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1. PP
1.1性能和用途
PP（ Polypropylene聚丙烯）是与我们日常生活密切相关的通用树脂，是丙烯最重要的下游产品，世界丙烯的50%，我国丙烯的65%都是用来制聚丙烯。聚丙烯是世界上增长最快的通用热塑性树脂，总量仅仅次于聚乙烯和聚氯乙烯
PP 是结晶性塑料 ，一般为呈不规则圆形表面有蜡质光泽白色颗料。密度0.9-0.91g/cm³，是塑料中最轻的一种。有较明显的熔点， 根据结晶度和分子量的不同，熔点在170℃左右，而其分解温度在290℃以上，因而有着很宽的成型温度范围，成型收缩率1.0- 2.5%。PP的使用温度可达100℃，具有良好的电性能和高频绝缘性，且不受湿度影响。但低温下易脆，不耐磨，易老化。适于制作一般机械零件，耐腐蚀零 件和绝缘零件。此外，用PP料制做的铰链产品具有突出的耐疲劳性能。
1 .2 成型注意事项
PP的吸湿性很小，成型前可以不 要干燥，如果存偖不当，可在70℃左右干燥3小时。成型流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔，凹痕，变形。冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢 散热。PP在成型时要特别注意控制原料的熔化时间，PP长期与热金属接触易分解。易发生融体破裂，料温低方向方向性明显，低温高压时尤其明显。模具温度方 面，在低于50℃度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，在90℃以上易发生翘曲变形。塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
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[点击看大图]

金属基体缺陷修复技术是在美国化学技术公司的技术支持下研制成功的，该技术参考了美国特种修理设备及技术，采用二次冶金重熔原理，具有如下性能特点：

1、结合牢固、致密，无脱落的可能
本技术最大的特点是在金属基体缺陷修复点处，利用本技术及修复设备将修复材料与金属基材缺陷处同时熔化，两种熔化后的液态金属融合后，重新固化，即金属基材缺陷处的二次冶金重熔。因而结合牢固、致密、无脱落。

2、常温修复，基体不发热，修复点附近金相组织不改变，无应力集中等现象
每个单元修复过程所需热能为本技术及修复设备的一次智能性的输出，95%以上用于熔化做功，剩余微量瞬间导散，故整个修复过程金属基体及修复点附近始终处于常温状态。

3、不产生热变形，不出现裂纹，无硬化、无硬点现象，不影响机械加工性能
由于在整个金属基体缺陷的修复过程中，工件始终处于常温状态，故在传统修复工艺中出现的不足都得已避免，彻底解决了铸件不易修复的难题，工件修复后可进行车、铣、刨、磨等各种机械加工。

4、修复后不留痕迹
这是本技术最显著的特点。因修复材料可选择与金属基体同材质的铁屑或普通的碳钢，修复点经机械加工后分辩不出修补痕迹，这是传统修复方法所不可能达到的效果。


5、操作简便，可直接手握，眼视，修复位准确，修复点小
修复后修整量小对于众多较小缺陷及大面积缩松针孔的修复，更显其突出优势，对于较大缺陷的修复，其修补时间相比要延长一些，但其修复后的效果是相同的。

6、性能稳定，不影响基件性能
对于热处理后铸件的修复（如机床导轨面、曲轴面等），修复点附近不会出现退火软化现象，对于热处理前的铸件，修复后不影响其淬火、调质、渗碳等热处理工艺。

7、修复位置广泛、灵活
只要眼睛能看得到，笔能触得到的地方，均能修复，这也是其它修复工艺所不能达到的。

8、非加工面的修复，修复后可直接达到铸件喷丸后的表面效果，无须再进行喷丸处理

9、修复效果满足X光检测标准
常温修复、金属基体不发热、不变形、基体组织不改变、修复区域组织致密，近缝区强度削弱甚微等特点，可以满足一些要求严格的军工、航空、航天等铸铝、铸铜产品的修复标准。

10、无成本修复
黑色金属修复设备所需的修复材料可选择加工过程中产生的铁屑、普通金属丝、金属片，修复设备每小时耗能低于0.5KW；铸铝、铸铜修复所需材料可选择相应 材质的焊条、电导线或同材质的铸条，无须氩气保护修复，修复设备每小时耗能低于 1.5KW。其成本可基本忽略不计。

11、安全、环保
工作时无毒、无烟、无光、无尘、无噪音、无环境污染，无需穿戴防护用品。

12、无需太大场地、不需专用厂房及附加设备
设备科技含量高，体积小，携带方便（设备重约10公斤）、精度高，操作简便，可满足现场不解体快速修复的要求，在实际维修当中大部分都是到现场去修，只有一些易拆卸的小零件才会拿回来修。

