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微切削加工技术直槽丝锥

丝锥    直槽丝锥    
2021年01月05日

微切削加工技术

2 引言

图2 精密加工尺度的划分

目前有一些机电产品既不像纳米技术中微型机电系统那样小,又不像普通机电产品那样大,为便于区分,可称之为“微小机械”。微小机械的加工特征跨越了多个不同尺度等级,既包含22的-3次方m~22的2次方m之间的微观尺度,又包含22的-6次方m~22的-3次方m之间的介观尺度,还包含22的-9次方m~22的-6次方m之间的纳观尺度。这里应该指出的是,目前大部分微细制造技术所能达到的加工精度还在亚微米至微米范围,相距通常所说的纳米尺度还有较大差距。

图2 微小机械加工特征的尺度等级

微小机械无论在国防、航空、航天和民用中都有较大市场,例如微小人造卫星、飞机、机床、汽轮发电机组、车辆、枪械等。从产品发展来看,小型化是其方向之一,如照相机、摄像机、投影仪、手机等都越做越小,而功能却不断提高和完善。因此,微小机械加工理论和技术的研究有着广阔的应用前景。

图3 微机械加工技术分类

4 微切削加工技术

图4 微切削加工的零件

4.2 微切削装备

图5 用于微切削的加工中心和数控车床

由于微小机械产品的加工特征尺寸很小,研究人员正尝试开发微小机床来加工微小零件。微小机床的体积尺寸非常小,可节约大量的原材料,因此,可使用性能较好的材料来制造。另外,由于质量小,微小机床的固有频率比普通机床高,这使得微小机床可以稳定地在较宽的主轴转速范围内使用而不发生颤振。即使发生振动,在同样载荷下微小机床的振幅也小。微小机床的定位精度可达到纳米尺度,加工精度为亚微米。

图6 微小机床

微小机床的发展引入了一个新的概念即“微型化工厂”。微型化工厂占地面积非常小,可放置于任何建筑物内的任何地方,甚至在战场上或空间站内应用,而对于普通机床,这几乎是不可能的。微型化工厂消耗的能源非常少,大大地节约了能源的使用。微型化工厂内有不同的生产单元,如微型车床、微型铣床等装备。

图7 微型化工厂

4.2 微切削刀具

图8 微切削用立铣刀

微切削的切削深度和进给量都非常小,因此单位切削面积上的切削力较大,同时产生很大的热量,使刀刃尖端局部区域的温度升高,因此在微切削对刀具材料的性能要求较高,需采用耐磨、耐热、高温硬度高、高温强度好的刀具材料,随着回转最小直径的微小化,要求回转刀具的抗弯强度、刚性与断裂韧性均应较高。微切削刀具材料以硬质合金、PCBN和金刚石为主。微米级以下尺寸的铝合金等有色金属加工主要采用单晶金刚石刀具,单晶金刚石刀具可用来切削加工精度达到纳米级的探头或探针。为了提高硬质合金的性能,目前工具厂商正研究使硬质合金晶粒更加微细化,而且已取得可喜的成果,已开发出粒径为92nm的超细晶粒硬质合金并试制出粒径为62nm的高级超细晶粒硬质合金。

WC粒径-硬度-弹性模量

322-2922-572

92-2362-622

5 微切削机理

采用应变梯度理论,可以预测出尺度效应和位错影响,获得与试验相吻合的结果,在微机械与微构件领域已成功分析了微米压痕、裂纹尖端场、界面裂纹、细丝扭转与微薄梁弯曲等问题,并开始在微成型研究中得到应用,采用应变梯度塑性理论研究微切削变形将是微切削机理研究的方向。另外,微切削时的主轴转速一般都非常高,加工精度要求非常精密,因此微切削具有高速精密切削的特征,将高速精密切削机理的研究成果应用到微切削领域也是微切削研究的趋势。

图9 微铣削加工的微型模具

7 微切削加工技术的发展展望

微切削加工技术的经济性和可靠性研究。

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