【正文】 銑削之類的間斷切削更有用。 5. 低摩擦系數—切屑與刀具間的摩擦系數應當較低。這會使磨損率較小及切屑流動更好。 6. 熱特性—因為大量的熱產生在切削區(qū)，刀具材料應當具有較高的熱傳導性以在最短的時間內散發(fā)熱量，否則刀具溫度會升高，壽命會減少。 所有這些特性不可能存在于單一刀具材料中。改進的刀具材料已經被賦予較好的切削性能。? Surface Finish 表面光潔度 由于機加工能獲得比其它制造作業(yè)更好的表面光潔度，所以機加工作業(yè)具有實用價值。因而了解能在機加工作業(yè)中獲得怎樣的實際表面光潔度是重要的。給定機加工作業(yè)中的表面光潔度是兩個因素共同作用的結果：(1) 理想的表面光潔度，是通過考慮機加工作業(yè)的幾何體系所決定的制造工藝幾何學的結果，和(2) 自然要素，即在機加工中一些難以預測的不可控因素作用的結果。車削中的理想表面光潔度 實際使用的車削刀具有一個刀尖半徑取代鋒利刀尖。如果進給率很小，象精車中很正常的那樣，工件表面則完全是由刀尖半徑單獨產生的。 ，表面粗糙度值為 Ra=8f2/(18R√3)式中：Ra是表面粗糙度值 R是刀尖半徑 f是進給率 上述基本為幾何要素，其值代表了理想情況。而實際獲得的表面光潔度很大程度上還取決于下列一些因素：(1)切削工藝參數、速度、進給和切削深度(2)切削刀具的幾何形狀(3)切削液的運用(4)工件和刀具的材料特性(5)機床的剛度及其伴隨發(fā)生的振動 對表面光潔度產生主要影響的是進給率和切削速度。從上述公式可以看到，隨著進給的減少，粗糙度指標會降低。同樣隨著切削速度的增大，能得到較好表面光潔度。因此在為光潔度而選擇切削工藝參數時，采用較高的切削速度和較小的進給率是適當的。? Cutting Fluids 切削液 切削液(經常誤稱為冷卻液)的功能如下：? 冷卻刀具和工件 減少摩擦 保護工件不生銹 改善表面光潔度 防止切屑瘤的形成 從切削區(qū)沖掉切屑 然而，在金屬切削作業(yè)中切削液的主要功能是控制總熱量。這可通過既散發(fā)又減少所產生的熱量來達到。切削液實現(xiàn)這些功能的機理是：冷卻作用和潤滑作用。 冷卻作用：最初設想切削液僅僅是通過冷卻特性來改善切削作業(yè)。這也是它曾被稱為冷卻液的原因。由于大多數刀具的磨損機理都是由熱引起的，冷卻切屑刀具接觸界面有助于保持刀具的原有特性，從而延長其使用壽命?？墒枪ぜ囟鹊慕档驮谔囟l件下會增加工件的剪切流動應力，從而降低刀具壽命。通過一些研究已經表明實際上冷卻只是改善切削作業(yè)的主要因素之一。 潤滑作用：切削作業(yè)的最大改善可通過潤滑作用來達到，由于它減少了熱量的產生因而減少了金屬切削作業(yè)的能量輸入?？墒?，如果要使切削液起作用就必須讓它到達切屑刀具接觸界面。但如何在采用單尖刀具連續(xù)車削的場合尤其是切屑刀具接觸壓力高達70MPa時實現(xiàn)并非易事。Merchant認為：在切屑與刀具接觸界面上存在微小的粗粒，切削液通過這些表面的微小粗粒組成連鎖的網絡的毛細管被吸入到切屑與刀具的接觸界面上。UNIT 8 磨削是通過采用旋轉磨輪去除金屬的制造工藝。磨輪用非常大量的微型切削刃模仿銑刀進行切削。一般而言，磨削被認為是一種通常用于獲得高尺寸精度和較好表面光潔度的精加工作業(yè)。