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金刚石刀具刀尖几何形状对超精密切削加工质量的影响!

金刚石材料具有硬度高、摩擦系数小、导热性高、热膨胀系数小和化学惰性高等优异性能,是制造切削刀具的理想材料。对金刚石刀具质量的评定,首先是要能加工出高质量的超光滑表面,其次是要求刀具能长时长保持切削刃的锋利 ,即具有较长的工作寿命。

普通切削时,刀具切削部分主要包括刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖几何形状等部分。而在超精密切削时,材料去除量极小(一般在微米量级以下),切削时是刀具的刀尖部分与工件相互作用,此时刀具切削部分是指实际参加切削的刀尖几何形状部分。

金刚石刀具刀尖几何形状对超精密切削加工质量的影响!

目前单晶金刚石刀具在超精密切削中使用广泛,所用的单晶金刚石刀具的刀尖几何形状常做成直线切削刃和圆弧切削刃两种形式。在超精密切削条件下,直线切削刃的长度、圆弧切削刃的刀尖圆弧半径以及切削刃的锋利程度都对加工中的物理现象有很大影响。

一、刀尖几何形状对加工质量的影响

常用天然金刚石刀具的刀尖几何形状有尖刃、多棱刃、直线切削刃及曲线切削刃(主要是圆弧切削刃) 等几种。

在超精密切削时直线切削刃就是直线修光刃,圆弧切削刃就是圆弧修光刃。在这几种不同刀尖几何形状的金刚石刀具中,尖刃刀具,多棱刃刀具难以加工出超精密表面,圆弧切削刃刀具虽然加工残留面积较小,但刃磨困难,而在精确安装的前提下,直线切削刃刀具的加工残留面积最小,加工表面质量最高。

1、直线切削刃

直线切削刃比圆弧切削刃的切削阻力小,易于进行尺寸精度及表面粗糙度控制,并且制造容易、研磨方便 ,其用于高品质、高精度加工方面的优势是其它切削刃难以替代的。

直线切削刃不能太长,否则会增加径向切削力,且切削刃和工件表面过多的摩擦会使加工表面粗糙度值增大,并且加速刀具磨损。

金刚石刀具刀尖几何形状对超精密切削加工质量的影响!

2、圆弧切削刃

圆弧切削刃金刚石刀具对刀容易,使用方便,但刀具制造、研磨困难,价格较高。国外金刚石刀具较多地采用圆弧切削刃,推荐的切削刃刀尖圆弧半径为rε= 015~3mm或更小,超精密切削时进给量甚小,一般情况下进给量f <0102mm/ r。

在切削深度相同的条件下 ,随着刀尖圆弧半径的减小,工件的表面粗糙度增大,这是因为圆弧切削刃加工时留下的残留面积随着刀尖圆弧半径的变化而变化,当刀尖圆弧半径减小时切削刃变得越来越小,工件上切削的残留面积就越来越大。

金刚石刀具刀尖几何形状对超精密切削加工质量的影响!

二、切削刃钝圆半径对加工质量的影响

由于切削刃不可能做成一条锋利的几何线,总是存在切削刃钝圆。削刃钝圆半径越小,切削刃越锋利,切削刃钝圆半径越大,切削刃越钝。切削刃钝圆对加工表面挤压和摩擦的程度与切削刃的锋利度有关,切削刃越钝,加工表面的变形越大,加工误差也越大,加工质量越差。

由此看来,要实现超精密切削,必须进行极微量的去除,也就是刀具的切削刃必须极其锋利或切削刃钝圆半径极小,这样才能保证去除的切削厚度足够小。

因此,能够保证超精密切削稳定进行的最小切削厚度与金刚石刀具的切削刃钝圆半径有一定的关系。

当切削深度、进给量、切削速度和切削刃等参数在超精密切削条件范围内变动时,切削刃越锋利(即切削刃钝圆半径越小),获得的加工表面质量越好。

结论

金刚石刀具是超精密切削的理想刀具。在其它加工条件具备时,金刚石刀具的刀尖几何形状和切削刃的锋利度对超精密加工有很大影响。正确地选择刀尖部分几何形状和切削刃钝圆半径是获得高质量加工表面的有力保证。

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