13、无需太多的专业技术
该工艺是一种新技术，其特点是操作简单，易懂易学，不需要太高文化程度。

14、无需太多投资，回报高
投资2万元即可，投资小，成本低，效益高。

15、市场庞大，永久收益
独立市场，垄断经营；修复范围广，有企业就有设备，有设备就有损坏，看的见、摸的着的金属缺陷都能修复，具有无限的市场拓展空间。



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塑料薄膜的成型加工方法有多种，例如有压延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年来双向拉伸膜成为人们关注的焦点。今后，双向拉伸技术将更多地向着特种功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多层共挤拉伸等方向发展。

　 　近年来，适应包装行业对包装物要求的不断提高，各种功能膜市场发展迅速。经过双向拉伸生产的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸强度是未拉伸薄膜的 3-5倍）、阻隔性能、光学性能、耐热耐寒性、尺寸稳定性、厚度均匀性等多种性能，并具有生产速度快、产能大、效率高等特点，市场迅速发展。

双向拉伸原理

　 　塑料薄膜双向拉伸的原理：是将高聚物树脂通过挤出机加热熔融挤出厚片后，在玻璃化温度以上、熔点以下的适当温度范围内（高弹态下），通过纵拉机与横拉机 时，在外力作用下，先后沿纵向和横向进行一定倍数的拉伸，从而使高聚物的分子链或结晶面在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列；然后在拉紧状态下进 行热定型使取向的大分子结构固定下来；最后经冷却及后续处理便可制得理想的塑料薄膜。

双向拉伸薄膜生产设备与工艺

　　双向拉伸薄膜的生产设备与工艺，以聚酯（PET）为例简述如下：

配料与混合

　 　普通聚酯薄膜所使用的原料主要是有光PET切片和母料切片。母料切片是指含有添加剂的PET切片，添加剂有二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、高岭土等，应根据 薄膜的不同用途选用相应的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定含量的含硅母料切片与有光切片配用，其作用是通过二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微观 上的粗糙度，使收卷时薄膜之间可容纳少量的空气，以防止薄膜粘连。

　　有光切片与一定比例的母料切片通过计量混合机混合后进入下一工序。

结晶和干燥

　　对有吸湿倾向的高聚物，例如PET、PA、PC等，在进行双向拉伸之前，须先进行予结晶和干燥处理。一是提高聚合物的软化点，避免其在干燥和熔融挤出过程中树脂粒子互相粘连、结块；二是去除树脂中水分，防止含有酯基的聚合物在熔融挤出过程中发生水解降解和产生气泡。

　　PET的予结晶和干燥设备一般采用带有结晶床的填充塔，同时配有干空气制备装置，包括空压机、分子筛去湿器、加热器等。

　　予结晶和干燥温度在150-170℃左右，干燥时间约3.5-4小时。干燥后的PET切片湿含量要求控制在50ppm以下。

熔融挤出

　　熔融挤出包括挤出机、熔体计量泵、熔体过滤器和静态混合器。

1 熔融挤出机

　 　经过结晶和干燥处理的PET切片进入单螺杆挤出机进行加热熔融塑化。为了保证PET切片塑化良好、挤出熔体压力稳定，螺杆的结构非常重要。除对长径比、 压缩比、各功能段均有一定要求外，还特别要求是屏障型螺杆，因为这种结构的螺杆具有以下几个特点：1）有利于挤出物料的良好塑化。2）有利于挤出机出口物 料温度均匀一致。3）挤出机出料稳定。4）排气性能好。5）有利于提高挤出能力。

　　若挤出量不是太大，推荐选用排气式双螺杆挤出机。排气挤出机有两个排气口与两套抽真空系统相连接，具有很好的抽排气、除湿功能，可将物料中所含的水分及低聚物抽走，可以省去复杂的预结晶/干燥系统，既节省投资又可降低运行成本。

　　挤出机温度设定，从加料口到机头约为210℃-280℃左右。

2 熔体计量泵

　 　熔体计量通过高精度的齿轮泵来实现。计量泵的作用是保证向模头提供的熔体具有足够而稳定的压力，以克服熔体通过过滤器时的阻力，实现薄膜厚度的均匀性。 计量泵通常采用斜的二齿轮泵，为了进一步提高计量精度，也有的选用三齿轮泵。因为三齿轮泵比二齿轮泵脉冲小，其泵出量的波动也小。计量泵的加热温度在 270℃-280℃。

3 熔体过滤器

　　为了去除熔体中可能存在的杂质、凝胶粒子、鱼眼等异物，常在熔体管线上计量泵的 前后各安装一只过滤器。PET薄膜生产线通常采用碟状过滤器，其材料为不锈钢网与不锈钢烧结毡组合而成。不锈钢碟片的尺寸为Φ12英寸，过滤网孔径一般在 10-30μ。过滤器加热温度控制在275-285℃。

4 熔体管

　　熔体管的作用是将挤出机、计量泵、过滤器等与模头连接起来，让熔体从中通过。要求熔体管内壁高度光洁且无死角，熔体管串连起来的长度应尽量短，以免熔体在其中滞流、停留时间过长而产生降解。

