微细切削技术的发展

魔神

    

　　动性结构和零件的微型化是技术领域的发展趋势之一，开发经济上可行的微细加工技术对于微型技术的发展具有重要意义。目前，产业化的微细制造技术主要用在半导体工业，它们仅仅对大批量生产是经济的；在印刷制版术行业里使用的微细制造技术对所加工的几何形状及所能加工的材料又有很大的局限性。与这两种制造技术比较，微细切削加工可以弥补上述的缺点，因此，开发微细切削技术是微细制造技术的新领域。

　　微细切削加工的第一批装置是美国在60年代末开发的，主要用于加工光学件的表面，并由此诞生了超精加工技术。目前，在光学、电子和机械零件加工中达到了微米和亚微米的精度和几十个纳米的表面粗糙度。在八十年代末，德国的卡鲁斯厄研究中心把微细切削用于在微型元件的表面上加工微细的纹理，制造微型热交换器：它们对一个圆筒上的铜箔或铝箔用单晶金刚石制造的刀尖进行切槽，最终做成一个微型的、效率很高的热交换器。

　　直到九十年代，微细切削主要是用金刚石刀具加工有色金属零件。随着微型技术应用领域的不断扩大，要求能加工更多样化的材料，尤其是对钢和陶瓷的微细切削，成为微细切削技术的发展方向。

　　金刚石---近乎理想的切削材料

　　在超精加工领域，单晶金刚石刀具几乎是唯一得到实用的刀具。金刚石摩擦系数低，导热率高，这对切削过程很有利；它还有很高的硬度和可加工出接近原子尺寸级的锋利刃口，而制作锋利的刃口是微细切削领域中必须解决的关键技术。一个亚微米级的锋利刃口可以加工出几纳米数量级的表面粗糙度。锋利的刃口及很低的摩擦系数，可大大减小切削力，这有利于微细切削加工的精度，也降低了对超精加工机床刚性的要求。

　　金刚石刀具适合加工铝、纯铜、黄铜以及铜镍合金等。铜镍合金有很高的硬度，在加工时可获得极佳的表面质量。金刚石不适合加工黑色金属，为了使金刚石能够加工钢，正在开发一些装置，有一个装置效果很好。它把一个超声振动叠加在刀具的运动上，切削时使刀具的接触时间大大减少，从而降低了切削温度，抑制了金刚石向石墨的转化。