磨削通過采用被稱為磨床的特殊機床能在平面、圓柱面甚至內表面上進行。顯然，磨床根據結構和功能的不同有所區(qū)別，使用何種形式的磨床主要取決于被磨削表面的幾何形狀和物理性質。例如，圓柱面在外圓磨床上磨削。? 磨削作業(yè)的類型1. 表面磨削：就像其名稱暗示的那樣，表面磨削和平面磨削直接有關。：臥式磨床主軸或立式磨床主軸。在第一種情況(臥式主軸)，臥式磨床通常具有安裝工件的刨床式往復工作臺。而立式主軸磨床既可以像臥式主軸磨床那樣具有刨床式工作臺也可以具有旋轉工作臺。而且在這種情況下，磨削動作是通過砂輪端面完成的()，這與通過砂輪周邊磨削工件的臥式主軸磨床正好相反。在平面磨削時，重的工件用夾具固定或用壓板等夾緊在磨床工作臺上，而小的工件則通常是用電磁卡盤固定的。2. 圓柱面磨削：在圓柱面磨削中，作業(yè)時工件支撐在兩頂尖之間，砂輪轉動是導致回轉切削運動的動力源。實際上，圓柱面磨削能通過采用下列任意方法來實現(xiàn)：橫向方法：這種方法中砂輪與工件均旋轉且采用線性縱向進給以保證能磨削整個長度。切削深度通過改變砂輪對工件的橫向進給來進行調整。(2) 插入切削方法：這種方法通過砂輪的橫向進給完成磨削而不采用軸向進給。正如料想的那樣，這種方法只在要磨削表面比所用砂輪寬度短時才使用。(3) 全深度方法：這種方法除了一次加工就能去除磨削余量外其它與橫向方法相同。這種方法通常在磨削較短剛性軸時推薦使用。 內表面磨削：內表面磨削用于相對較短的孔。工件安裝在卡盤或特殊夾具上。作業(yè)時砂輪和工件都回轉并且采用縱向進給。通過砂輪的橫向進給能得到任意所需的切削深度。這種方法的一個變體是行星式內表面磨削，當工件較重不能用卡盤固定時推薦使用。在這種情況下，砂輪不但繞自身軸線回轉，同時還繞被磨削孔的中心線旋轉。 無心磨削：無心磨削用于加工圓柱形工件，工件由托板支撐，在兩輪即砂輪和調節(jié)或進給輪之間通過去。砂輪完成實際磨削，而調節(jié)輪負責旋轉工件和產生縱向進給。由于調節(jié)輪通常用橡膠粘結的磨料制成，其摩擦特性使這成為可能。，調節(jié)輪的軸與砂輪軸傾斜一個微小角度。因此調節(jié)輪的圓周速度可以分解為兩個分量，即工件回轉速度和縱向進給。其值可由下列公式給出： V工件＝V調節(jié)輪cosα 軸向進給＝V調節(jié)輪csinα 式中c是考慮工件和調節(jié)輪之間滑動的恒定系數(c=~)。 調節(jié)輪的速度是可控的并被用于實現(xiàn)工件任意所需的轉動速度。α角通常取1到 5176。，這角度越大則縱向進給也將越大。當α取0176。時，即砂輪和調節(jié)輪軸線平行時，則工件沒有縱向進給。? Grinding Wheels 砂輪 砂輪由具有相近尺寸的磨料顆粒和粘合劑組成。實際磨削作業(yè)由磨粒完成。在粘合劑中磨粒之間的孔隙使磨粒能象獨立的單刃切削刀具一樣工作。這些孔隙同時還為產生的切屑提供空間以防砂輪堵塞。另外孔隙幫助冷卻液容易流動，從而使在磨削作業(yè)中產生的熱量能有效而迅速地散發(fā)。 砂輪根據它們的形狀和尺寸、磨料的類型、磨粒的大小、粘合劑、等級(硬度)和結構組織來分類。 砂輪的形狀和尺寸：根據砂輪的用途，它們的形狀和尺寸是不同的。，其中包括：1)用于表面、圓柱面、內部和無心磨削的直輪。2)用于磨削螺紋、齒輪輪齒之類的斜面或錐形輪。