　　来自挤出机的熔体进入熔体管后，分别流经粗过滤器、计量泵、精过滤器后进入模头。如是三层共挤生产线，在模头上方还配置一个熔体分配器。过滤器、计量泵和熔体管等可以用电加热，也可用导热油夹套加热。熔体管加热温度控制在275-285℃。

5 静态混合器

　 　熔体流过熔体管时，沿着管壁的熔体温度与熔体中心的温度有较大的温差，为使进入模头的熔体温度均匀一致，以保证模头出料均匀，须在熔体管连接模头的一端 内部安装若干组静态混合器，熔体流过静态混合器时，会自动产生分—合—分—合的混合作用，从而达到熔体温度均匀化的目的。

铸片系统

　　铸片系统主要包括模头、急冷辊和铸片贴附装置等。

　　1 模头：是流延铸片的关键，它直接决定铸片的外形和厚度的均匀性。PET常采用衣架型长缝模头，模头开度通过若干个带有加热线圈的推/拉式差动螺栓进行初调，并通过在线测厚仪的自动测厚、反馈给模头的加热螺栓进行模唇开度的微调。模头温度控制在275℃左右。

　 　2 急冷辊（铸片辊、俗称冷鼓）：是将流出模头呈粘流态的PET熔体在匀速转动的急冷辊上快速冷却至其玻璃化温度以下而形成玻璃态的厚度均匀的铸片。急冷的目 的是使厚片成无定型结构，尽量减少其结晶，以免对下道拉伸工序产生不良影响。为此，对铸片辊要求：一是其表面温度要均匀、冷却效果要好；二是要求急冷辊转 速均匀而稳定。铸片辊内通30℃左右的冷却水，以保证铸片冷至60℃以下。

　　3 静电吸附装置：其作用是使铸片与急冷辊能紧密接触，防止急冷辊转动时卷入空气，以保证传热—冷却效果。静电吸附装置由金属丝电极、高压发生器及电极收放力 矩电机等组成。其工作原理是利用高压发生器产生的数千伏的直流电压，使电极丝、铸片辊分别变成负极和正极（铸片辊接地），铸片在此高压静电场中因静电感应 而带上与铸片辊极性相反的静电荷，在异性相吸的作用下，铸片与急冷辊表面紧密吸附在一起，达到排除空气和良好传热的目的。

　　对非极性高聚物如PP，采用静电吸附的效果不及具有极性的PET，故BOPP双拉生产线铸片时，通常采用气刀法贴附。
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英制普通螺纹，55度牙型角：
3/32"-48(TPI)
1/8"-40
5/32"-32
3/16"-24
大径为英制转换为公制，如1/8"为0.125X25.4=3.175mm，螺距为每英寸的牙数(TPI)，如每英寸40牙为25.4÷40=0.635mm

统一制粗牙螺纹(UNC)，60度牙型角：
No1-64, Da=1.845
No2-56, Da=2.184
No3-48, Da=2.515
No4-40, Da=2.845
No5-40, Da=3.175
No6-32, Da=3.505
No8-32, Da=4.166
No10-24, Da=4.826
统 一制螺纹是由习惯使用英制的三个主要国家(美国、英国、加拿大)以美国标准为基础联合制定的，当时也称为ABC螺纹。后来由国际标准化技术委员会 (ISO)制定为国际标准，分为粗牙(UNC)、细牙(UNF)、超细牙(UNEF)和统一螺距(UN)几种。通常说的美制螺纹就是指统一制螺纹。
螺距计算方法同英制普通螺纹。
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1．机床的安装方式及特点

　　机床安装方式主要有刚性连接与弹性连接两种。

表1 刚性连接时部分中小型机床基础的最小厚度参考值

序号
   

机床名称
   

机床质量(t)
   

基础最小厚度(mm)
   

地脚螺栓预留孔深度(mm)

1
   

C3163-1转塔六角车床
   

2.6
   

400
   

320

2
   

C6140普通车床
   

2.0
   

400
   

320

3
   

CW6163普通车床
   

3.7
   

500
   

420

4
   

Z3040摇臂钻床
   

3.5
   

380
   

300

5
   

Z5125A立式钻床
   

1.0
   

320
   

240

6
   

X5030立式铣床
   

2.1
   

450
   

400

7
   

X6132万能铣床
   

2.6
   

450
   

400

8
   

YN3132滚齿机
   

4
   

380
   

300

9
   

M7130平面磨床
   

3.5
   

500
   

420

10
   

B6050牛头刨床
   

1.9
   

430
   

350

11
   

B5032插床
   

3
   

480
   

400

　　刚性连接

　　机床安装时，在机床底座与混凝土基础之间放置可调整机床水平的刚性垫铁，同时将地脚螺栓放入基础上的预留孔和机床底座的螺栓孔内，先将机床初步调整到水平位置，再将混凝土砂浆灌入基础上的预留孔内，待灌入的混凝土强度达到＞80%时，再对机床水平位置进行精确调整，当达到规定的安装水平后，拧紧地脚螺栓上的螺母，将机床和垫铁一起紧固在基础上，并确保不破坏已达到规定的安装水平。

