【正文】 銑削之類(lèi)的間斷切削更有用。 5. 低摩擦系數(shù)—切屑與刀具間的摩擦系數(shù)應(yīng)當(dāng)較低。這會(huì)使磨損率較小及切屑流動(dòng)更好。 6. 熱特性—因?yàn)榇罅康臒岙a(chǎn)生在切削區(qū)，刀具材料應(yīng)當(dāng)具有較高的熱傳導(dǎo)性以在最短的時(shí)間內(nèi)散發(fā)熱量，否則刀具溫度會(huì)升高，壽命會(huì)減少。 所有這些特性不可能存在于單一刀具材料中。改進(jìn)的刀具材料已經(jīng)被賦予較好的切削性能。? Surface Finish 表面光潔度 由于機(jī)加工能獲得比其它制造作業(yè)更好的表面光潔度，所以機(jī)加工作業(yè)具有實(shí)用價(jià)值。因而了解能在機(jī)加工作業(yè)中獲得怎樣的實(shí)際表面光潔度是重要的。給定機(jī)加工作業(yè)中的表面光潔度是兩個(gè)因素共同作用的結(jié)果：(1) 理想的表面光潔度，是通過(guò)考慮機(jī)加工作業(yè)的幾何體系所決定的制造工藝幾何學(xué)的結(jié)果，和(2) 自然要素，即在機(jī)加工中一些難以預(yù)測(cè)的不可控因素作用的結(jié)果。車(chē)削中的理想表面光潔度 實(shí)際使用的車(chē)削刀具有一個(gè)刀尖半徑取代鋒利刀尖。如果進(jìn)給率很小，象精車(chē)中很正常的那樣，工件表面則完全是由刀尖半徑單獨(dú)產(chǎn)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(jìn)給率 上述基本為幾何要素，其值代表了理想情況。而實(shí)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(shù)、速度、進(jìn)給和切削深度(2)切削刀具的幾何形狀(3)切削液的運(yùn)用(4)工件和刀具的材料特性(5)機(jī)床的剛度及其伴隨發(fā)生的振動(dòng) 對(duì)表面光潔度產(chǎn)生主要影響的是進(jìn)給率和切削速度。從上述公式可以看到，隨著進(jìn)給的減少，粗糙度指標(biāo)會(huì)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(shù)時(shí)，采用較高的切削速度和較小的進(jìn)給率是適當(dāng)?shù)摹? Cutting Fluids 切削液 切削液(經(jīng)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(hù)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(guò)既散發(fā)又減少所產(chǎn)生的熱量來(lái)達(dá)到。切削液實(shí)現(xiàn)這些功能的機(jī)理是：冷卻作用和潤(rùn)滑作用。 冷卻作用：最初設(shè)想切削液僅僅是通過(guò)冷卻特性來(lái)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(shù)刀具的磨損機(jī)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(zhǎng)其使用壽命。可是工件溫度的降低在特定條件下會(huì)增加工件的剪切流動(dòng)應(yīng)力，從而降低刀具壽命。通過(guò)一些研究已經(jīng)表明實(shí)際上冷卻只是改善切削作業(yè)的主要因素之一。 潤(rùn)滑作用：切削作業(yè)的最大改善可通過(guò)潤(rùn)滑作用來(lái)達(dá)到，由于它減少了熱量的產(chǎn)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(dá)切屑刀具接觸界面。但如何在采用單尖刀具連續(xù)車(chē)削的場(chǎng)合尤其是切屑刀具接觸壓力高達(dá)70MPa時(shí)實(shí)現(xiàn)并非易事。Merchant認(rèn)為：在切屑與刀具接觸界面上存在微小的粗粒，切削液通過(guò)這些表面的微小粗粒組成連鎖的網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)管被吸入到切屑與刀具的接觸界面上。UNIT 8 磨削是通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)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(jìn)行切削。一般而言，磨削被認(rèn)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(guò)采用被稱為磨床的特殊機(jī)床能在平面、圓柱面甚至內(nèi)表面上進(jìn)行。顯然，磨床根據(jù)結(jié)構(gòu)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(zhì)。例如，圓柱面在外圓磨床上磨削。? 磨削作業(yè)的類(lèi)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(guān)。：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(fù)工作臺(tái)。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(tái)也可以具有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。而且在這種情況下，磨削動(dòng)作是通過(guò)砂輪端面完成的()，這與通過(guò)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(shí)，重的工件用夾具固定或用壓板等夾緊在磨床工作臺(tái)上，而小的工件則通常是用電磁卡盤(pán)固定的。2. 圓柱面磨削：在圓柱面磨削中，作業(yè)時(shí)工件支撐在兩頂尖之間，砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)是導(dǎo)致回轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。實(shí)際上，圓柱面磨削能通過(guò)采用下列任意方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：橫向方法：這種方法中砂輪與工件均旋轉(zhuǎn)且采用線性縱向進(jìn)給以保證能磨削整個(gè)長(zhǎng)度。