La tecnología de fabricación avanzada se refiere a la tecnología de producción integrada que combina ingeniería mecánica, tecnología de información electrónica (incluyendo microelectrónica, optoelectrónica, software y hardware de computadora, tecnología de comunicación moderna), tecnología de automatización, así como la tecnología material y la tecnología de gestión moderna. El objetivo de la tecnología de fabricación avanzada es lograr una producción de alta calidad, precisa, ahorro de materiales, eficiente en energía, limpia, eficiente y flexible para satisfacer las demandas sociales.
La tecnología de mecanizado de precisión se ha desarrollado como una tecnología de fabricación avanzada para satisfacer las necesidades de la alta tecnología moderna y sirve como base para otras implementaciones de alta tecnología. El desarrollo de la tecnología de mecanizado de precisión también ha estimulado el progreso de la mecánica, hidráulica, electrónica, semiconductores, óptica, sensores, tecnología de medición y ciencia de materiales.
Mecanizado de precisión y ultra precisión
Generalmente, basado en la precisión del mecanizado, el procesamiento mecánico se puede dividir en mecanizado general, mecanizado de precisión y mecanizado de ultra precisión. Actualmente, el mecanizado de precisión se refiere a la tecnología de mecanizado con una precisión de 1 a 0,1 µm y una rugosidad de la superficie de Ra 0,1 a 0,01 µm. Sin embargo, este límite está sujeto a cambios con el avance de la tecnología de mecanizado, y lo que se considera mecanizado de precisión hoy puede convertirse en mecanizado general mañana.
Los desafíos en el mecanizado de precisión incluyen la precisión del mecanizado, que incluye tolerancia dimensional, precisión de tamaño y condición de la superficie. Otro desafío es la eficiencia del mecanizado; algunos procesos pueden lograr una buena precisión de mecanizado, pero luchan por lograr una alta eficiencia de mecanizado.
El mecanizado de ultra precisión implica el uso de máquinas herramienta de ultra precisión para realizar micro-corte en materiales con restricciones estrictas en el movimiento relativo entre las piezas y las herramientas, con el objetivo de lograr una precisión de forma extremadamente alta y un acabado superficial. El mecanizado de ultra precisión actual se refiere a la tecnología de mecanizado donde la precisión dimensional de la pieza procesada es superior a 0,1 μm, la rugosidad de la superficie Ra es inferior a 0.025 μm, Y la precisión de posicionamiento y la repetibilidad de la máquina herramienta son superiores a 0,01 μm. También se conoce como mecanizado submicrométrico y está evolucionando hacia el mecanizado a nivel nanométrico.
El mecanizado de ultra precisión incluye micro-mecanizado, súper micro-mecanizado, acabado óptico y acabado de precisión.
El micro-mecanizado se refiere a la tecnología de mecanizado para fabricar piezas de tamaño pequeño.
El súper micro-mecanizado se refiere a la tecnología de mecanizado para fabricar piezas de tamaño súper diminuto. Se propone cumplir con los requisitos de fabricación de los circuitos integrados y, debido al pequeño tamaño, la precisión se expresa en valores absolutos en lugar de la relación entre el tamaño procesado y el error de tamaño.
El acabado óptico generalmente se refiere a métodos de procesamiento que reducen la rugosidad de la superficie y mejoran las propiedades mecánicas de la capa superficial sin enfatizar la mayor precisión del mecanizado. Los métodos típicos incluyen pulido, molienda, superacabado y procesamiento sin chip. En la práctica, estos métodos no solo mejoran la calidad de la superficie, sino que también mejoran la precisión del mecanizado.
El acabado de precisión es un término recién acuñado en los últimos años, correspondiente al acabado óptico. Se refiere a métodos de mecanizado que tienen como objetivo Reducir la rugosidad de la superficie, mejorar las propiedades mecánicas de la capa superficial y aumentar la precisión del mecanizado (incluida la precisión dimensional, de forma y posicional).
Medios técnicos de mecanizado de precisión
Los métodos tradicionales de mecanizado de precisión incluyen pulido de pulido, pulido de correa abrasiva, corte súper fino, pulido fino, pulido y pulido de ultra precisión y acabado abrasivo magnético.
Pulido
El pulido es un tipo de mecanizado fino que se realiza en la superficie de una pieza de trabajo utilizando métodos mecánicos, químicos o electroquímicos. Se utiliza principalmente para Reducir la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo. Los métodos comunes incluyen pulido manual o mecánico,Pulido ultrasónico, pulido químico, pulido electroquímico y mecanizado compuesto electroquímico-mecánico.
