Точные услуги плоского лаппирования: передовые применения для промышленной финишной обработки поверхностей

Что достигают услуги плоского лаппирования?

Когда люди турят по объектам Metal Cutting, чтобы узнать о нашей работе, они часто удивляются, что у нас три типа лаппировочного оборудования. Но настоящий сюрприз — что так много людей не знают о невероятно простом (и полезном) процессе точного плоского лаппирования.

Пока лаппировочный станок имеет движущиеся части — это пластины, вращающиеся как чашки в аттракционе «чашечки». Суть простоты: пластины методично вращаются в одной плоскости — не по множеству осей — верхняя пластина в одну сторону, нижняя — в другую.

Но что делает услуги плоского лаппирования такими полезными? Давайте присмотримся.

Основы лаппирования

Лаппирование — контролируемый механический процесс шлифования или полировки с абразивом между двумя поверхностями, которые натираются друг о друга. Процесс обычно используется для создания точного финиша поверхности.

Для Metal Cutting и наших клиентов первичная цель лаппирования — достичь очень гладкой, плоской поверхности. Однако лаппирование также можно использовать для получения выпуклой поверхности, такой как выпуклый линз или зеркало. (Подробнее ниже.)

Лаппирование применимо к широкому спектру материалов: металл, стекло, керамика, пластик, силициевый субстрат. Благодаря точности удаления материала процесс может давать финиш поверхности в нанометровом диапазоне (0,001 мкм).

Преимущества точного плоского лаппирования

Точное плоское лаппирование часто обсуждается вместе с двухдисковым шлифованием. Потому что любой процесс можно использовать для металлических деталей, требующих жесткого допуска по финишу, плоскости, параллельности или толщине.

Однако услуги плоского лаппирования чаще всего применяются к деталям, требующим жесткого контроля толщины и параллельности. Процесс дает размерно точные плоские детали с высокими допусками, обычно менее 2,5 мкм均匀ность (uniformity).

Точное плоское лаппирование также можно использовать для коррекции поверхностных нерегулярностей и удаления подповерхностных повреждений от пилирования или шлифования.

Детали, подвергаемые лаппированию, зеркалят форму лаппировочных пластин. Поэтому точное плоское лаппирование требует поддержания пластин в экстремально плоском состоянии (обычно менее 0,004 мм). Это помогает гарантировать, что детали будут плоскими.

Услуги плоского лаппирования особенно хороши для ряда применений. Например, оптики используют специализированные лаппировочные станки для получения поверхностей, плоских лучше 30 нанометров (0,030 мкм).

Точное плоское лаппирование также критично для производства полупроводников, обеспечивая точность для работы с очень хрупкими тонкими компонентами. Существуют полупроводниковые лаппировочные станки и специализированные монтажные носители для вейферов: LED, сапфир, кремний, сложные субстраты, волоконная оптика.

Одностороннее vs двустороннее лаппирование

В зависимости от материала и применения детали, точное плоское лаппирование может быть односторонним или двусторонним.

Одностороннее лаппирование похоже на полировку авто: абразив наносится на более мягкий материал и полирует поверхность более твердого материала. Обычно деталь удерживается кольцом или иным устройством, прижимается весом, а абразивный шлам подается на вращающуюся лаппировочную пластину.

С двусторонним точным плоским лаппированием материал удаляется с двух поверхностей детали — верхней и нижней. Достигается за счет приложения давления, пока деталь и абразив качаются между двумя лаппировочными пластинами.

Где применение веса может повредить нежные материалы, используется приспособление (jig) для удержания деталей. Это позволяет точное позиционирование детали и регулировку нагрузки при лаппировании очень мелких деталей — скажем, от 3" (76,2 мм) до 0,118" (3 мм).

Лаппирование для куполообразных (domed), а не плоских деталей

Конечно, лаппирование имеет и другие цели помимо достижения плоскости. Процесс можно использовать для создания линз и других деталей, требующих тонкой, равномерной куполообразной формы.

Выпуклость (convexity) достигается использованием лаппировочной пластины, konditionированной так, чтобы она была вогнутой (concave) и создавала выпукло куполообразную деталь, зеркалящую форму пластины. Производство правильной куполообразной формы и толщины — трудоемкий процесс, часто с большим проб-ошибок на стадии разработки.

Насколько критична точность при лаппировании куполообразных деталей? Рассмотрим Космический телескоп Хаббл — проект за $2 млрд, у которого оказался дефект в оптической системе. Конкретно, первичное зеркало Хаббла было всего немного неправильной формы.

Крошечный дефект — около 1/50 толщины листа бумаги — suffisал для создания сферической аберрации, искажающей телескопические изображения. Ученые смогли скорректировать дефект, но это был дорогой урок в равномерности купола.

Дополнительные преимущества лаппирования

Помимо создания точно гладких плоских поверхностей, лаппирование можно использовать для достижения высокополированных торцов и очень жестких допусков по длине и толщине.

Например, Metal Cutting может использовать лаппирование для сдвига десятичной точки допуска длины от ±0,0010" (0,0254 мм) до ±0,00010" (0,00254 мм). Для применений, требующих геометрии, мы можем взять трапециевидную деталь и лаппированием превратить в прямоугольник или параллелограмм.

Кроме того, наши лаппировочные услуги могут достичь торцового финиша Ra 2 микродюйм (0,050 мкм) как на твердых деталях, так и на трубках. Включая тонкостенные трубки и длинные компоненты.

Подходит ли лаппирование для вашего применения?

Обманчиво простое и при этом точное, лаппирование может быть ценным для применений, требующих:

• Гладкие, плоские поверхности;
• Жесткий контроль тонкости;
• Высокополированные торцы;
• Жесткие допуски по длине;
• Параллельность.

Через тщательное понимание вашего применения и его параметров вы можете решить, является ли точное плоское лаппирование или какая-то другая техника лучшим соответствием для ваших требований.