切削深度通過(guò)改變砂輪對(duì)工件的橫向進(jìn)給來(lái)進(jìn)行調(diào)整。(2) 插入切削方法：這種方法通過(guò)砂輪的橫向進(jìn)給完成磨削而不采用軸向進(jìn)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(shí)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(shí)推薦使用。 內(nèi)表面磨削：內(nèi)表面磨削用于相對(duì)較短的孔。工件安裝在卡盤(pán)或特殊夾具上。作業(yè)時(shí)砂輪和工件都回轉(zhuǎn)并且采用縱向進(jìn)給。通過(guò)砂輪的橫向進(jìn)給能得到任意所需的切削深度。這種方法的一個(gè)變體是行星式內(nèi)表面磨削，當(dāng)工件較重不能用卡盤(pán)固定時(shí)推薦使用。在這種情況下，砂輪不但繞自身軸線回轉(zhuǎn)，同時(shí)還繞被磨削孔的中心線旋轉(zhuǎn)。 無(wú)心磨削：無(wú)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(diào)節(jié)或進(jìn)給輪之間通過(guò)去。砂輪完成實(shí)際磨削，而調(diào)節(jié)輪負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)工件和產(chǎn)生縱向進(jìn)給。由于調(diào)節(jié)輪通常用橡膠粘結(jié)的磨料制成，其摩擦特性使這成為可能。，調(diào)節(jié)輪的軸與砂輪軸傾斜一個(gè)微小角度。因此調(diào)節(jié)輪的圓周速度可以分解為兩個(gè)分量，即工件回轉(zhuǎn)速度和縱向進(jìn)給。其值可由下列公式給出： V工件＝V調(diào)節(jié)輪cosα 軸向進(jìn)給＝V調(diào)節(jié)輪csinα 式中c是考慮工件和調(diào)節(jié)輪之間滑動(dòng)的恒定系數(shù)(c=~)。 調(diào)節(jié)輪的速度是可控的并被用于實(shí)現(xiàn)工件任意所需的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。α角通常取1到 5176。，這角度越大則縱向進(jìn)給也將越大。當(dāng)α取0176。時(shí)，即砂輪和調(diào)節(jié)輪軸線平行時(shí)，則工件沒(méi)有縱向進(jìn)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(shí)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(dú)立的單刃切削刀具一樣工作。這些孔隙同時(shí)還為產(chǎn)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(dòng)，從而使在磨削作業(yè)中產(chǎn)生的熱量能有效而迅速地散發(fā)。 砂輪根據(jù)它們的形狀和尺寸、磨料的類(lèi)型、磨粒的大小、粘合劑、等級(jí)(硬度)和結(jié)構(gòu)組織來(lái)分類(lèi)。 砂輪的形狀和尺寸：根據(jù)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(nèi)部和無(wú)心磨削的直輪。2)用于磨削螺紋、齒輪輪齒之類(lèi)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(kāi)槽作業(yè)的砂輪片(())。5)用其端面進(jìn)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(jù)采用砂輪的磨削工藝，這些尺寸變化很大。 磨料的類(lèi)型：砂輪可以由象石英、金剛砂、剛玉之類(lèi)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(lèi)的工業(yè)制備的化學(xué)化合物制成。當(dāng)磨削象鑄鐵類(lèi)低拉伸強(qiáng)度材料時(shí)，一般采用碳化硅砂輪，而磨削合金鋼、淬火鋼等高強(qiáng)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(duì)決定所得磨削表面的質(zhì)量起著根本的作用。磨粒越細(xì)，磨削表面越光滑。所以，粗粒砂輪用于粗加工，而細(xì)粒砂輪則用于最后精加工。 粘結(jié)體的等級(jí)：粘結(jié)體的等級(jí)實(shí)際上是其抵抗將磨粒從砂輪上拉脫的指標(biāo)。一般而言，具有較硬等級(jí)的砂輪用于磨削較軟材料，反之亦然。如果較硬等級(jí)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(jié)體，這會(huì)妨礙砂輪表面的自修復(fù)，最終導(dǎo)致砂輪的堵塞并在被磨表面留下灼斑。實(shí)際上，所有砂輪的磨削性能都必須定期地通過(guò)使用硬質(zhì)合金滾輪或金剛石修整器修整而被恢復(fù)，以求很準(zhǔn)確地把砂輪加工成要求的形狀，并去除已磨鈍的磨粒。 結(jié)構(gòu)組織：結(jié)構(gòu)組織與磨粒間的空隙量有關(guān)。當(dāng)磨削較軟金屬時(shí)，需要較大的空隙以便去除切屑的流動(dòng)。 粘合劑：磨?？捎枚喾N不同方法粘結(jié)在一起。其中包括粘合劑、硅酸鹽、橡膠、樹(shù)脂、蟲(chóng)膠和氯氧化物。然而，粘合劑是最常用的。 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了區(qū)分砂輪采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注系統(tǒng)，通過(guò)用一特定順序?qū)⑺猩鲜鰠?shù)都表示出來(lái)。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(nèi)，或者可以通過(guò)液體攜帶。根據(jù)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(gè)主要作用。首先，它通過(guò)去除所有機(jī)加工痕跡能產(chǎn)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(lèi)配件間過(guò)盈配合的方法。 