Pulido de cinta abrasiva
Esto implica el uso de una tela mixta con partículas abrasivas como herramienta abrasiva para procesar la pieza de trabajo. Se incluye en la categoría de mecanizado abrasivo recubierto y se caracteriza por una alta productividad, buena calidad de superficie y una amplia aplicación. Los países extranjeros han logrado grandes logros en materiales y procesos de fabricación de cintas abrasivas, produciendo máquinas abrasivas universales y especiales. El nivel de automatización continúa aumentando, pero a nivel nacional, hay menos tipos de correas abrasivas y la calidad necesita mejorar, con la transformación de la máquina herramienta aún en progreso.
Medios técnicos de mecanizado de precisión
Los métodos tradicionales de mecanizado de precisión incluyen pulido de pulido, pulido de correa abrasiva, corte súper fino, pulido fino, pulido y pulido de ultra precisión y acabado abrasivo magnético.
Pulido
El pulido es un proceso de mecanizado fino que se realiza en la superficie de una pieza de trabajo utilizando métodos mecánicos, químicos o electroquímicos, principalmente para Reducir la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo. Los métodos comunes incluyen pulido manual o mecánico, pulido ultrasónico, pulido químico, pulido electroquímico y mecanizado compuesto electroquímico-mecánico.
Pulido de cinta abrasiva
Esto implica el uso de una tela mezclada con partículas abrasivas como herramienta abrasiva para procesar la pieza de trabajo. Se incluye en la categoría de mecanizado abrasivo recubierto y se caracteriza por una alta productividad, buena calidad de superficie y una amplia aplicación. Los países extranjeros han logrado logros significativos en materiales y procesos de fabricación de cintas abrasivas, produciendo series de cinturones abrasivos adecuados para diferentes ocasiones. Han desarrollado máquinas rectificadoras de cintas abrasivas universales y especializadas, y el nivel de automatización continúa aumentando. Sin embargo, a nivel nacional, hay menos tipos de correas abrasivas y la calidad necesita mejorar, con la transformación de la máquina herramienta aún en progreso.
Corte de precisión
El corte de precisión implica el procesamiento de corte utilizando máquinas herramienta de alta precisión y herramientas de diamante de un solo cristal. Se utiliza principalmente para el mecanizado de precisión de metales blandos como el cobre y el aluminio que no son adecuados para moler y también exhibe buenas propiedades ópticas.
Molienda de ultra precisión
El esmerilado de ultra precisión es un proceso de microesmerilado que utiliza ruedas abrasivas revestidas con precisión en máquinas rectificadoras de ultra precisión. La tasa de eliminación de metales puede estar en el rango de submicrómetros o incluso más pequeña, logrando una alta precisión dimensional, precisión posicional y bajos valores de rugosidad de la superficie. La precisión dimensional está entre 0,1 y 0,3 µm, la rugosidad de la superficie Ra está entre 0,2 y 0,05 µm y es altamente eficiente. La gama de aplicaciones es extensa, desde metales blandos hasta acero endurecido, acero inoxidable, acero de alta velocidad y otros materiales difíciles de cortar, así como semiconductores, vidrio, cerámica, y otros materiales duros y frágiles no metálicos; casi todos los materiales se pueden procesar mediante molienda. Sin embargo, después de la molienda, la superficie procesada sufre cambios en la estructura metalográfica bajo la influencia de las fuerzas de molienda y el calor, lo que resulta en defectos como el endurecimiento del trabajo, el endurecimiento por enfriamiento, la capa de estrés térmico, capa de estrés residual, y grietas de molienda.
Honing
Honing utiliza cabezales de pulido compuestos de tiras de arena de piedra petrolífera. Se corresponde a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo bajo una cierta presión. La rugosidad de la superficie después del procesamiento puede alcanzar Ra 0,4 a 0,1 µm y, en el mejor de los casos, puede ser tan baja como Ra 0.025 µm. Se utiliza principalmente para procesar hierro fundido y acero y no es adecuado para procesar metales no ferrosos con baja dureza y buena tenacidad.
Pulido y pulido de precisión
Esto implica el uso de abrasivos y fluidos de procesamiento entre la pieza de trabajo y la herramienta para la fricción mecánica mutua para lograr las dimensiones requeridas y la precisión de la pieza de trabajo.