　　采用刚性连接的机床一般安装在单独基础(或局部加厚地坪)上，基础的厚度与机床的质量、精度、刚性、外形尺寸、地质资料等因素有关，其最小厚度可由埋入基础内的地脚螺栓长度来确定。一般地脚螺栓预留孔的深度要大于地脚螺栓埋入孔内的长度，基础的最小厚度大于地脚螺栓预留孔的深度。基础的厚度较大。表1列出了部分中小型机床地脚螺栓预留孔的深度和基础最小厚度参考值。

　　机床与基础紧固成一整体，可提高机床的刚度，降低机床重心高度和减少机床振动。机床安装和基础施工不方便，安装时间长，增加土建投资。

　　弹性连接

　　机床安装时，在机床底座与混凝土地坪之间放置可调整机床水平的防振垫铁，并将机床精确地调整到规定的水平位置。机床与防振垫铁之间可以用螺栓紧固或不紧固，机床与地坪之间不紧固，机床安装较刚性连接方便，安装时间短，并具有隔振作用。但刚度、稳定性较差，振动大的机床一般不宜采用简单的弹性连接的方法，可采用带有附加基础件的组合弹性连接，也有较显著效果。

　　采用弹性连接的中小型机床均可直接安装在混凝土地坪上。国内曾对76家工厂机床安装在地坪上的情况进行过调查统计，并做了有关的专题试验，提出了可安装在混凝土地坪上的中小型普通机床，其类型、机床质量和对地坪的要求见表2。

　　从表2与表1的比较中可见地坪的厚度小于基础的厚度，不需要预留地脚螺栓孔，施工方便，成本低。

表2 中小型普通机床安装在地坪上的要求

机床类型
   

机床质量(t)
   

混凝土地坪厚度(mm)

混凝土垫层强度等级
   

地基土变形模量E0(kPa)

8000
   

20000
   

40000

卧式车床、转塔六角车床、铲齿车床、半自动车床、仿形车床
   

＜6
   

C10
   

160
   

140
   

120

摇臂钻床、立式钻床、卧式内拉床
   

＜5

外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、曲轴磨床
   

＜6
   

C15
   

150
   

130
   

110

滚齿机、刨齿机、插齿机、剃齿机
   

＜5

立式铣床、卧式铣床、万能铣床
   

＜6
   

C20
   

140
   

120
   

100

牛头刨床、插床
   

≤3

　　卡盘车床这类刚性好的机床，采用有阻尼的弹性连接时，可改善其动态特性。

表3 最小防振距离动力

动力
设备
   

允许速度(mm/s)
   

0.03
   

0.05
   

0.10
   

0.30
   

0.50

设 备 类 型
   

防 振 距 离 (m)

火车
   

厂外货车(铁路干线)
厂内货车(专用线 )
   

800
300
   

600
200
   

400
100
   

150
35
   

80
20

汽车
   

公路干线柔性路面
刚性路面
城市道路柔性路面
刚性路面
厂区道路柔性路面
刚性路面
   

120
150
80
100
50
65
   

60
100
40
50
25
35
   

35
50
20
25
12
15
   

15
20
10
12
6
8
   

8
10
5
6
…
4

空压
机
(活塞
式)
   

7L-100/8
8L—60/8
5L—40/8
4L— 20/8
3L—10/8
   

300
200
150
80
60
   

250
150
100
50
40
   

180
100
50
30
20
   

80
40
30
20
15
   

60
30
20
15
10

冷冻
机
   

170 系列
125系列
100系列
70系列
   

60
45
30
15
   

40
30
20
10
   

20
15
10
5
   

10
8
5
3
   

5
4
3
2

锻锤
(kN)




   

160
100
50
30
20
10
4-7.5
2.5
   

1200
750
600
450
350
200
150
80
   

1000
650
450
350
250
180
120
60
   

900
550
400
300
220
150
100
50
   

700
400
300
220
180
100
60
40
   

550
300
220
160
120
80
45
30

压力
机
(kN)




   

5000
3150
2500
1600
1000
630
500
300
≤150
   

280
220
175
125
90
65
50
40
30
   

220
170
140
95
65
45
35
30
20
   

150
110
80
60
40
30
20
15
10
   

65
50
40
30
25
20
15
10
5
   

45
35
30
25
20
15
12
6
3

其它
设备




   

300kN拉力试验机
1000kN拉力试验机
B6 65牛头刨床
B690牛头刨床
6m、8m龙门刨床
8#-12#风机
砂轮机
水 泵
   

80
120
50
80
30
25-30
15
10
   

50
90
30
50
20
20-25
10
5
   

30
50
20
30
15
15-20
8
3
   

15
25
12
18
10
10-15
5
—
   

10
15
10
12
8
8
—
—

表4 精密机床和高精度机床的允许振动值

机 床 类 型
   

允许速度
(mm/s)

