4 李亚非.G C 杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮实验研究.金刚石与磨料磨具工程,2003(10):28～305 阎秋生,田中宪司,庄司克雄.小直径C BN 砂轮的磨削特性研究———砂轮修整方法及砂轮要素参数选择.制造技术与机床,1999,96 庄司克雄.陶瓷结合剂金刚石砂轮的修整研究Ⅲ(1).金刚石与磨料磨具工程,1993(1)第一作者:于晓娟,硕士研究生,北京理工大学机械与车辆工程学院,100081北京市收稿日期:2004年10月刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响吴泽群 刘亚俊 汤 勇 陈 平华南理工大学摘 要:通过切削试验探索了在相同的工件材料、刀具材料、切削参数(切削深度、进给量)和不同的刀具磨损状态(后刀面磨损量)下,刀具后刀面磨损量(VB )对切削过程中的切削力及工件表面粗糙度的影响,并对这些影响的产生机理进行了讨论。
关键词:后刀面磨损量, 切削力, 表面粗糙度E ffect of Tool Flank Wear on Cutting Force and Surface R oughnessWu Z equn Liu Y ajun T ang Y ong et alAbstract :The effect of the tool flank wear (VB )on the cutting force and the sur face roughness is studied ,basing on the ex 2periments with the same w orkpiece materials ,same tool materials ,same cutting parameters (depth of cut ,feed rate )and different tool conditions (focusing on different tool flank wears ).The mechanism production of these effects is als o discussed.K eyw ords :tool flank wear , cutting force , sur face roughness 1 引言切削力是描述切削过程的一个基本参数。
近年来,随着加工过程自动控制技术的发展,切削力已成为适应和控制切削过程的一个重要反馈参数。
切削力的变化直接决定着切削热的产生、分布,并影响刀具的磨损状况和使用寿命,进而影响零件被加工表面的加工精度和已加工表面质量。
影响切削力的因素有很多,诸如车床的转速、切削深度、进给量、后刀面磨损量等。
刀具的磨损量不仅对切削力的大小有影响,而且在金属的切削过程中,刀具的磨损与破损是影响加工零件精度和表面质量的重要因素,严重的刀具磨损还会引起切削颤振,损坏机床、刀具、工件等。
国内外对切削力影响因素的研究大多数都着眼于车床转速、切削深度等参数的选择,对刀具磨损对切削力影响的研究相对较少,而且有关刀具磨损对工件表面质量影响的研究也不多,因此,研究刀具磨损对切削力和表面粗糙度的影响具有一定的现实意义。
2 切削试验 211 试验条件(1)试验设备:C M6140车床;刀具材料:硬质合金Y W ;被切削材料:45钢;(2)测量仪器:K istler 9441测力仪、K istler 5019A 多通道放大器、TR200粗糙度仪。
图1 试验系统212 试验参数的选择刀具后刀面磨损量VB 是刀具磨损的重要指标之一。
在一定范围内选择VB 的六个值,分别为0(未磨损的)、011mm 、012mm 、013mm 、014mm 、015mm。
图2 后刀面磨损量VB732005年第39卷№5 3 后刀面磨损量对切削力的影响切削过程中的切削力包括两部分:一是切削力的静态分量,也就是切削力的平均值,它是切削变形所必需的力;二是切削力的动态分量,表现为围绕切削力平均力的上下波动[1]。
为了验证切削力与后刀面磨损量(VB )的关系,在切削试验过程中保持其它切削参数固定不变:主轴转速n =400r/min ,进给量f =0105mm/r ,切削深度a p =014mm ;采样频率为50000H z ,采样数为9000,放大倍数为50。
(1)试验结果通过试验得到切削力静态分量的变化见表1和图3。
表1 试验结果试验号123456磨损量(mm )00.10.20.30.40.5静态分量(N )34.3541.8551.755673.5195.15图3 磨损量与静态切削力的关系曲线图从试验结果可以看出,在后刀面磨损量较小(VB <014mm )时,切削过程中的切削力静态分量和VB 基本上呈线性关系,即随着磨损量的增大而增加;但随着VB 的进一步增大(VB >014mm ),切削力静态分量急剧上升。
(2)理论分析由于刀具后刀面发生磨损以后改变了刀具与工件之间的接触方式,由理论上的线接触变为面接触[2],这样就使得后刀面与工件之间的摩擦力加大、吃刀抗力增大,反映在切削力方向上便是切削力增大;随着刀具磨损量的不断增大,摩擦将继续加剧,因而切削力也将不断增大[3]。
这就是说,切削力静态分量具有正比于刀具后刀面磨损量的特性。
