現(xiàn)代切削工藝技術(shù)研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-02-09 02:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 00r/min。 切削黃銅獲得表面粗糙度 ，圓度 ，加工出的最小外圓直徑為 60μm。切削試驗(yàn)中的功率消耗僅為普通機(jī)床的 1/500。 2023年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) (NSF)資助了 “Micro/MesoScale Machine Tool Systems”研究計(jì)劃資助所研制的兩臺(tái)微小型機(jī)床試驗(yàn)臺(tái)，本體尺寸為 250150200mm3和6090100mm3，主軸最高轉(zhuǎn)速分別為 150000r/min和320230r/min。二者都采用了閉環(huán)反饋控制，且裝備了測(cè)力傳感器測(cè)量微細(xì)切削力。 在國(guó)內(nèi)，哈工大精密加工研究所研制的三軸微小型立式銑床，其尺寸 300300290mm3，主軸最大轉(zhuǎn)速為160000r/min，最大徑向跳動(dòng)為 1μm，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重復(fù)定位精度 ，速度范圍 1μm～ 250mm/s；采用全閉環(huán)控制分辨率可達(dá) 。 北京理工大學(xué)研制的微細(xì)車(chē)銑加工中心，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速 60,000rpm，車(chē)削主軸最高轉(zhuǎn)速 8,000rpm，四軸可控，重復(fù)定位精度達(dá)到微米級(jí)。 目前國(guó)外制備的微型刀具一般采取 線電極電火花磨削(WEDG)技術(shù) 和 聚焦離子束 (FIB)加工技術(shù)，對(duì)高速鋼和細(xì)晶粒硬質(zhì)合金進(jìn)行刻蝕加工，實(shí)現(xiàn)刀具的成型和精度控制。 微細(xì)切削刀具美國(guó) Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用聚焦離子束技術(shù)制備出的微細(xì)銑刀 微細(xì)切削的工藝效果微細(xì)銑削加工的直徑為 ?1mm，表面高度差為 30μm，表面粗糙度為 座體零件的結(jié)構(gòu)特征：1 整體尺寸?16mm8mm2 回轉(zhuǎn)表面的不同圓周上布置多個(gè)臺(tái)階面3 零件上有多個(gè)微小孔，孔徑在 ～，最大深徑比為 6，孔徑誤差為。4 回轉(zhuǎn)表面上布置有兩個(gè)等深圓弧槽（3mm），槽寬誤差為 。* 微細(xì)切削過(guò)程監(jiān)控，特別是刀具磨損破損監(jiān)控及數(shù)控誤差；* 微細(xì)切削刀具的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)；* 微細(xì)切削毛刺的預(yù)報(bào)、控制和去除技術(shù)；* 適合于微細(xì)切削的機(jī)床開(kāi)發(fā)和研制。 微細(xì)切削的未來(lái)研究方向 塑性（延性域）切削技術(shù) 塑性切削的提出 實(shí)現(xiàn)塑性切削的條件 塑性切削的特性 發(fā)展展望 塑性切削的提出磨削加工 中間裂紋 (?m) 樹(shù)枝狀裂紋 (?m) 人字形裂紋 (?m)* 粗磨所導(dǎo)致的表層損傷 :* Pei, . et al. Int. J Mach. Tools Manu., 39 (7), 1999, pp. 11031116. 磨床脆性材料常用的加工技術(shù) (晶片材料 )即使采用精磨 :表層損傷的厚度也大約在 7 ?m左右 .化學(xué)機(jī)械拋光 (ChemicalMechanicalPolishingCMP)216。工時(shí)長(zhǎng)216。成本高216。環(huán)境污染 硅片拋光1 實(shí)現(xiàn)塑性切削的可能 切削過(guò)程中位錯(cuò)產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展共存，并且兩者相互抑制。 加工脆性材料時(shí)，通過(guò)施加大的壓應(yīng)力可以使抑制裂紋擴(kuò)展，激發(fā)位錯(cuò)發(fā)生。 實(shí)現(xiàn)塑性切削的條件塑性切削的切削變形 脆性切削的切削變形 凹槽表面塑性切削模式 脆性切削模式216。 半導(dǎo)體材料 , 例如 硅（ Silicon） ,鍺（ Germanium）、砷化鎵（ Gallium Arsenide）等216。 玻璃材料 , 例如納鈣玻璃（ SodaLime Glass） ,光學(xué)玻璃(BK7) 等216。 陶瓷材料 , 例如硬質(zhì)合金（ Tungsten Carbide） , 氮化硅（Silicon Nitride）等東芝超精密車(chē)床(a) 塑性切削表面 (b) 拋光表面 (d) dmqx = 40 nm (e) dmax = 50 nm (f) dmax= 66 nm(a) dmax = 10 nm (b) dmax = 20 nm (c) dmax = 30 nm刀具刃口半徑為 45nm（以硅片切削為例） :2 產(chǎn)生大壓應(yīng)力的臨界條件刀具刃口半徑為 335nm:dc = 118 nm dc = 178 nm dc = 298 nmdmax = 307 nm dmax = 320 nm dmax = 325 nm dmax= 337 nm 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，切削加工過(guò)程中產(chǎn)生很高壓應(yīng)力產(chǎn)生的條件是：v臨界切削深度應(yīng)小于刀具的刃口半徑；v刀具刃口半徑的應(yīng)該磨的非常小，達(dá)到納米級(jí)水平 ,所以這種技術(shù)又被稱(chēng)為 納米塑性切削技術(shù) 。并且被加工材料強(qiáng)度越大，實(shí)現(xiàn)塑性切削所需的刃口半徑越小。 刀具的超聲振動(dòng)能夠以動(dòng)態(tài)方式產(chǎn)生大的壓應(yīng)力。 塑性切削的特性 切深方向分力 Ft 遠(yuǎn)大于主切削力 Fc (r = Ft / Fc)。切削力 : Yan et al., Wear, 255, 2023, pp. 12801387.塑性切削形成的表面 :掃描電鏡（ SEM）照片 原子力顯微鏡（ AFM）照片表面粗糙度 :加工硅片的理想表面粗糙度 Ra 是 。 (f = 10?m/rev, R = ) 刀具
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