5级丝杠车床及螺纹磨床，高精度长刻线机及圆刻线机(精度2μm及1″)
   

0.05

6级丝杠车床、丝杠磨床及螺纹磨床，精密轧辊磨床及大型精密滚齿机
   

0.08

坐标镗床及坐标磨床，高精度外圆磨床和平面磨床，导轨磨床
   

0.16

精密磨床，磨齿机，高精度车床及加工中心
   

0.20

精密卧式镗床，仿形铣床，精密车床及数控车床
   

0.32

数控铣床，精密滚齿机，普通磨床及仿形铣床
   

0.50

　　2．防振垫铁的选用

　　中小型机床刚性好，移动部件质量小，不需要依靠基础来增加其刚性，除了振动较大和稳定性较差的机床外，一般均可采用弹性连接的方法来安装机床。大型设备和振源型设备采用带有基础组合弹性连接也有良好使用效果。

　　影响精密机床正常工作的往往是通过地面土壤和基础传来的外界振动，这种振动随着距离的增加而逐渐衰减，当达到一定的距离后，在无其它隔振措施的情况下，也不会影响精密机床的正常工作，这个距离称为机床的防振距离。

　　根据精密机床的允许振动速度，以亚粘土为代表，表3列出了最小防振距离，表4列出了精密机床和高精度机床的允许振动值。

　　精密机床的安装位置应尽量远离振源，如确实不能满足最小防振距离要求时，应对其采取隔振措施，使振动的影响控制在允许的范围内。当机床对振动控制要求不高时，可采用防振垫铁进行隔振，隔振效率应根据振源距离的远近和机床对振动控制的要求确定，还应注意要使机床工作时不产生明显的摇晃。否则要采取其他更有效的隔振措施。

　　普通机床一般不需要采取隔振措施，采用弹性连接主要是考虑到安装机床方便，节约费用和用于不便于使用刚性连接的场合，如机床上楼等。由于普通机床的类型和加工条件的不同，机床工作时自身振动的情况相差较大，防振垫铁中弹性件的刚度应根据机床工作时振动的大小来决定，振动大的，弹性件的刚度要大些，反之则可小些。但为了避免机床工作时产生明显的摇晃，影响工人操作，防振垫铁上弹性件的刚度宁可取大些。如弹性件的刚度已足够大，机床工作时还要产生明显的摇晃就不宜采用弹性连接，而要采用刚性连接。



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　1．精密和超精密磨削的技术关键

　　在工具和模具制造中，磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工序。技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性的作用。在磨削脆性材料时，由于材料本身的物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨剂后的表面比较粗糙。在某些应用场合如光学元件，这样的粗糙表面必须进行抛光，它虽能改善工件的表面粗糙度，但由于很难控制形状精度，抛光后经常会降低。为了解决这一矛盾，在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构相继推回了两种新的磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）和镜面磨削（Mirror Grinding）。

　　（1）塑性磨削 它主要是针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削（Shere Mode Grindins）。由此磨削后的表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时的元规则的凹凸不平，表面呈有规则的纹理。

　　塑性磨削的机理至今不十分清楚在切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。一般来说，临界切削深度在100μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。根据这一理论，有些人提出了一种观点，即塑性磨削要靠特殊磨床来实现。这种特殊磨床必须满足如下要求：

　　l）极高的定位精度和运动精度。以免因磨粒的切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。

　　2）极高的刚性。因为塑性磨削的切削力远超过脆性磨削的水平，机床刚性太低，会因切削力引起的变形而破坏塑性切屑形成的条件。

　　对形成塑性磨削的另一种观点认为切削深度不是唯一的因素，只有磨削温度才是切屑由脆性向塑性转变的关键。从理论上讲，当磨粒与工件的接触点的温度高到一定程度时，工件材料的局部物理特性会发生变化，导致了切屑形成机理的变化。作者从实践中找到了支持这种观点的许多证据：比如在一台已经服役20多年的精度和刚度不高的平面磨床上磨削SiC陶瓷，用40O0#的金刚石砂轮。工件表面粗糙度小于Rq5μm，表面上看不到脆断的痕迹。另外德国亚琛工业大学的Konig教授作了如下试验，在普通的车床上，用激光局部加热一个SiN陶瓷试件，即能顺利地进行车削。这些实验均间接地说明温度对切屑形成机理有决定性的影响。

　　（2）镜面磨削 顾名思义，它关心的不是切屑形成的机理而是磨削后的工件表面的特性。当磨削后的工件表面反射光的能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削的工件材料不局限于脆性材料，它也包括金属材料如钢、铝和钼等。为了能实现镜面磨削，日本东京大学理化研究所的 Nakagawa和Ohmori教授发明了电解在线修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。

