨损后不丧失原有的面型精度，这就保证了工件的面型精度。 
    
    本项目在原有的单平面磨具保型磨损理论的基础上，开发出工件均匀研磨技术，从而进一步提高了工件的面型精度，同时还建立了固着磨料双平面高速研磨磨具保型磨损理论，研制了双平面高速研磨机，并进行了固着磨料双平面高速研磨加工实验，通过实验完善了有关加工工艺和研磨机，实现了对工件的两个平行表面同时进行高速研磨加工。本项目还研究了固着磨料高速研磨中工件加工表面的形成规律，探讨了有关研磨参数对工件加工表面的影响规律，并在此基础上，进一步提高了工件的表面质量，实现了低成本、高效率的纳米级研磨加工，工件已加工表面粗糙度达0.88nm。 
    
    应用前景 
    
    研磨是超精密加工中一种重要加工方法，其优点是加工精度高，加工材料范围广。但传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点，这使得传统研磨应用受到了一定限制。本项目解决了传统研磨存在的绝大部分缺点，提高了研磨技术水平，在保证研磨加工精度和加工质量（达到了纳米级）的同时，还显著降低加工成本，提高加工效率，使研磨技术进一步实用化，有利于研磨技术的推广应用，促进了我国精密加工技术、先进制造技术的进步，增强我国在加工制造领域的竞争实力，特别是对振兴东北老工基地具有十分重要的现实意义。 
    
    先进加工制造业和光电子产业都是我省的特色产业和优势产业，也是我省今后重点发展产业，研磨加工技术对这两个产业的发展都具有重要作用。本项目开发的纳米级高效研磨加工技术在加工效率、加工成本、加工质量和加工精度上具有明显的优势，具有很好的应用前景。 
    
    目前，项目组研制出的采用本项新技术的研磨加工机床，即新型高速研磨机。由于性能先进，有关的研磨机样机已在国内十几家单位得到了应用，而且还两次出口到澳大利亚，受到了国内外用户的普遍好评。但目前本项技术仅限于用于个别件的加工中，应用得还不够普遍，还应进一步完善加工工艺，优化研磨工艺参数，扩大研磨加工范围；还要完善研磨机，提高研磨机性能，改进研磨机造型，使其达到实用化、商品化的程度，以便更广泛地推广应用。 
    
    这种研磨机市场需求量很大，达数万台，年需求量达数千台，每台平均成本为4万元，每台平均售价为8万元，平均每台毛利润为4万元，毛利润率为50%%。按年销售1000台计，年产值为8000万元，年毛利润为4000万元。由此可见本项目研制的研磨机具有很好的市场前景。 
    
    为更好地推广应用新型研磨机，要对其进行适当的中试，要与企业结合，建立相应的生产基地，进行批量生产。同时还要利用企业的销售渠道和销售手段，加大宣传力度，扩大新型研磨的销售量。
 
 
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