結(jié)構(gòu)和零件的微型化是技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一传睹，開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行的微細(xì)加工技術(shù)對(duì)于微型技術(shù)的發(fā)展具有重要意義俐粪。目前隆肪，產(chǎn)業(yè)化的微細(xì)制造技術(shù)主要用在半導(dǎo)體工業(yè)梗爸，它們僅僅對(duì)大批量生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)的氧吐；在印刷制版術(shù)行業(yè)里使用的微細(xì)制造技術(shù)對(duì)所加工的幾何形狀及所能加工的材料又有很大的局限性。與這兩種制造技術(shù)比較末盔，微細(xì)切削加工可以彌補(bǔ)上述的缺點(diǎn)筑舅，因此，開發(fā)微細(xì)切削技術(shù)是微細(xì)制造技術(shù)的新領(lǐng)域陨舱。

　　微細(xì)切削加工的第一批裝置是美國(guó)在60年代末開發(fā)的翠拣，主要用于加工光學(xué)件的表面，并由此誕生了超精加工技術(shù)游盲。目前误墓，在光學(xué)、電子和機(jī)械零件加工中達(dá)到了微米和亞微米的精度和幾十個(gè)納米的表面粗糙度益缎。在八十年代末谜慌，德國(guó)的卡魯斯厄研究中心把微細(xì)切削用于在微型元件的表面上加工微細(xì)的紋理，制造微型熱交換器：它們對(duì)一個(gè)圓筒上的銅箔或鋁箔用單晶金剛石制造的刀尖進(jìn)行切槽莺奔，最終做成一個(gè)微型的欣范、效率很高的熱交換器。

　　直到九十年代令哟，微細(xì)切削主要是用金剛石刀具加工有色金屬零件恼琼。隨著微型技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，要求能加工更多樣化的材料，尤其是對(duì)鋼和陶瓷的微細(xì)切削翼抡，成為微細(xì)切削技術(shù)的發(fā)展方向鸡蒲。

　　金剛石——近乎理想的切削材料

　　在超精加工領(lǐng)域，單晶金剛石刀具幾乎是唯一得到實(shí)用的刀具失傍。金剛石摩擦系數(shù)低贝崎，導(dǎo)熱率高，這對(duì)切削過程很有利民沈；它還有很高的硬度和可加工出接近原子尺寸級(jí)的鋒利刃口还凸，而制作鋒利的刃口是微細(xì)切削領(lǐng)域中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。一個(gè)亞微米級(jí)的鋒利刃口可以加工出幾納米數(shù)量級(jí)的表面粗糙度浸速。鋒利的刃口及很低的摩擦系數(shù)童盏，可大大減小切削力，這有利于微細(xì)切削加工的精度就灸，也降低了對(duì)超精加工機(jī)床剛性的要求呛疫。

　　金剛石刀具適合加工鋁、純銅泡嘴、黃銅以及銅鎳合金等甫恩。銅鎳合金有很高的硬度，在加工時(shí)可獲得極佳的表面質(zhì)量酌予。金剛石不適合加工黑色金屬磺箕，為了使金剛石能夠加工鋼，正在開發(fā)一些裝置抛虫，有一個(gè)裝置效果很好松靡。它把一個(gè)超聲振動(dòng)疊加在刀具的運(yùn)動(dòng)上，切削時(shí)使刀具的接觸時(shí)間大大減少建椰，從而降低了切削溫度雕欺，抑制了金剛石向石墨的轉(zhuǎn)化。

　　微細(xì)切削來源于普通切削

　　微細(xì)切削的知識(shí)實(shí)際上是從普通的切削加工中獲得的棉姐，包括車屠列、銑、鉆伞矩、磨脸哀，在個(gè)別情況下，微細(xì)加工也用鋸削或刨削扭吁。

　　目前研究最多摧垄、最成熟的是超精車削。例如制作壓制菲涅耳透鏡的有色金屬模具或制作表面粗糙度的樣塊袱黎。

　　通過疊加一個(gè)由壓電晶體驅(qū)動(dòng)的高頻振動(dòng)到進(jìn)給機(jī)構(gòu)里匕蚁，在與主軸回轉(zhuǎn)頻率和振動(dòng)適當(dāng)同步時(shí)态置，能產(chǎn)生不旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的加工表面，達(dá)到磨光的鏡面渊唁。目前垄获，超精車削的技術(shù)水平已經(jīng)可加工出極微細(xì)的軸徑。

