微切削加工技术

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1、!教育部新世纪优秀人才资助计划项目 （项目编号： !“#$%5756% G4E305057 ?8E35;B;7CH $38 F8=8B;G85?G;?0=4?0;5 ;I G8E3450E4B G4E305057 ?8E35;B;7C 0A F0AE1AA8F 05 ?30A 48H $38 AE4B057 4578 ;I 4? 45F I84?18 A0:8 ;I G8E3450E4BG4E305057 0A F8I058FH $30A 48 A1=8CA ?38 E185? A?4?8A ;I G0E;%G451I4E?1057 8A8E04BBC I; G4E3058 ?;BA 45F

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4、 E1?057 05E0B8A， G0E;%AE4B8:引言随着科学技术的发展对切削加工提出了越来越高的要求， 一是要满足越来越高的加工效率、 加工精度和表面质量； 其次是要求经济性和生态性 （即绿色生产要求） 。为了满足这些要求研究人员已做了大量的研究工作， 开发出了多种先进切削加工技术， 如高速切削、 干切削、 硬切削等。微机电系统最早是上世纪 (尺度划分对于尺度的划分， 不同的研究机构、 不同研究领域的 研 究 人 员 有 不 同 的 见 解。材 料 学 专 家 认 为N ,./01. ,./01.J G-H1I:,5:.5/040/,26） 及微成形 （+,./0 0:K,26） 等技

5、术， C?EF 微加工制造技术除具有精度高、 表面粗糙度好、 ? 电路相容性佳、 可批量生产的优点外， C?EF 技术比 ? 制造技术能加工更为多种的材料以及具有更佳的高深宽比 !A 微结构制造能力。然而， C?EF 技术最大的缺点是制造所需的同步辐射 G 光费用极为昂贵， 此外 G 光光罩的制作成本与时间的耗费也很高， 因此在亚微米 （=39-,./02） 尺度的微结构中已有利用价格较为便宜的类C?EF 技术来取代 G 光的刻蚀， 例如利用替代性光源的紫外光微影、 准分子激光加工以及反应式离子刻蚀 （/1.5,L ,02 5.?:97B/?C: .?(;(C，线电极电火花磨削） 方法制作硬质

6、合金微钻头或微立铣刀非常方便， 容易满足精度要求。铣削时可采用两齿、 梯形、 半圆、 一字形、 方形等形状的立铣刀 （见图 D） 。适合微细切削的硬质合金带柄铣刀在工业上已被广泛采用， 高精度制作微型铣刀和钻头的技术要求很高， 直径越小，制作越困难， 最小直径为 E%) 的铣刀和的钻头已能够生产。目前市场上可见到的硬质合金微型钻头中， 经过研磨的麻花钻最小直径为 E0)， 扁钻为E%)。据报道， 在实验室里采用电解磨削方式，可制作出 E2) 的极小直径钻头。图 #9)$%） 切屑形态只有当微切削的切削深度大于最小切削厚度时才能产生切屑。与普通切削相似， 微切削的切屑有三种形态： 连续状切屑、

7、非连续状切屑和伴随积屑瘤的切屑。切屑的形态与工件材料的性能、 切削速度、切削变形等有关:C。（?） 微切削力微切削时的切削力较小， 但单位切削力较大， 且切深抗力大于主切削力。切削力随切削深度的减小而增大， 且在切深很小时切削力会急剧增大， 这就是切削力的尺寸效应。切削力尺寸效应的存在使得普通切削的切削力模型已不适合于微切削。切削力的尺寸效应与刀具刃口半径关系密切， 由于刃口圆弧半径的存在， 切削刃在微量切削时形成一个较大的负前角， 使切削变形增大， 切削时的单位切削力增大。如切削深度进一步减小时， 切削有可能在晶粒内部进行， 此时， 切削力必须大于晶体内部的分子、原子结合力， 因而使单位切削

8、面积上的切削力急剧增大。微切削时的切削力还与晶向和晶界有关。（A） 切削温度由于微切削的切削用量较小， 因此与传统切削相比， 微切削的切削温度较低。对于精度要求较高的微加工来说， 加工温度的变化对加工精度的影响是不能忽略的， 同时切削温度对微切削刀具磨损的影响也不能忽视。（C） 工件材料的微量加工性工件材料的去除过程不仅取决于切削刀具， 同时也受制于工件材料本身。微切削工件材料的微量加工性可用纳米级表面粗糙度及在某一加工距离上对刀具磨损的可忽略性来定义。影响工件材料微量加工性的因素包括被工件材料与刀具材料的亲合性（化学反应） 、 工件材料本身的晶体结构、 位错、 缺陷分布和热处理状态等 （如多