3)用于圓柱面和端面磨削的直凹輪。4)用于切斷和開槽作業(yè)的砂輪片(())。5)用其端面進行表面磨削的圓柱、直杯及外展杯狀砂輪。 砂輪的主要尺寸有外徑D、孔徑d和厚度H。根據采用砂輪的磨削工藝，這些尺寸變化很大。 磨料的類型：砂輪可以由象石英、金剛砂、剛玉之類的自然磨料制成，或者由象氧化鋁或碳化硅(也稱人造金剛砂)之類的工業(yè)制備的化學化合物制成。當磨削象鑄鐵類低拉伸強度材料時，一般采用碳化硅砂輪，而磨削合金鋼、淬火鋼等高強度金屬則要用氧化鋁砂輪。 所用磨粒的尺寸：正如料想的那樣，砂輪磨粒的尺寸對決定所得磨削表面的質量起著根本的作用。磨粒越細，磨削表面越光滑。所以，粗粒砂輪用于粗加工，而細粒砂輪則用于最后精加工。 粘結體的等級：粘結體的等級實際上是其抵抗將磨粒從砂輪上拉脫的指標。一般而言，具有較硬等級的砂輪用于磨削較軟材料，反之亦然。如果較硬等級的砂輪用于磨削較硬材料，磨鈍的磨粒將不能足夠快地脫離粘結體，這會妨礙砂輪表面的自修復，最終導致砂輪的堵塞并在被磨表面留下灼斑。實際上，所有砂輪的磨削性能都必須定期地通過使用硬質合金滾輪或金剛石修整器修整而被恢復，以求很準確地把砂輪加工成要求的形狀，并去除已磨鈍的磨粒。 結構組織：結構組織與磨粒間的空隙量有關。當磨削較軟金屬時，需要較大的空隙以便去除切屑的流動。 粘合劑：磨粒可用多種不同方法粘結在一起。其中包括粘合劑、硅酸鹽、橡膠、樹脂、蟲膠和氯氧化物。然而，粘合劑是最常用的。 在實際生產中，為了區(qū)分砂輪采用標準標注系統(tǒng)，通過用一特定順序將所有上述參數都表示出來。UNIT 9? Lapping 研磨 研磨是一種用于平面和圓柱面的精加工作業(yè)。研具，通常用鑄鐵、銅、皮革或布制成。研磨微粒嵌入研具內，或者可以通過液體攜帶。根據工件硬度，研磨壓力可在7kPa到140kPa(1到20psi)范圍中取。 研磨有兩個主要作用。首先，它通過去除所有機加工痕跡能產生較好的表面光潔度。其次，它能用作獲得像活塞與氣缸之類配件間過盈配合的方法。 研磨后的工件表面可能看似平滑，其實布滿著微觀峰、谷、劃痕和凹陷。幾乎沒有表面是完全平整的。研磨使表面不規(guī)則最小化，因而增加了有效接觸面積。上面是研磨前表面可能的外觀模樣而下面則是研磨后的模樣。研磨去除了微觀峰頂從而產生相對平坦的平臺。整個微觀山脈范圍都需要磨去以增加有效接觸面積。 。研磨也可采用特殊成型研具在諸如球形物體和透鏡之類的曲面上進行。? Polishing 拋光 拋光是生成平滑、有光澤表面光潔度的工藝。拋光工藝涉及兩種基本機理： (a)精細等級磨粒去除，和(b)在拋光中通過摩擦生熱軟化并抹光表面層。Electropolishing電解拋光 電解拋光是一種與電鍍相似的電化學工藝，但過程與電鍍正好相反。電解拋光工藝使金屬物體的微觀表面平滑和簡單化。通過電解拋光能在金屬表面得到鏡面光潔度。 在電解拋光中，金屬是逐個離子地從被拋光金屬物體表面去除的。電化學和電解基本原理(Faraday定理)取代了傳統(tǒng)的機械精加工技術。用基本術語說，要電解拋光的物體被浸沒在電解液中并且通上直流電。該物體為陽極，陰極連接到附近的金屬導體上。 金屬表面的平滑是電解拋光主要的和最有優(yōu)勢的效應之一。在此過程中，一變化著厚度的膜覆蓋在金屬表面上。該膜在微觀凹陷處最厚而在微觀凸出處最薄。