現(xiàn)代切削工藝技術(shù)研究進展-在線瀏覽
2025-02-23 02:13本頁面
【正文】 的振動切削裝置的開發(fā)； ＊新材料的實驗研究及工藝參數(shù)優(yōu)化； ＊振動切削系統(tǒng)（過程）的非線性研究； ＊振動切削過程的有限元仿真。 1959年， Richard P Feynman（ 1965年諾貝爾物理獎獲得者）就提出了微型機械的設(shè)想 。 日本通產(chǎn)省 1991年開始啟動一項為期 10年、耗資 250億日元的微型大型研究計劃，研制兩臺樣機； 微型機械是一門交叉科學，隨著 微電子學、材料學、信息學 等的不斷發(fā)展，微型機械具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ)。性能穩(wěn)定、可靠性高 微機械體積小，熱膨脹、噪聲、撓曲等影響小，具有抗干擾性，可在較差環(huán)境下穩(wěn)定的工作。消耗的能量遠小于傳統(tǒng)機械 如 5*5*流速是比其體積大得多的小型泵流量的 1000倍。制造成本低 類似半導體制造工藝。 當前，微細加工方法很多，有微細切削、特種加工技術(shù)、光刻加工、體刻蝕加工、面刻蝕加工、 LIGA (制版、電鑄成形和微注塑 ) 、分子裝配技術(shù)等1 尺度效應 * 切削力隨切削深度的減小而變大； * 由于零件尺度的減小，傳統(tǒng)的切削理論已經(jīng)變得不適應，出現(xiàn)了微摩擦學、微電子學等。2 高剛度 （精剛度和動剛度）3 高穩(wěn)定性和保持性 （良好的耐磨性、抗振性以及熱穩(wěn)定性）4 高自動化 微細切削機床朝著微型化和工序集成化的兩個方向發(fā)展 微小型化機床概念是 Dutta等人在 1970年首次提出的，當時只是作為硅微細加工制作的微電機一種應用，但是并沒有被廣泛地接受。 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。 2023年美國國家科學基金會 (NSF)資助了 “Micro/MesoScale Machine Tool Systems”研究計劃資助所研制的兩臺微小型機床試驗臺，本體尺寸為 250150200mm3和6090100mm3，主軸最高轉(zhuǎn)速分別為 150000r/min和320230r/min。 在國內(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，最大徑向跳動為 1μm，驅(qū)動系統(tǒng)重復定位精度 ，速度范圍 1μm～ 250mm/s；采用全閉環(huán)控制分辨率可達 。 目前國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)，對高速鋼和細晶粒硬質(zhì)合金進行刻蝕加工，實現(xiàn)刀具的成型和精度控制。4 回轉(zhuǎn)表面上布置有兩個等深圓弧槽（3mm），槽寬誤差為 。 微細切削的未來研究方向 塑性（延性域）切削技術(shù) 塑性切削的提出 實現(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) 樹枝狀裂紋 (?m) 人字形裂紋 (?m)* 粗磨所導致的表層損傷 :* 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 .化學機械拋光 (ChemicalMechanicalCMP)工時長216。環(huán)境污染 加工脆性材料時，通過施加大的壓應力可以使抑制裂紋擴展，激發(fā)位錯發(fā)生。 半導體材料 , 例如 硅（ Silicon） ,鍺（ Germanium）、砷化鎵（ Gallium Arsenide）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 nm（以硅片切削為例） :2 產(chǎn)生大壓應力的臨界條件刀具刃口半徑為 335并且被加工材料強度越大，實現(xiàn)塑性切削所需的刃口半徑越小。 塑性切削的特性 切深方向分力 Ft 遠大于主切削力 Fc (r = Ft / Fc)。掃描電鏡（ SEM）照片 原子力顯微鏡（ AFM）照片表面粗糙度 : (f = 10?m/rev, R = ) 刀具磨損嚴重，使用壽命大為減小。 高速切削（ high speed cutting） 高速磨削（ high speed grinding）3 高效切削技術(shù) 高速切削（ high speed cutting） 高速切削的提出 高速切削的關(guān)鍵技術(shù) 高速切削的應用1 刀具材料和切削加工速度發(fā)展 20世紀前， 碳素鋼 ，耐熱溫度低于 200186。C， 3040m/min； 20世紀 30年代， 硬質(zhì)合金 ， 8001000186。 目前陶瓷、 金剛石、立方氮化硼 ， 1000186。 高速切削的提出2 高速切削的理論基礎(chǔ)?高化速指標： dm*n（直徑 轉(zhuǎn)速）1106即為高速3C， 90%切削熱被切屑帶走；? 材料切除率高 單位時間內(nèi)切除率可提高 35倍； ? 高精度 切削激振頻率遠高于機床系統(tǒng)固有
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