金屬陶瓷微細銑刀的制造及其切削性能研究.pdf

1、隨著微/納米科學與技術的發(fā)展，以形狀與尺寸微小為特征的微機械已成為微觀領域中的一種高新裝備，其在航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領域有著廣泛的應用前景。微細加工技術促進了微機械技術的發(fā)展，目前微細加工技術主要有LIGA、聚焦離子束、微電火花和微細切削等加工方法。微細銑削技術屬于微細切削加工方法的一種，其具有三維加工能力強、加工效率高、加工成本低和應用對象范圍廣的特點。目前用于制造微細銑刀的材質主要有硬質合金和金剛石，尚無采用陶瓷材質制造微細銑

2、刀的研究報道。硬質合金微銑刀硬度偏低、耐磨性偏差、尺寸精度保持性弱;PCD微銑刀可制造性能偏差;相比之下，金屬陶瓷在尺寸精度保持性和可制造性優(yōu)于前兩者，如能研制陶瓷微細銑刀，則能解決難加工微型零件的制造難題，同時填補其在微細刀具研究領域的空白。由此，本研究開展了金屬陶瓷材質微細銑刀的設計與制造技術研究，并成功研制出直徑為φ0.5～φ1.0 mm的金屬陶瓷微細銑刀（規(guī)則刃形系列和螺旋刃形系列），并用于硬鋁微槽加工，獲得了良好的加工效果。本

3、課題開展了如下研究:
　　從宏觀和微觀兩方面開展了金屬陶瓷材料具備制作刀具，尤其是微細銑刀的可行性研究。研究了三種Ti(C7N3)基金屬陶瓷連續(xù)濕式切削加工模具鋼、不銹鋼和哈氏合金的切削性能，優(yōu)選出最佳適合作為刀具材料的Ti(C7N3)/TaC/WC金屬陶瓷，并選用該種金屬陶瓷作為制造加工微細銑刀的材質。研究Ti(C7N3)/TaC/WC金屬陶瓷材料的微沖擊性能、裂紋擴展和顯微硬度，結果表明:Ti(C7N3)/TaC/WC金屬陶瓷

4、材料的裂紋擴展系數N、R分別為36、131805。通過納米壓痕法分析金屬陶瓷材料的顯微硬度，壓力為1N時，金屬陶瓷材料硬度為29 GPa，且金屬陶瓷材料的顯微硬度隨著壓痕加載力的增大而減小。
　　通過建立微細銑刀刀尖變形的數學模型，優(yōu)選微細銑刀各個部分的比值使得微細銑刀整體變形較小?；谟邢拊治龇椒ǎ^察金屬陶瓷微細銑刀的不同刀尖幾何結構的應力應變。利用熱壓燒結、精密磨削和慢走絲線電火花切割技術開展了規(guī)則刃形金屬陶瓷微細銑刀制造

5、技術研究，成功制造出直徑為φ1.0 mm和φ0.5 mm，刀尖幾何結構為三棱柱、四棱柱、五棱柱和六棱柱的微細銑刀。通過熱壓燒結、無心磨削和精密磨削技術，開展了螺旋刃形金屬陶瓷微細銑刀制造技術的研究，成功制造出直徑為φ1.0 mm、φ0.8 mm和φ0.5 mm的螺旋刃形金屬陶瓷微細銑刀，利用最小二乘法方法擬合出三種不同直徑大小的金屬陶瓷微細銑刀，對應的切削刃圓弧半徑分別為4.125μm、4.319μm和3.89μm。
　　研究了金

6、屬陶瓷微細銑刀切削加工LY12時的切削性能。結果表明，直徑為φ1.0 mm的規(guī)則刃形金屬陶瓷微細銑刀在切削加工時，刀尖與工件存在嚴重的擠壓現象，工件已加工表面質量較差;直徑為φ0.5 mm的規(guī)則刃形金屬陶瓷微細銑刀切削加工LY12時，加工效果優(yōu)于直徑為φ1.0 mm的微細銑刀，在切削參量為n=20000 r/min，ap=2μm，f=4μm/z時，工件已加工表面粗糙度為0.92μm。利用單因素試驗法，優(yōu)化出直徑為φ1.0 mm螺旋刃形金

7、屬陶瓷微細銑刀切削加工LY12時的切削參數，最優(yōu)切削用量為n=30000 r/min，ap=100μm，f=2μm/z，在此切削用量下切削加工50 min后，金屬陶瓷微細銑刀直徑磨損量為3.13％，已加工工件表面粗糙度為440 nm。對比研究了金屬陶瓷微細銑刀和硬質合金微細銑刀的切削性能，研究發(fā)現硬質合金微細銑刀在此切削用量下，刀尖產生了嚴重的斷裂現象。研究了金屬陶瓷微細銑刀切削加工LY12的失效形式和失效機理，結果表明，直徑為φ1.0