　　镜面磨削的基本出发点是：要达到境面，必须使用尽可能小的磨粒粒度，比如说粒度2μm乃至0.2μm。在ELID发明之前，微粒度砂轮在工业上应用很少，原因是微粒度砂轮极易堵塞，砂轮必须经常进行修整，修整砂轮的辅助时间往往超过了磨削的工作时间。ELID首次解决了仅用微粒度砂轮时，修整与磨削在时间上的矛盾，从而为微粒度砂轮的工业应用创造条件。

　　ELID磨削的关键是用与常规不同的砂轮，它的结合剂通常为青铜或铸铁。图1是ELID在平面磨床上应用的原理及实验装置。在使用ELID磨削时，冷却润滑液为一种特殊的电解液。当电极与砂轮之间接上一电压时，砂轮的结合剂发生氧化。在切削力作用下，氧化层脱落从而露出了锋利的磨粒（图2）。由于电解修整过程在磨削时连续进行，所以能保证砂轮在整个磨削过程中保持同一锋利状态。这样既可保证工件表面质量的一致性，又可节约以往修整砂轮时所需的辅助时间。满足了生产率要求。

　　ELID磨削方法除适用于金刚石砂轮外，也适用于氮化硼砂轮，应用范围几乎可以覆盖所有的工件材料。它最适合于加工平面，磨削后的工件表面粗糙度可达Rq1nm的水平，即使在可见光范围内，这样的表面确实可以作为镜面来使用。ELID磨削的生产率远远超过常规的抛光加工，故在许多应用场合取代了抛光工序。最典型的例子就是加工各种泵的陶瓷密封圈，传统的工艺是先磨再抛光，采用ELID磨削，只需一道工序，既节约时间又节省投资。

　　ELID也被用于加工其他几何形状如球面、柱面和环面等。按镜面的不同要求，可用于部分取代抛光或把抛光的时间降到最低的水平。

　　ELID磨削虽有上述优点，但在某些应用场合也有一些缺点。比如在摩削玻璃时，如果采用较大的粒度（2μm），由于砂轮的磨粒连续更替，部分磨粒不断脱离结合剂而成为自由磨粒，这些磨粒在工件与砂轮间作无规则的滚动，个别磨粒会在工件表面上造成局部的无规则的刻痕，其深度有时能超过磨料的半径。图3是一个ELID磨削过的工件表面，若不考虑局部的刻痕，其表面粗糙度已达Rq5nm的水平，但由于这样的刻痕，使工件的抛光量要增加到3－5μm，镜面磨削的应用价值在这种情况下被相应地减弱。

　　由此可见，是否要采用镜面磨削，关键在于应用场合。假如个别刻痕不影响工件的使用，镜面磨削可以取代研磨和抛光，并提高生产效率。否则必须综合考虑所有的加工过程以确定最佳的加工工序的组合。
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1．概述

　　1.1 非球面光学零件的作用

　　非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。

　　非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。

　　1.2 国外非球面零件的超精密加工技术的现状

　　80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：

　　计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。

　　进行非球面零件加工时，要考虑所加工零件的材料、形状、精度和口径等因素，对于铜、铝等软质材料，可以用单点金刚石切削（SPDT）的方法进行超精加工，对于玻璃或塑料等，当前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生产非球面零件，对于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通过超精密磨削和超精密研磨、抛光等方法进行加工的，另外，还有非球面零件的特种加工技术如离子束抛光等。

　　国外许多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体，并且研制出超精密复合加工系统，如 Rank Pneumo公司生产的Nanoform300、Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的AHN60―3D、 ULP一10OA（H）都具有复合加工功能，这样可以便非球面零件的加工更加灵活。

　　1.3 我国非球面零件超精密加工技术的现状

　　我国从80年代初才开始超精密加工技术的研究，比国外整整落后了20年。近年来，该项工作开展较好的单位有北京机床研究所、中国航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室等。

　　为更好的开展对此项超精密加工技术的研究，国防科工委于1995年在中国航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实验室。

　　2．非球面零件超精密切削加工技术

　　美国Union Carbide公司于1972年研制成功了R―θ方式的非球面创成加工机床。这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ和半径R，实现非球面的镜面加工。加工直径达φ380mm，加工工件的形状精度为±0.63μm，表面粗糙度为Ra0.025μm。

　　摩尔公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。

　　英国Rank Pneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床（MSG―325），该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加工工件形状精度达0.25-0.5μm，表面粗糙度Ra在0.01- 0.025μm之间。随后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床，该公司又在上述机床的基础上，于1990年开发出 Nanoform600，该机床能加工直径为600mm的非球面反射镜，加工工件的形状精度优于0.1μm，表面粗糙度优于0.01μm。

　　代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯.利弗莫尔（LLNL）实验室于1984年研制成功的 LODTM，它可加工直径达2100mm，重达4500kg的工件其加工精度可达0.25μm，表面粗糙度Ra0.0076μm，该机床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件和大型天体反射镜等。