研磨后的工件表面可能看似平滑，其實(shí)布滿著微觀峰、谷、劃痕和凹陷。幾乎沒(méi)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(chǎn)生相對(duì)平坦的平臺(tái)。整個(gè)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(lèi)的曲面上進(jìn)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(jī)理： (a)精細(xì)等級(jí)磨粒去除，和(b)在拋光中通過(guò)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(xué)工藝，但過(guò)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(jiǎn)單化。通過(guò)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(gè)離子地從被拋光金屬物體表面去除的。電化學(xué)和電解基本原理(Faraday定理)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械精加工技術(shù)。用基本術(shù)語(yǔ)說(shuō)，要電解拋光的物體被浸沒(méi)在電解液中并且通上直流電。該物體為陽(yáng)極，陰極連接到附近的金屬導(dǎo)體上。 金屬表面的平滑是電解拋光主要的和最有優(yōu)勢(shì)的效應(yīng)之一。在此過(guò)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(dǎo)致最大金屬分解率。電解拋光選擇性地去除微觀高點(diǎn)或“峰” 快于對(duì)相應(yīng)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(xué)機(jī)械拋光 化學(xué)機(jī)械拋光正在多層集成電路制造領(lǐng)域成為日益重要的步驟?；瘜W(xué)機(jī)械拋光是指大量拋光液與被拋光表面產(chǎn)生化學(xué)和機(jī)械作用的拋光。在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)晶片面向下壓在旋轉(zhuǎn)、有回彈力的拋光襯墊上，而同時(shí)含有研磨微粒和化學(xué)反應(yīng)物的拋光液流過(guò)晶片與襯墊之間。拋光襯墊、研磨微粒和化學(xué)反應(yīng)物的共同作用導(dǎo)致晶片表面的材料去除并拋光?；瘜W(xué)機(jī)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(xué)機(jī)械拋光是一種復(fù)雜的多相工藝。它主要包括下列兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程：第一，拋光液中活性成分與晶片的原子發(fā)生反應(yīng)，這是帶有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)步驟。第二步是解吸附過(guò)程，即反應(yīng)產(chǎn)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(xué)反應(yīng)速率較小，晶片的總?cè)コ室草^小，而且表面光潔程度不夠好。與之相反，即使化學(xué)反應(yīng)很快，但解吸附很慢，則總?cè)コ室膊粔蚝?。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)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(yīng)，這會(huì)抑制化學(xué)反應(yīng)。這兩個(gè)步驟的平衡與合成效應(yīng)決定了總?cè)コ屎捅砻婀鉂嵆潭?。UNIT 10 進(jìn)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(dǎo)率、電阻系數(shù)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(gè)主要類(lèi)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(jī)涂層和無(wú)機(jī)涂層。無(wú)機(jī)涂層有電鍍、轉(zhuǎn)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(xué)過(guò)程。 通常有一個(gè)陽(yáng)極(正電極)，是要沉淀材料的來(lái)源；電化學(xué)反應(yīng)是使金屬離子交換并遷移到要覆蓋基體上的中間過(guò)程；以及一個(gè)陰極(負(fù)電極)，即要覆蓋的基體。 電鍍?cè)谕ǔ榉墙饘偃萜?一般是塑料)的電鍍槽中進(jìn)行。該容器裝滿了含有離子態(tài)被鍍金屬的電解液。 陽(yáng)極與電源正極相連。陽(yáng)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(nèi)。 陰極是工件，即要鍍的基體，連接到電源的負(fù)極。很好地調(diào)節(jié)電源使波動(dòng)最小化并在載荷變化情況(如同電鍍?nèi)萜髦锌吹降哪菢?下提供穩(wěn)定的可預(yù)知電流。 一旦通上電流，來(lái)自溶液的正的金屬離子被吸引到帶負(fù)電的陰極并沉淀在其上。作為這些沉淀離子的補(bǔ)充，來(lái)自陽(yáng)極的金屬被溶解并進(jìn)入溶液平衡離子勢(shì)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(yīng)用系統(tǒng)都可以變化，但大多數(shù)應(yīng)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(lèi)相關(guān)工藝的一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，噴涂到表面產(chǎn)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(dú)立的近似純形或產(chǎn)生具有獨(dú)特性能的設(shè)計(jì)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?chē)娡坑糜谘芯考?