4 后刀面磨损量对加工表面粗糙度的影响 通过切削试验得出刀具的后刀面磨损量(VB )与工件表面粗糙度的关系(见表2和图4)。
表2 试验结果试验号12345磨损量(mm )00.10.20.30.4表面粗糙度(μm )3.3982.9473.3032.5163.505图4 磨损量与表面粗糙度的关系曲线图图5 粗糙度变化幅度曲线图从试验结果可以看出,工件表面的粗糙度随着后刀面磨损量的增大在一定的范围内起伏变化,同时由于磨损量的增大使得粗糙度的变化幅度加大(见图5)。
这是由于表面粗糙度变化幅度的大小与系统的振动有关,而振动又是由系统的不稳定造成的。
在切削过程中,刀具的磨损分为三个阶段:初期磨损、正常磨损和剧烈磨损。
由于刀具表面难免存在一些毛刺和不规则的微凸体、微裂痕等,所以在切削的开始阶段,磨损比较剧烈,这就造成了系统的振动较大,表面粗糙度变化幅度也大;随着进入正常磨损,磨损率减小,切削过程比较平稳,因此表现为表面粗糙度变化幅度减小;随着磨损量的增大,刀具进入剧烈磨损阶段,刀具后刀面磨损率急剧上升,系统又趋向于不稳定,振动随之增大,加工表面粗糙度的变化幅度也急剧上升。
5 结论(1)在一定的磨损范围内,切削力的静态分量随83工具技术着后刀面磨损量VB 的增大而呈线性增加,当超过这个范围以后,切削力静态分量将急剧上升。
(2)加工表面粗糙度随着磨损量的变化而起伏变化,变化的幅度随着磨损量的增大而增加。
参考文献1 孙宝元,张贻恭.压电石英力传感器及动态切削测力仪.计量出版社,19852 韩育平,王永梅.切削力监测刀具磨损的一种方法.煤矿机械,2004(1):74～763 谭云成,杨建东,夏仁丰.考虑刀具磨损时的理论切削力.长春光学精密机械学院学报,1995,18(2):41～454 成刚虎,彭炎午,姚国兰.刀具磨损的切削力监测.西北工业大学学报,1994,12(3):482～487第一作者:吴泽群,华南理工大学机械工程学院,510640广州市收稿日期:2004年9月电铸高精度金刚石—金属复合薄膜切割工具方莉俐1,2 张兵临1 姚 宁1 1郑州大学 2中原工学院摘 要:通过对电铸高精度金刚石—金属复合薄膜切割工具的制备方法介绍,分析了金刚石—金属复合薄膜的研究现状、研究方向及其在电子信息领域中的应用前景及市场潜力。
关键词:金刚石—金属复合薄膜, 切割工具, 电铸, 高精度Accurate E lectroformed Diamond 2metal Composite Film Cutting ToolFang Lili Zhang Binglin Y ao NingAbstract :The preparation of accurate electroformed diam ond 2metal com posite film cutting tool is described.The current situ 2ation ,problems ,researchable directions ,application and market potential of the cutting tool are presented.K eyw ords :diam ond 2metal com posite film , cutting tool , electroforming , high accuracy 1 引言金刚石具有高硬度、高室温热导率、低热膨胀系数、高化学惰性、大禁带宽度、高声传播速度以及从远红外光区到深紫外光区的透明性高等优异性能。
金刚石薄膜制品在机械加工、微电子、光学等领域已获得了广泛的应用并有着广阔的应用前景。
高精度金刚石超薄切割工具随着电子工业技术的发展而出现并发展起来。
早在上世纪60年代中期,前苏联就研制出了由金刚石磨粒和金属结合剂构成的超薄切割片,用于硅片的切割。
随着世界电子工业的迅猛发展,日本、美国等工业发达国家纷纷开发出了高精度金刚石超薄切割工具,其产品精度高、刚性好,使用性能十分优良。
随着我国电子信息领域的发展,对这类工具的需求也越来越多,但进口工具的价格昂贵,订货周期长,降低了企业的经济效益。
国产工具正处在研究开发阶段,远远跟不上电子信息领域的发展需求,因此高精度金刚石超薄切割工具的研制技术仍是我国工具及微电子行业迫切需要解决的问题之一。
研究金刚石薄膜制品及器件的方法很多,主要有PVD 、C VD 、压制法、电镀法等[1]。
金刚石超薄切割工具主要用于电子信息领域微精密贵重电子元器件的精密细微切断与开槽,如集成电路基板,计算机、录像机磁头,硅片、砷化钾等半导体基片,各种芯片,片式电感、电容,各种陶瓷、玻璃类电子元件等。
可加工硅、铁氧体、玻璃、水晶、陶瓷、铁硅铝磁合金以及硬质合金等材料,具有切缝小、工件精度高、表面质量好、切削效率高等一系列优点。
为满足用户对被加工产品质量和切割性能方面的要求,切割工具必须具有高的尺寸和形位精度、足够高的刚性及强度、高密度及组织均匀性,高锋利度和形状保持性,而金刚石—金属复合薄膜切割工具则是首选对象之一。
2 金刚石—金属复合薄膜切割工具的研究现状 目前高精度金刚石超薄切割工具的制备方法主要有压制法和电铸法。
虽然这两种方法的加工工艺完全不同,但都是把金刚石颗粒均匀分布于金属胎体中,采用相应的技术达到精度高、刚性好、切割效率高等要求。