電阻在膜最薄處最小，導致最大金屬分解率。電解拋光選擇性地去除微觀高點或“峰” 快于對相應微觀凹陷處或“谷”的侵蝕速率。原材料以金屬鹽的形式被去除。 。Chemical Mechanical Polishing化學機械拋光 化學機械拋光正在多層集成電路制造領域成為日益重要的步驟?；瘜W機械拋光是指大量拋光液與被拋光表面產生化學和機械作用的拋光。在化學機械拋光過程中，旋轉晶片面向下壓在旋轉、有回彈力的拋光襯墊上，而同時含有研磨微粒和化學反應物的拋光液流過晶片與襯墊之間。拋光襯墊、研磨微粒和化學反應物的共同作用導致晶片表面的材料去除并拋光?；瘜W機械拋光可使多種易碎材料平整且不受損害，因此在集成電路制造中被廣泛地用在硅晶片上。 化學機械拋光是一種復雜的多相工藝。它主要包括下列兩個動態(tài)過程：第一，拋光液中活性成分與晶片的原子發(fā)生反應，這是帶有氧化還原反應的化學反應步驟。第二步是解吸附過程，即反應產物逐漸從晶片表面分離并將新表面暴露給拋光液。如果化學反應速率較小，晶片的總去除率也較小，而且表面光潔程度不夠好。與之相反，即使化學反應很快，但解吸附很慢，則總去除率也不夠好。因為反應產物不能從晶片表面分離，拋光液中活性成分就不能暴露并與新表面上的原子起反應，這會抑制化學反應。這兩個步驟的平衡與合成效應決定了總去除率和表面光潔程度。UNIT 10 進行表面工程或表面處理的目的是：(1)控制摩擦和磨損，(2)改善抗腐蝕性，(3)改變物理性能，例如，傳導率、電阻系數和反射率，(4)修改尺寸，(5)變更外觀，例如顏色和粗糙程度，(6)降低成本。 通常的表面處理可以分為兩個主要類型：覆蓋表面的處理和改變表面的處理。? Covering the Surface覆蓋表面 覆蓋表面的處理包括有機涂層和無機涂層。無機涂層有電鍍、轉化層、熱噴涂、熱浸漬、熔爐熔融、或在材料表面涂上薄膜、玻璃、陶瓷。 電鍍是一種在電鍍槽通上電流使金屬沉淀在基體上的電化學過程。 通常有一個陽極(正電極)，是要沉淀材料的來源；電化學反應是使金屬離子交換并遷移到要覆蓋基體上的中間過程；以及一個陰極(負電極)，即要覆蓋的基體。 電鍍在通常為非金屬容器(一般是塑料)的電鍍槽中進行。該容器裝滿了含有離子態(tài)被鍍金屬的電解液。 陽極與電源正極相連。陽極通常為被鍍金屬(假定該金屬能在電解液中腐蝕)。為了操作容易，該金屬呈固體小塊形式并置于由抗腐蝕金屬(如鈦或不銹鋼)制成的惰性金屬筐內。 陰極是工件，即要鍍的基體，連接到電源的負極。很好地調節(jié)電源使波動最小化并在載荷變化情況(如同電鍍容器中看到的那樣)下提供穩(wěn)定的可預知電流。 一旦通上電流，來自溶液的正的金屬離子被吸引到帶負電的陰極并沉淀在其上。作為這些沉淀離子的補充，來自陽極的金屬被溶解并進入溶液平衡離子勢能。 熱噴涂工藝：熱噴涂金屬涂層是金屬熔化后立即投射到基體上形成的金屬沉積層。所用的金屬和應用系統(tǒng)都可以變化，但大多數應用都是在要求改善抗腐蝕或耐磨性能的表面涂上薄層。 熱噴涂是用于很大一類相關工藝的一個通用術語，噴涂到表面產生涂層的熔化小滴可以是金屬、陶瓷、玻璃和/或聚合物，形成獨立的近似純形或產生具有獨特性能的設計材料。 大體上，有穩(wěn)定熔化狀態(tài)的任何材料都可以熱噴涂，范圍寬闊的純凈和合成材料一般都能噴涂用于研究及