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1、超微細切削加工的技術難點及對策發(fā)布日期：2008-11-258:31:00信息來源：中國刀具商務網(wǎng)評論：0條進入商圈???????1引言 微細加工技術是指微小尺寸零件的制造加工技術。隨著航空航天、國防工業(yè)、現(xiàn)代醫(yī)學以及生物工程技術的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的小型化、微型化設備和微小尺寸零件，利用微細加工技術制造的各種微機械如微型電動機、微型傳感器、微型泵等有著日益廣闊的應用前景。 現(xiàn)代制造技術對微細加工的要求也越來越高，已發(fā)展到超微細加工；向現(xiàn)有制造技術的加工極限挑戰(zhàn)，發(fā)展超精密加工、超微細加工和納米加工技術，已成為現(xiàn)代制造技術的一個發(fā)展方向?！ ∥⒓毤庸ぜ夹g不僅
2、包含各種傳統(tǒng)的精密機械加工方法，同時還包含如電子束加工、離子束加工、化學加工等特種加工方法。這些特種加工方法目前在微細加工領域都得到了很好的應用，而微細、超微細領域的切削加工卻存在著一些技術難點，限制了它的廣泛應用。因為即使是傳統(tǒng)的機械加工，對微小尺寸與普通尺寸的加工機理和方法也不相同。本文通過研究超微細加工的機理，分析超微細加工中的技術難點及其對加工過程的影響，并提出了解決措施。? 2超微細切削加工的機理 普通切削和微細切削在加工機理上各不相同。在普通切削時，由于工件尺寸較大，允許的切削深度、進給量均較大；而在微細切削時，由于工件尺寸微小，從強度、剛度上都不
3、允許采用較大的切削深度和進給量，同時為保證工件尺寸精度的要求，最終精加工的表面切除層厚度必須小于其精度值，因此切削用量必須很小?！ ∫话愕慕饘俨牧鲜怯芍睆綖閿?shù)微米到數(shù)百微米的晶粒構成。由于微細切削的切削深度非常小，特別是亞微米和納米級的超微細切削，通常切削深度小于材料的晶粒直徑，使得切削只能在晶粒內(nèi)進行，這時的切削相當于對一個個不連續(xù)體進行切削，所以微細切削是一種斷續(xù)切削。由于材料存在微觀缺陷以及材質(zhì)分布的不均勻性，使刀具在切削時的切削力變化較大，且切削刃將受到較大的沖擊和振動?！ ?微細切削的切削力特征 微細切削加工是一種超微量分離技術，切削時金剛石刀具刃口附
4、近的切削力為亞牛頓級甚至更小。切削力能清晰地反映切屑的去除過程，因此研究切削力模型有助于了解切屑的切削特性。微細切削時的切削力特征為：切削力微小，單位切削力大，且切深抗力大于主切削力；切削力隨切削深度的減小而增大，且在切深很小時切削力會急劇增大。這就是切削力的尺寸效應?！ ∥⒓毲邢鲿r切削力的物理模型與刀具刃口的亞微米結構關系密切。由于切削刃刃口圓弧半徑的存在，切削刃在納米量級切削時有一個很大的負前角，使切削變形增大，故切削時的單位切削力大；同時，由于微細切削往往在晶粒內(nèi)部進行，切削力必須大于晶體內(nèi)部的分子、原子結合力，因而使單位切削面積上的切削力急劇增大。 與普
5、通切削時切削力隨切削深度的增大而增大不同，微細切削時的切削深度和進給量都很小。由于刀具刀尖圓弧半徑和刃口圓弧半徑的存在，使切削變形明顯增大。切削深度很小時，刀尖圓弧半徑造成的附加變形占總切削變形的比例很大。由于切削力的尺寸效應，所以切削深度越小，切削力越大(微細切削時切削深度對切削力的影響如圖1所示)?！ D1切削深度對切削力的影響 微細切削的最小切削厚度 在機床條件最佳時，采用極鋒利的金剛石刀具可以實現(xiàn)納米級的連續(xù)穩(wěn)定的切削。能穩(wěn)定切削的最小有效切削厚度稱為最小切削厚度，微細切削可以達到的最小切削厚度與金剛石刀具刃口的圓弧半徑、被切材料的物理力學性能相關?！?/p>
6、 圖2最小切削厚度對刀刃圓弧半徑的影響 如圖2所示，工件上A點處受主切削力Fc及其垂直力Fd的作用，形成合力F(合力F也可分解為A點處的法向力N和摩擦力μN)，合力F的方向即為A點處所受的正應力方向?！ ‘擜點的正應力方向與切削速度方向的夾角w約為45°時(對于不同的加工材料，所要求的夾角大小也不同，用金剛石刀具加工鋁合金時，夾角約為38°～45°)，A點以上被加工材料堆積形成切屑，而A點以下被加工材料經(jīng)彈性、塑性變形，形成加工表面，此時A點即為最小切削厚度的極限臨界點。極限最小切削厚度hDmin可通過下式求得： hDmin=r(1-cosq)
7、(1) 式中：r——切削刃刃口圓弧半徑 由圖2可知，q+w+b=90°，即 q=90°-(w+b) (2) 式中：b——刀具與工件材料的摩擦角，tgb=μ(摩擦系數(shù))，用金剛石刀具切削鋁合金時摩擦系數(shù)約為0.12～0.26 w——正應力方向與切削速度方向的夾角，w值與工件材料的強度、延伸率、摩擦系數(shù)以及A點位置的高低有關，根據(jù)經(jīng)驗w=38°～45° 將式(2)代入式(1)化簡得： 當w=45°時，上式可簡化為： 由上式可見，極限最小切削厚度hDmin與刃口圓弧半徑r、材料本身的物理力學性能及刀具—工件間的摩擦系數(shù)有關。hdmin值與r
8、值的關系見