Medios técnicos de mecanizado de ultra precisión
Los procesos de corte de ultra precisión, como el corte de ultra precisión con herramientas de diamante, pueden procesar varios espejos. Ha abordado con éxito el procesamiento de grandes espejos parabólicos para sistemas de fusión láser yD telescopios astronómicos. Procesos de pulido y pulido de ultra precisión, como el procesamiento de superficies de recubrimiento de discos duros de alta densidad y el procesamiento de sustratos de Circuitos Integrados a gran escala. Los procesos especiales de ultra precisión, como los gráficos a gran escala en chips de circuitos integrados, se procesan mediante métodos como el haz de electrones y El grabado por haz de iones, con un ancho de línea de hasta 0,1 µm. Cuando se procesa utilizando un microscopio electrónico de túnel de barrido (STM), el ancho de línea puede alcanzar de 2 a 5 nm.
Corte de ultra precisión
El corte de ultra precisión comenzó con la tecnología SPDT (Single Point Diamond Turning). Esta tecnología está respaldada por un husillo de soporte de aire, deslizadores neumáticos, alta rigidez, herramientas de alta precisión, control de retroalimentación y control de temperatura ambiental, logrando una rugosidad superficial de nivel nanométrico. Las herramientas de diamante se utilizan comúnmente para el fresado, ampliamente utilizadas en los elementos ópticos planos y no esféricos de cobre, vidrio orgánico, productos de plástico (como lentes de plástico para cámaras, lentes de contacto, etc.), cerámica y materiales compuestos. La tendencia futura es utilizar tecnología de recubrimiento para mejorar el desgaste de las herramientas de diamante al procesar acero endurecido. Además, el procesamiento de piezas pequeñas como componentes MEMS requiere herramientas pequeñas. Actualmente, las dimensiones de las herramientas pequeñas pueden alcanzar de 50 a 100 μm, pero si las características de procesamiento están en el rango de submicrómetro o incluso nanómetro, el diámetro de la herramienta debe reducirse aún más. La tendencia de desarrollo es utilizar nanomateriales como nanotubos de carbono para hacer torneadores o fresadores de diámetro ultra pequeño.
Molienda de ultra precisión
La molienda de ultra precisión es un método de molienda de espejo desarrollado sobre la base de molienda de precisión general. La tecnología clave radica en el apósito de la muela de diamante, lo que permite que los granos abrasivos tengan características de micro-borde y altura uniforme. Los materiales primarios procesados por molienda de ultra precisión son materiales de metal duro y quebradizo, materiales semiconductores, cerámica, vidrio y otros. Después de la molienda, la superficie procesada conserva una gran cantidad de marcas de molienda extremadamente finas, con una altura residual mínima. Combinado con los efectos de deslizamiento, compresión, fricción y pulido de los micro-bordes, se puede lograr una superficie procesada de alta precisión y baja rugosidad de la superficie. Actualmente, el pulido de ultra precisión puede procesar piezas cilíndricas con una redondez de 0,01 μm, una precisión dimensional de 0,1 μm y una rugosidad de la superficie de Ra 0.005 μm.
Molienda de ultra precisión
La molienda de ultra precisión incluye métodos de mecanizado como molienda mecánica, molienda mecánica química, molienda flotante, procesamiento de emisiones elásticas y molienda magnética. Las condiciones clave para el pulido de ultra precisión son movimiento de molienda casi sin vibraciones, control preciso de la temperatura, un ambiente limpio y abrasivos finos y uniformes. El grado esférico alcanzado por la molienda de ultra precisión es de 0.025 μm, y la rugosidad de la superficie Ra es de 0.003 μm.
Procesamiento especializado de ultra precisión
El procesamiento especializado de ultra precisión incluye principalmente Procesamiento de compuestos como procesamiento de rayos láser, procesamiento de haz de electrones, procesamiento de haz de iones, mecanizado de descarga microeléctrica, mecanizado electroquímico fino, rectificado electroquímico, mecanizado electroquímico ultrasónico, mecanizado electroquímico, rectificado electroquímico ultrasónico y mecanizado de descarga eléctrica ultrasónica. El Procesamiento de láser y haz de electrones puede lograr perforación, corte de precisión, corte de formación, grabado, exposición a fotolitografía y procesamiento de marcas láser Antifalsificación. El procesamiento del haz de iones puede lograr un corte atómico y molecular. El mecanizado de micro descargas eléctricas puede eliminar materiales metálicos extremadamente finos y procesar ejes finos, agujeros, superficies planas estrechas y superficies curvas. El mecanizado electroquímico fino puede lograr una precisión de nivel nanométrico, y la superficie no generará Tensión de mecanizado. Se usa comúnmente para el pulido de espejos, el adelgazamiento de los espejos y algunas aplicaciones que requieren un mecanizado sin estrés.
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