　　英国Cranfield大学精密工程研究所（CUPE）研制的大型超精密金刚右镜面切削机床，可以加工大型  X射线天体望远镜用的非球面反射镜（最大直径可达1400mm，最大长度为600mm的圆锥镜）。该研究所还研制成功了可以加工用于 X射线望远镜内侧回转抛物面和外侧回转双曲面反射镜的金刚石切削机床。

　　日本开发的超精密加工机床主要是用于加工民用产品所需的透镜和反射镜，目前日本制造的加工机床有：东芝机械研制的ULG―l0OA（H）不二越公司的ASP―L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D非球面加工机床等。

　　3．非球面零件超精密磨削加工技术

　　3.1 非球面零件超精磨削装置

　　英国Rank Pneumo公司1988年开发了改进型的ASG2500、ASG2500T、 Nanoform300机床，这些机床不仅能够进切削加工，而且也可以用金刚石砂轮进行磨削，能加工直径为300mm的非球面金属反射镜，加工工件的形状精度为0.3-0.16μm，表面粗糙度达Ra0.01μm。最近又推出Nanoform250超精密加工系统，该系统是一个两轴超精密CNC机床，在该机床上既能进行超精密车削又能进行超扬密磨削.还能进行超精密抛光。最突出的特点是可以直接磨削出能达到光学系统要求的具有光学表面质量和面型精度的硬脆材料光学零件。该机床采用了许多先进的Nanoform600、Optoform50设计思想，机床最大加工工件直径达250mm，它通过一个升高装置使机床的最大加工工件直径达到450mm，另外通过控制垂直方向的液体静压导轨（Y轴）还能磨削非轴对称零件，机床数控系统的分辨率达0.001μm，位置反馈元件采用了分辨率为8.6nm的光栅或分辨率为1.25nm的激光干涉仪，加工工件的面型精度达0.25μm，表面粗糙度优于Ra0.01μm。

　　Nanocentre250、Nanocentre600是一种三轴超精密CNC非球面范成装置，它可以满足单点和延性磨削两个方面的使用要求，通过合理化机床结构设计、利用高刚度伺服驱动系统和液体静压轴承使机床具有较高的闭环刚度， x和Z轴的分辨率为 1.25nm，这个机床被认为是符合现代工艺规范的。

　　CUPE生产的Nanocentre非球面光学零件加工机床，加工直径达600mm.面型精度优于 0.1μm，表面粗糙度优于Ra0.01μm。CUPE还为美国柯达公司研究、设计和生产了当今世界上最大的超精密大型CNC光学零件磨床 “OAGM2500”，该机床主要用于光学玻璃等硬脆材料的加工，可加工和测量2.5m×2.5m×0.61m的工件，它能加工出2m见方的非对称光学镜面，镜面的形状误差仅为1μm。

　　日本丰田工机研制的AHN60―3D是一台CNC三维截形磨削和车削机床，它能在X、Y、和Z三轴控制下磨削和车削轴向对称形状的光学零件，可以在X、Y和Z轴二个半轴控制下磨削和车削非轴对称光学零件，加工工件的截形精度为0.35unl，表面粗糙度达 Ra0.016μm。另外东芝机械研制的ULG―10OA（H）超精密复合加工装置，它用分别控制两个轴的方法，实现了对非球面透镜模具的切削和磨削，其 X轴和Z轴的行程分别为150mm和100mm，位置反馈元件是分辨率为0.01μm的光栅。

　　3.2 非球面光学零件的ELID镜面磨削技术

　　日本学者大森整等人从1987年对超硬磨料砂轮进行了研究，开发了使用电解In Process Dressing（ELID）的磨削法，实现了对硬脆材料高品位镜面磨削和延性方式的磨削，现在该方法己成功的应用于球面、非球面透镜、模具的超精密加工。

　　① ELID镜面磨削原理

　　ELID磨削系统包括：金属结合剂超微细粒度超硬磨料砂轮、电解修整电源、电解修整电极、电解液（兼作磨削液）、接电电刷和机床设备。磨削过程中，砂轮通过接电电刷与电源的正极相接，安装在机床上的修整电极与电源的负极相接，砂轮和电极之间浇注电解液，这样，电源、砂轮、电极、砂轮和电极之间的电解液形成一个完整的电化学系统。

　　采用ELID磨削时，对所用的砂轮、电源、电解液均有一些特殊要求。

　　要求砂轮的结合剂有良好的导电性和电解性、结合剂元素的氢氧化物或氧化物不导电，且不溶于水，ELID磨削使用的电源，可以采用电解加工的直流电源或采用各种波形的脉冲电源或直流基量脉冲电源。在ELID磨削过程中，电解液除作为磨削液外，还起着降低磨削区温度和减少摩撩的作用，ELID磨削一般采用水溶性磨削液，全属基结合剂砂轮的机械强度高，通过设定合适的电解量，砂轮磨损小。同时能得到高的形状精度。应用这个原理，能实现从平面到非球面，各种形状的光学元件的超精密镜面磨削。

