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进行微加工时需要注意多方因素

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-31    浏览次数:38

微型零件制造并非新兴行业,但近年来,航空航天、汽车、医疗及电子等制造行业向微型发展的趋势愈加明显。美国HORN公司的应用工程师Mike Smoody表示,要加工外径为0.0039inch的微型零件,需要应对诸多挑战,即便是材料或刀具特性极细微的变动、设备热量变化或振动都会对最终产品能否满足性能要求产生直接影响,因此必须要留意整个生产流程。

 

微加工有多种定义,在Horn公司,车床微加工即指加工外径0.0039inch、内径0.0078 inch、全面进刀0.0197 inch或尺寸更小的零件。此外,此类加工的切削深度较浅(小于0.0039 inch)、进给率极低(小于0.00019 ipm)、切削力较低、表面质量要求高。要加工此类微型零件,必须考虑到几个因素。正像Smoody先生所说,操作人员、机床和刀具都是需要考虑的对象(1)

 

1 图中零件的长度为0.08inch,要完成该零件的加工,需要考虑到整个机加工流程,包括机床、刀具和操作人员

 

并非所有操作人员都适合从事此类作业。不仅是加工微型功能部件和零件,即便是对其进行简单处理也将面临特殊的挑战。其准确度要求和普通加工截然不同,对于公差小于1μm的加工作业而言,很难达到重复精度要求。因此操作人员必须既冷静,又富有耐心。

 

为满足微加工精度要求,机床的主轴设计十分关键。多数新型机床的高速主轴为油冷型,这样的机床加速度和减速度很高,且能够将振动最小化。

 

为收集微型工件,一些机床制造商配备了非接触式的空气输送槽,同样也可以将碎屑与机加工部件分离开。此外,这一过程中高压冷却剂系统也将清除工件上的碎屑并使刀具和加工零件的温度保持稳定,并应使用集雾器过滤工作区域的切削液气雾。

 

通常情况下,用于微加工的刀具应具备锋利度极高、滑动性好、表面质量优、转换精度高、尖端精度高及接口稳定等特性。由于任何微小的偏差都可能导致刀具碎裂,因此在微加工中,刀具破损问题尤其需要重视。

 

加工过程影响因素包括刀片夹紧、基板、微小几何形状(倒角尺寸或棱角半径)和涂层。由于进给率极低,假若刀片刃口的切削半径为1.44μm,切削角度为80°,可以确保切削力较小、零件表面光洁度优良且尺寸精度高。反之,对于粗加工或断续切削,则50μm半径的刃口更加适用。

 

加工结果同样也取决于整体系统的稳定性。当刀片夹紧时,必须要十分小心,要保证稳定、精确地完成操作。此外,在加工直径极小的微型零件时,刀具中心高度的精度十分重要。理想情况下,如果设置得当,操作人员在转动刀片时,无需调整中心高度。为此,Horn μ-Finish将刀片中心高度加工公差精度设定为±0.0001inch,以确保转位精度。

 

若刀刃足够锋利,将有效减少振动,提高机加工质量。为保持刃口锋利,最好不加刀片涂层,但很多待加工工件材料有涂层要求(此外,未涂层刀片的切削力通常比涂层刀片更低)。对于涂层刀具而言,表面预处理和涂层将对刃口的微观几何形状会产生较大影响,尤其是在使用加工小直径刀具进行加工时尤为明显。

 

因此,Horn公司开发了S274刀具系统,在该系统中使用μ-Finish刀片。公司采取额外质量控制措施,在200倍放大率下对刀具刃口逐一进行检查。这样关注到细节,保证了刀具一旦安装,更换破损刀片时无需再调整高度。

 

这种刀具采用微粒硬质合金结构,形状经专门设计,非常适合加工钢、不锈钢和黄铜。新型涂层款AC25(微车削、开槽和切割用)具有刃口耐磨和防材料积聚的功能。

 

2 此微型零件(尺寸数值以毫米为单位)加工过程中使用了HornS274 μ-Finish系统、Supermini以及DS微型铣刀系统

 

Horn S274 μ-Finish系统、SuperminiDS微型铣刀系统可用于加工长为0.08inch的上述小型轴部件(2)S274系统的首次车削作业切削速度为80m/min,进给率为每转0.003mm。该刀具系统还可用于纵向车削、开槽和切割。

 

在内部内部仿形切削(直径0.009inch)时,该Supermini系统的切削速度为12m/min,进给率为每转0.003mmSmoody先生表示,Supermini刀具使用新型基材、涂层和接边加工方式,能够延长刀具寿命。例如,EG35级刀具在以1000 N/mm2速度车削钴铬合金时,刀具寿命延长了60%。该等级刀具能够加工直径0.0080.268inch的刚性材料,提高投资回报率。他补充说,除确保刃口锋利、清洁、无碎屑外,保持合适的进给率也有助于减少碎屑。

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