先进制造技术第二章精密和超精密加工技术.ppt

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1、第二章精密和超精密加工技术精密与超精密加工基础超精密加工表面质量被加工表面的质量高低主要从已加工表面的粗糙度和加工变质层等两个方面去衡量。1.表面粗糙度Ra、Rz、Ry的表示方法和定义表面粗糙度与磨损的关系表面粗糙度对疲劳强度的影响精密与超精密加工基础超精密加工表面质量2.加工变质层的定义和分类因其他元素的作用而产生的变质污染吸附层（物理吸附或化学吸附）化合物层异物的埋入或镶嵌由于应力作用而产生的变质1.残留应力层2.龟裂因母体材质组织变化而产生的变质非结晶化层微细结晶层位错密度增加生成双晶层合金中的某一成分覆盖在表层纤维组织层研磨变态层结晶畸变层因热再结晶层随加工过程而产生的与母体材料

2、性质不同的工件表层。精密与超精密加工基础超精密加工表面质量2.加工变质层的形态加工变质层与表面缺陷的形态去除单位与微观结晶组织变化及宏观变形情况加工变质层的大小和深度与加工的去除单位的大小有关精密与超精密加工基础超精密加工表面质量2.加工变质层的影响使零件的材料性能下降；影响零件的耐腐蚀性、耐磨损性和疲劳强度。录像机磁头的加工变质层将使其磁特性变坏或成为非导磁体，使磁头的性能大大降低。超精密切削-金刚石刀具切削用高精度机床和单晶金刚石刀具进行的精密、超精密切削称为金刚石刀具切削或SPDT（SinglePointDiamondTurning）金刚石刀具切削主要用于有色金属（铜、铝及其合金）

3、、非金属材料的精密加工利用超精密金刚石切削的菲涅尔透镜，更薄、性能更好金刚石切削机理切削在晶粒内进行切削力＞原子结合力（剪切应力达13000N/mm2）刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受高速切削（与传统精密切削相反），工件变形小，表层高温不会波及工件内层，可获得高精度和好表面质量刀尖附近二维切削模型金刚石切削机理金刚石切削刀尖的切削模型OMF金属切削模型弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角切削表面形成模型金刚石切削机理t0－变质层深度；t1－给定切深

4、；t2－实际切深；Δ－毛刺产生的粗糙度增量切削表面的轮廓是在垂直于切削方向的平面内工具轮廓的复映切削表面形成模型金刚石切削机理理想刀具切削刃在工件表面的复印轮廓切削刃的粗糙度切削刃口的复映性毛刺与加工变质层影响表面形成的因素金刚石切削刀具超精密切削刀具应具备的条件：刀具刃口的锋利性好。刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。切削刃的粗糙度低。切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的镜面。刀具与被切削材料的亲和性低。以得到极好的加工表面完整性。切削刃强度高、耐磨损不可替代的超精密切削刀具材料：单晶金刚石金刚石的性能金刚石刀具对超精密切削的适应性硬度最高，各向异性，不同晶向的物理性能相差

5、很大。优质天然单晶金刚石：多数为规整的8面体或菱形12面体，少数为6面立方体或其他形状，浅色透明，无杂质、无缺陷。大颗粒人造金刚石在超高压、高温下由子晶生长而成，并且要求很长的晶体生长时间。人造单晶金刚石已用于制造超精密切削的刀具。金刚石刀具刃口的锋利性－最小圆弧半径可以达到2nm金刚石刀具刃口的粗糙度－可达到Ry10nm金刚石刀具切削刃有良好的复印性金刚石刀具的热化学性能－有较高的热导率和比热容，低的摩擦系数－高温时易氧化和石墨化金刚石刀具对超精密切削的适应性材料晶界圆弧半径/nm金刚石TICFeCuAl2.01.12.93.75.7最小圆弧半径的计算值金刚石刀具的分类天然单晶金刚石刀

6、具人工合成金刚石刀具(如美国GE公司生产的COMPAX牌金刚石刀具)－聚晶金刚石(PCD)（切割后焊在刀片上）－金刚石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂层涂覆在超硬刀具基体上）刀具切削刃比较金刚石粉烧结体立方氮化硼烧结体（CBN）单晶金刚石单晶金刚石刀具金刚石的晶体结构和刃磨单晶金刚石研磨后的刀刃多晶金刚石研磨后的刀刃立方体八面体十二面体单晶金刚石刀具单晶金刚石的硬度（努氏硬度）单晶金刚石刀具单晶金刚石的热稳定性金刚石的热稳定性与周围介质、硬度等有关金刚石在不同介质条件下受热升温时所发生的状态单晶金刚石刀具单晶金刚石的热稳定性MBD6型金刚石在不同温度下保温1小时的抗压强度曲线MBD6型金刚石

7、在800℃加热不同时间的抗压强度曲线单晶金刚石刀具CBN和单晶金刚石的热稳定性比较金刚石刀具可切削材料可切削材料Al（铝）、Cu（铜）、Au（金）、Ag（银）、Pb（铅）、Pt（白金）、黄铜、Ge（锗）、ZnS（硫化锌）、各种塑胶要求高精度、高刚度、良好稳定性、抗振性及数控功能等金刚石切削机床型号(生产厂家)HCM-Ⅰ(中国哈工大)M-18AG(莫尔特殊机床,美国)UltraprecisionCNCmachine(东芝,日本)