精密和超精密加工(精品).ppt

一一、金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点1.金刚石刀具超精密切削机理 1）切削厚度与材料剪切应力的关系 金刚石刀具超精密切削的机理与一般切削加工的有较大差别。由于金刚石刀具超精密切削的切削厚度极小，这时切削的深度可能小于被加工材料晶粒的大小，切削是在被加工材料的晶粒内进行的，因此，切削力一定要大于晶体内部非常大的原子、分子结合力，刀刃上所承受的剪切应力会急速地增加并变得非常大。这时刀刃处将产生很大的热量，刀刃切削处的温度将很高，因此要求刀具有很高的高温强度和硬度。金刚石刀具不仅有很高的高温强度和硬度，而且由于金刚石材料质地细密，且切削刃的几何形状非常好，表面十分光滑，因此能够进行镜面切削，这是当前其它刀具材料无法比拟的。2）材料微观缺陷及其对超精密切削加工的影响 金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点 金刚石刀具超精密切削加工是一种原子、分子级加工单位的去除加工方法，要从工件上去除材料，需要相当大的能量，这种能量可用临街加工能量密度（J/cm3）和单位体积切削能量（J/cm3）来表示。临界加工能量密度就是当应力超过材料弹性极限时，在切削相应的空间内，由于材料微观缺陷而产生破坏时的加工能量密度。要去除的一块材料的大小就是加工单位，加工单位的大小和材料微观缺陷分布的尺寸大小不同时，被加工材料的破坏方式就不同。（1）晶格原子、分子的破坏 晶格原子、分子的破坏就是把原子、分子一个一个的去除。（2）点缺陷 点缺陷就是在晶体中存在空位和填隙原子。点缺陷的破坏是以原子缺陷（包括空位和填隙原子）为起点来增加晶格缺陷的破坏。晶体中存在的杂质原子也是一种点缺陷。（3）位错缺陷和微裂纹金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点 位错缺陷就是晶格位移，它在晶体中呈连续的线状分布，故又称为线缺陷，即有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。这种破坏是由位错线的滑移或微裂纹引起晶体内的滑移变形而发生的。（4）晶界破坏、空隙和裂纹 晶界破坏、空隙和裂纹是以缺陷面为基础的晶粒间破坏。如果应力作用的区域仅仅局限在上述各种缺陷空间的狭窄范围内则会以加工应力作用区域相应的破坏方式发生破坏；如果加工应力作用范围更广，则会以更容易破坏的方式发生破坏。3）加工表面的形成与质量 （1）金刚石刀具超精密切削表面的形成金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点 用金刚石刀具进行超精密切削而形成表面时，主要影响因素有几何因素、塑性变形和加工震动等。几何因素主要是指刀具的形状、几何角度、刀刃表面粗糙度和进给量等。它主要影响与切削运动方向相垂直的横向表面粗糙度。塑性变形不仅影响横向表面粗糙度，而且影响与切削运动方向相平行的纵向表面粗糙度。加工中的振动对纵向表面粗糙度也有影响，因此在超精密切削中，振动也是不允许的。（2）金刚石刀具超精密切削中切削的形成金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点 金刚石刀具超精密切削所能切除金属层的厚度标志其加工水平。一般用刀具的切削刃圆弧半径来表示。（3）表层破坏层的应力状态 在金刚石刀具超精密切削中，工件表面产生塑性变形，内层产生弹性变形。切削后，内层弹性恢复，受到表层阻碍，从而使表层产生残余压应力；另一方面，由于微挤压作用，也使得工件表层有残余压应力。所以，在切削后，切削层部分都会有较高的应力。2.金刚石刀具超精密切削的特点 金刚石刀具具有极高的硬度、耐磨性、高温强度和高温硬度金刚石刀具超精密切削机理及特点金刚石刀具超精密切削机理及特点 加工精度高、表面粗糙度低。这是由于：a.切削刃圆弧半径可以磨的很小，能够切除极薄的金属层；b.金刚石与被切削的铜、铝等金属耐熔附性差，不易形成积屑瘤；c.金刚石导热性好，线膨胀系数小，切削热引起的加工表面形状和尺寸变化较小。加工表面硬化层的硬度和深度较小。用金刚石刀具切削时金属变形较小，故加工硬化程度较轻。对机床和夹具的精度要求高。金刚石刀具切削应在精密或超精密机床上进行，主轴跳动和机床振动都应很小。