9、晶体材料的各向异性对零件加工表面完整性具有较大影响） 。（） 刀具变形刀具的刚性对微切削加工过程有相当程度的影响， 如铣削加工中当刀具刚性不足时， 在加工过程中会使加工精度变差， 严重时会使微立铣刀断裂。微立铣刀的刀具变形为%7 +,;(; !-（9）式中%为立铣刀的径向变形量； + 为径向切削9;工 具 技 术力； ! 为刀具伸出长度； “ 为刀具材料的弹性模量； #（# !$“%#“， $ 为立铣刀的等效直径） 为刀具的极惯性矩。（$） 表面粗糙度与切削稳定性工件表面形貌是由于刀具的轮廓映射到工件上的结果， 因此加工表面粗糙度由刀具和工件之间相对运动的精度及刀具刃口形状决定。微切削时， 如

10、果切削深度小于工件材料的晶粒直径， 相当于对一个个不连续体进行切削， 工件材料的微观缺陷以及材质分布的不均匀性等使刀具在微切削时的切削力变化较大， 使切削刃受到较大的冲击和振动。微细切削中的振动对加工表面质量的影响不容忽略。（%） 毛刺毛刺是切削加工后在工件表面由于塑性变形所产生的微小突出物。毛刺的存在会影响零件的配合， 降低工件的尺寸精度和表面质量。使用带毛刺的零件会带来安全隐患， 特别是在某些特殊场合， 如航空航天等领域。因此， 必须增加去毛刺工序， 去毛刺的方法有机械法、 热能法、 化学法、 电解法、 电化学法、 研磨法等。（./?,),:,= .9） 、(123 (14 软件供应商 (

11、)*+,-./ F*G;、 铣削机床商H=-/、 刀具制造商 4+D+L 内核技术提供高达 .:.59, 2/3 /2/,?25././A =9, 2 2B:9.2C0 D:90D:5B.;:8 4,E9/2C ,= )2B:9.2C0F9,5:00./A G:5/,C,AH，#II“，!JK： $!J L $K#杨锡杭， 黄廷合编著 8微机械加工概论 8台北： 全华科技图书股份有限公司， #II*$王先逵 8中尺度加工理论和技术研究 8 “十一五” 机械学科重点资助领域建议文集， 北京： 国家自然科学基金委员会工程与材料学部， #II*， !*)20EM2.59,25././A8 :0B.A

12、2B.,/ ,= .59,?5EBB./A,D:92B.,/08 O/B:9/2B.,/2C 4,E9/2C ,= )25./: G,C0 V )2/E=25?BE9:，#IIJ，*J： $!$ L $#KR.E W，:X,9 + Y，S2D,9 N 1 :B 2C8 G: :52/.50 ,= 2?5././A 2B .59,052C:：200:00:/B ,= B: 5E99:/B 0B2B: ,= B: 05.?:/5:8 G92/025B.,/0 ,= B: &N)Y，4,E9/2C ,= )2/E=25BE9./A N5.?:/5: 2/3 Y/A./:9./A，#II*，!#J：

13、JJJ L JKQQ黄克智， 王自强主编 8材料的宏微观力学与强韧化设计 8北京： 清华大学出版社， #II$P陈少华， 王自强 8 应变梯度理论进展 8 力学进展， #II“， $（#） ： #IK L #!J!I 林新波， 李荣先， 柳百成等 8 基于数值模拟的工艺评估与优化 8塑性工程学报， #II“，!# （!） ： “Q L J$! 申昱， 于沪平， 阮雪榆等 8金属微成形技术 8塑性工程学报， #II$， !I （J） ： “ L Q!# 4,0. N N 2/3 ):C6,B: N U8 &/ :ZDC2/2B.,/ =,9 B: 0.M: :=:5B ./25././A E0.

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16、B: ./3E5:3 ./.B.2C5.D =,92B.,/ ,= 5:9B2./ :B2C0 3E9./A .59,25././A D9,5:00?:08 )2B:9.2C0 N5.:/5: 2/3 G:5/,C,AH，#II“， #! （$） ： #Q! L #QQ第一 作 者： 刘 战 强， 教 授， 山 东 大 学 机 械 工 程 学 院，#“IIJ! 济南市*$工 具 技 术微切削加工技术微切削加工技术作者：刘战强， 雷原忠， Liu Zhanqiang， Lei Yuanzhong 作者单位：山东大学 刊名：工具技术 英文刊名：TOOL ENGINEERING 年，卷(期)：2006，40