【2017年整理】精密与超精密加工_二.ppt

姜春晓 2005年8月;第2章 超精密切削与金刚石刀具;2.1超精密切削时刀具的切削速度、磨损和耐用度 2.2超精密切削时积屑瘤的生成规律 2.3切削参数变化对加工表面质量的影响 2.4刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量 的影响 2.5超精密切削时的最小切削厚度 2.6金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工 表面质量的影响; 2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性 能和晶体结构 2.8金刚石晶体各晶面的耐磨性和好磨难磨方向 2.9单晶金刚石刀具的磨损破损机理 2.10金刚石晶体的定向 2.11金刚石刀具的设计与制造;切削速度向来是影响刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低对金刚石刀具的磨损大小影响甚微，刀具的耐用度极高。原因是：金刚石的硬度极高，耐磨性好，热传导系数高，和有色金属间的摩擦系数低，因此切削温度低，在加工有色金属时刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨损甚小。 超精密切削实际速度的选择根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。;总结：天然单晶金刚石刀具只能用在机床主轴转动非常平稳的高精度车床上，否则由于振动金刚石刀具将会很快产生刀刃微观崩刃。;图2-3：图a是刀刃磨损的正常情况，图b是剧烈磨损情况，可以看到磨损后成层状，即刀具磨损为层状微小剥落。 图2-4：图中所示沿切削速度方向出现磨损沟槽，由于金刚石和铁、镍的化学和物理亲和性而产生的腐蚀沟槽。 图2-5：金刚石切削时，若有微小振动，就会产生刀刃微小崩刃。;不管在多大的切削速度下都有积屑瘤生成，切削速度不同，积屑瘤的高度也不同。当切削速度较低时，积屑瘤高度较高，当切削速度达到一定值时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。;由图2-8可以看出在进给量很小时，积屑瘤的高度很大，在f＝5μm/r时，h0值最小，f值再增大时，h0值稍有增加。 由图2-9所示，在背吃刀量25μm时，积屑瘤的高度变化不大，但在背吃刀量 25μm后， h0值将随着背吃刀量的增加而增加。;积屑瘤高时切削力也大，积屑瘤小时切削力也小。与普通切削规律正好相反。;1）积屑瘤前端R大约2～3μm，实际切削力由刃口半径R起作用，切削力明显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。 3）实际切削厚度超过名义值，切削厚度增加 hD-hDu，切削力增加。;积屑瘤高度大，表面粗糙度大，积屑瘤小表面粗糙度小。并且可以看出，切削液减小积屑瘤，减小加工表面粗糙度。; 由图2-12知，在有切削液的条件下，切削速度对加工表面粗糙度的影响很小。 图2-13说明，不同切削速度下均得到表面粗糙度极小的加工表面—镜面。; 在进给量f5μm/r时，均达到Rmax0.05μm的加工表面粗糙度。 ;修光刃长度常取0.05～ 0.20mm。 修光刃的长度过长，对 加工表面粗糙度影响不 大。 修光刃有直线和圆弧两 种，加工时要精确对 刀，使修光刃和进给方 向一致。圆弧刃半径一般 取2～5mm。; 在刀具刃口半径足够小时，超精密切削范围内，背吃 刀量变化对加工表面粗糙度影响很小。 背吃刀量减少，表面残留应力也减少，但超过某临界 值时，背吃刀量减少反而使加工表面残留应力增加。;刃口锋锐度对加工表面有一 定的影响，相同条件下（背 吃刀量、进给量），更锋锐 的刀具切出的表面粗糙度更 小；速度的影响不是很大。;锋锐车刀切削变形系数明显低于 较钝的车刀。 刀刃锋锐度不同，切削力明显不 同。刃口半径增大，切削力增大， 即切削变形大。背吃刀量很小时， 切削力显著增大。因为背吃刀量很 小时，刃口半径造成的附加切削变 形已占总切削变形的很大比例，刃 口的微小变化将使切削变形产生很 大的变化。所以在背吃刀量很小的 精切时，应采用刃口半径很小的锋 锐金刚石车刀。 ;LY12铝合金原始材料的显微硬度为105HV。使用p＝0.3μm的金刚石车刀切削，得到的加工表面显微硬度为167HV；使用p＝0.6μm的金刚石车刀切削，得到的加工表面显微硬度为205HV。 1）刃口半径不同，加工表面变质层的冷硬和显微硬度有很大区别； 2）刃口半径越小，加工表面变质层的冷硬度越小。 ;刃口半径越小，位错密度越小，切削变形越小，表面质量越高。;1）刃口半径越小，残留应力越低； 2）背吃刀量越小，残留应力越小，但当背吃刀量减小到临界值时，背吃刀量减小，残留应力增大。;分析：在极限临界点A的受力变形情况：在A点处工件