硬脆性材料微细机械加工刀具特性分析

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1、硬脆性材料微细机械加工中刀具特性研究稳定；随着微铣削继续进行，铣刀继续磨损，表面粗糙度于稳定。但是铣削软钢（42HRC）的过程中，则没有以上现象发生，中间部分的表面质量一直最好。当今世界各国已进行了大量的表面质量研究，但是很少涉及到表面残余应力、铣削硬化等方面，这些也会成为未来铣削加工研究的重要方向。图1.1微铣削技术研究体系Fig.1.1Researehsystemofprecisionmachiningtechnology（2）微切削力微铣削加工时，由于铣刀的复杂性，其受到的铣削力也比较复杂，位置、大小、方向均不尽相同。微铣削过程

2、中由于铣削速度较快，冲击力也较大，故微铣削力也不同于传统铣削力。Tansel做了关于微铣削过程中的铣削力研究实验，建立了铣削力的模型。此模型计算了铣刀转动时刀头跳动引起的铣削度变化情况，综合了进进速度、铣刀半径和跳动量、铣削热以及铣刀磨损量对微铣削力的影响情况，相对于传统模型此模型更加准确，并做了实验验证。另外Vogler也提出了一个微铣削力的模型，其中考虑了不同材质的影响因素，叙述了微铣削加工多金属材料中出现高频信号的原因。现今关于微铣削力的研究还比较少，因此需要深入研究微铣削力的各种特性，进行实验可以改善铣削用量并实时监测微铣削力

3、的状态，达到合理控制微铣削力、提高加工精度、延长刀具寿命的作用。（3）微铣刀特性因为加工后的工件表面很难平整，所以微铣削过程中期望一把铣刀能完成所有的加工过程。此外，加工精度较高形状复杂的工件时所需要的时间通常比较长，故刀具寿命、力学性能、铣削性也需要更高的要求。Rahman进行了球头铣刀（1mm）铣削纯铜的微铣削实验，建了微铣削纯铜时的铣刀寿命模型，得出轴向切深和铣削速度严重影响铣具寿命，而进给速度影响较小。Zhou做了用铣刀（2mm）铣削石墨电极的实验，结论指出：磨粒磨损是铣刀磨损的主要形式，前后刀面磨损以破损磨损为主要磨损形态；

4、可以使用空气喷射口润滑有效减小铣刀磨损。Miyaguchi研究表明，减小刚度可以延长铣刀寿命。这是因为铣刀刚度较低，在加工时弯区变形中和了部分铣削力，减小了振动。在微铣削过程中，切屑状态是一个不容忽视的因素。Kim进行了对微铣削时形成切屑的过程实验。实验分别以不同进给速度铣削黄铜，通过观察铣槽的SEM图像和测量切屑得出：铣削速度越大，理论的切屑和实验的切屑的体积越接近。可以看出，微铣削过程中进给量较小时不一定总会产生切屑，即切2河北工业大学硕士学位论文屑的形成是间歇而断续的。（4）微铣削加工材料微铣削加工材料影响加工特性以及加工质量，

5、是微铣削技术研究的重要方面。20纪90年代已经有一些研究人开始了金刚石刀具铣削铜的实验研究。硬质合金是微铣刀的主要材料，但其易磨性一直是制约其发展的突出问题。M.Rahman利用1mm的微铣刀对纯铜进行了实验研究，结论指出铣刀的螺旋角在铣削加工中具有重要作用，并且铣刀寿命随着轴向切深的加大而延长。Lee进行了针对铝和铜的进一步实验，研究了不同铣刀铣削时的微毛刺产生机理，认为影响微毛刺的因素很多，包括铣刀半径、铣削速度、轴向切深、铣削方式等。J.Schmidt进行了针对经过不同热处理的工具钢的微铣削实验，其中铣刀选用直径0.1mm的2刃

6、硬质合金铣刀，主轴转速160,000rpm，轴向切深0.01mm、每齿进给量0.003mm。G.Bissacc进行了淬硬钢的微铣削实验，实验采用了直径0.2mm球头铣刀和直径为0.6mm平头铣刀，结论指出：影响工件表面粗糙度的因素很多，主要包括刀刃半径和铣削厚度的比值、铣刀直径等。M.T.Za-man进行了模型钢微铣削实验，针对铣刀磨、破损问题建立了铣削力模型。近期的最新研究成果表明：TiN硬质合金涂层能够有效改善工件表面质量和铣刀的耐磨性。（5）超精密测控技术近些年以来，微型光元件的迅速发展使得光技术进步很大。其中德国Heidenh

7、ain的超精密光尺已被世界各国的超精密装备制造公司使用。电容和电感式测微仪是近距离测量的主要设备，此外，光纤测微仪的发展也很迅速。用于测量微量距离的测量仪器主要包括原子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显[3][8]微镜（STM）等，其测量精度均可达纳米级，通常在表面质量与磨损检测中应用。在科学技术迅速发展的当今世界，机械制造技术也面临前所未有的挑战，微铣削作为一种先进的现代机械制造技术，一直是科研领域的热点。目前，微铣削技术正朝着以下两个重要的方向发展：（1）深入研究关键技术。主要包括：更高主轴转速的微铣削平台和更加耐磨的微铣刀。实验

8、所用的微铣削平台最高主轴转速为160,000rpm，当铣刀直径大大减小时，相应的微铣削平台的主轴转速却并没有大大提高，这是制约其发展的一个重要因素。因此，为了保持一定的铣削速度，应该使微铣削平台的主轴转速保持在500,0