　　②ELID镜面磨削实验系统

　　在Rank Pneumo公司的ASG―2500T机床上，装上由砂轮、电源、电极、磨削液等组成大森整 ELID系统毛坯粗成形加工时使用400#、半精加工时使用1000#或2000#、作镜面磨削时使用4000#（平均粒径约为4μm）或8000#（平均粒径约为2μm）的铸铁结合剂金刚石砂轮，电解修锐电源（ELID电源），使用的是直流高频脉冲电压式专用电源，工作电压为60V，电流为l0A。所用的磨削液，使用时要求用纯水将水溶性磨削液AFH―M和CEM稀释50倍。

　　③ ELID镜面磨削实验方法和实验结果

　　作非球面加工时，通过安装在工件轴上的碗形砂轮（325#铸铁结合剂金刚石砂轮为φ30×W2mm）进行平砂轮的只成形体整，作10min的电解初期修锐之后，经过400#的粗磨和1000#的半精加工，最后再用4000#进行 ELID镜面磨削，在超精密非球面加工机床上，借助ELID磨削技术，成功地加工出了光学玻璃BK―7非球面透镜。面型精度达到优于0.2μm，表面粗糙度达Ra20nm，而对于稍软如 LASFN30和Ge等材料的非球面加工，同样能达到面型精度优于0.2-0.3μm，表面粗糙度达Ra30nm。

　　4．非球面零件的超精密抛光（研磨）技术

　　超精密抛光是加工速度极慢的一种加工方法。不适合形状范成法加工，近年来，由于短波长光学元件、OA仪器和 AV机器等的飞速发展，对零件的表面粗糙度提出了更高的要求，到目前为止还没有比超精密抛光更好的实用的方法，尤其当零件的表面粗糙度要求优于 0.0lμm时，这种方法是不可缺少的，对形状精度要求很高的工件，如果采用强制进给的方法进行切削或进行磨削时，其形状精度将直接受到机床进给定位精度的影响，达到所在反应，并由此引起的加工作用，在工件表面上存在同样微小凹的部分，在一般情况下，只能获得波纹起伏较大的表面。

　　日本大阪大学工学部森勇芷教授等人利用EEM开发了一种三轴（x、z、C）数控光学表面范成装置，利用该装置加工时，一边在工件表面上控制聚胺脂球的滞留时间，一边用聚胺脂球扫描加工对象的物全领域，利用该装置能加工高精度的任意曲面。

　　5．非球面零件等离子体的CVM（Chemical Vap0rizati0n Machining）技术

　　目前广泛采用的切削、研磨、抛光等机械加工方法，由于加工材料中存在微细裂纹或结晶中的品格缺陷等原因，无论怎样提高加工精度，改进加工装置，总存在一定的局限性，为此，日本大阪大学工学部森勇正教授提出了一种用化学气体加工的新的加工工艺方法，称为等离子CVM法，这是一种利用原子化学反应，获得超精密表面的一种技术，其加工原理和等离子体刻蚀一样，在等离子体中，被激活的游离基和工件表面原于起反应，将之变成挥发性分子，并通过气体蒸发实现加工的，在高压力下所产生的等离子体，能够生成密度非常高的游离基，所以这种加工方法能达到与机械加工方法相匹敌的加工速度。

　　在高压力下，由于气体分子的平均自由行程极小，等离子体局限在电极附近。所以可以通过电极扫描，加工出0.01μm精度的任意形状的零件，另外可以以50μm/min的速度加工单晶硅平面，加工工件的表面粗糙度可达0.1nm（Rrms）。

　　下个世纪，在硅芯片加工和半导体曝光装置用的非球面透镜加工等很多领域中，将应用CVM技术，当前有人正在研究通过CVM和EEM的组合，加工同步加速器用的X射线反射镜等原子级平坦的任意曲面。

　　6．非球面零件复制技术

　　用控制除去厚度的抛光（研磨）方法能够制造出高精度的非球面零件，但和一般的光学零件加工方法相比，这种方法的加工效率很低，解决这个问题的方法之一有复制技术，即塑料注射成形和玻璃的模压成形技术，这种技术能够制造一部分非球面透镜。塑料透镜注射成形是将熔化的树脂注入模具内，一边施加压力，一边冷却固化的加工方法，这种方法能够进行廉价、大批量生产，但存在塑料自身的某些问题，如温度变化、吸湿导致透镜折射率的变化。

　　玻璃的模压成形是代替切削、磨削、研磨加工透镜、棱镜的最佳的小型零件大批量生产方法。模压成形技术是将模具内的温度控制在冲压的玻璃转移温度以上，软化温度以下，在模具内，进入有流动性的玻璃，加压成形，并且保持这种状态20s以上，直到成形了的玻璃温度分布均匀化，将模具的形状精度作到0.1μm，表面粗糙度作到0.01μm以下，在上述条件下加压成形，能加工出和模具精度相近的零件。



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