　　在微細(xì)加工中仆玖，銑削也被認(rèn)為是最柔性的加工方法彻虾。用單齒的金剛石圓盤銑刀加工槽與前面所述的在薄膜上車槽比較，可以加工出各種角度交叉的槽歪低〗φ可用于制造壓制光學(xué)柵格結(jié)構(gòu)的模具，如每毫米100線盔曼。已商品化的圓盤銑刀最小寬度約100μm搪书。

　　用金剛石制造的帶柄銑刀，直徑約300μm吴侦，也已經(jīng)商品化屋休。這種銑刀的結(jié)構(gòu)為通用的直槽單齒銑刀，也可制成有端刃的雕刻刀备韧，它特別適合加工只有幾微米厚的隔板劫樟。這種槽銑刀的缺點(diǎn)是最小的槽寬取決于刀具的直徑和裝夾的精度。

　　鋼是未來微細(xì)切削技術(shù)加工的對(duì)象

　　微細(xì)切削技術(shù)至今還局限于加工硅或非金屬材料织堂，而各種人工合成材料已經(jīng)可用成形工藝進(jìn)行加工(包括硬而脆的和軟而韌的)毅哗，因此，下一步對(duì)鋼的加工就顯得很有必要捧挺。鋼的微細(xì)切削加工研究在德國(guó)始于九十年代，至今仍處于研究階段尿瞭。其主要應(yīng)用領(lǐng)域在工模具行業(yè)闽烙，模具的耐磨性是成形加工經(jīng)濟(jì)性的重要前提，尤其當(dāng)模具的結(jié)構(gòu)有很高的深度——寬度比時(shí)声搁，其材料的抗彎強(qiáng)度對(duì)成形加工的可靠性有決定性的意義黑竞，有時(shí)甚至關(guān)系到是否能夠成形。

　　鋼的微細(xì)切削不能用金剛石刀具尤吟，主要用硬質(zhì)合金銑刀拘能。硬質(zhì)合金是由很多晶粒組成的燒結(jié)體，其晶粒的大小決定刀刃的微觀鋒利程度翁骗。因此侣沐，不能加工出像用金剛石刀具所獲得的表面質(zhì)量，但由于價(jià)格低并能加工鋼引笛，因此目前仍然是對(duì)鋼進(jìn)行微細(xì)切削的主要刀具笆低。

　　為了有鋒利的刀刃，通常采用鎢鈷類的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具的晶粒尺寸為0.5～1.0μm忌挺，其切削刃圓弧半徑為幾微米痊撤。

　　為了開發(fā)鋼的微細(xì)切削技術(shù)，德國(guó)卡魯斯厄大學(xué)的機(jī)床和制造技術(shù)學(xué)院首先進(jìn)行了硬質(zhì)合金圓盤銑刀的試驗(yàn)嫂藏，刀具寬度為0.15mm榔夹。用銑刀作十字交叉的切削，工件硬度為52HRC的調(diào)質(zhì)鋼峻胞，加工出了高1mm答渔、截面0.2×0.2mm2的一排排作為合成材料或粉末注射材料模具的棱柱。

　　適合微細(xì)切削的硬質(zhì)合金帶柄銑刀在工業(yè)上已被廣泛采用胖替，有涂層的和不涂層的研儒，最小直徑為0.1mm，個(gè)別工具制造商可生產(chǎn)直徑為50μm的銑刀独令。

　　為避免刀具意外的折斷和提前磨損端朵，在加工像鋼這樣的硬材料時(shí)，要注意加工過程的安全和機(jī)床的平穩(wěn)燃箭，所以要求機(jī)床具有足夠的剛性和動(dòng)態(tài)性能冲呢，采用高的切削速度和中等的每齒進(jìn)給量，以保證刀具的切入招狸。

　　硬質(zhì)合金微型銑刀的制造存在著一些難題敬拓，即除了要在不均質(zhì)的刀具材料上加工出鋒利的刃口外，還要對(duì)直徑為零點(diǎn)幾毫米的銑刀進(jìn)行磨削裙戏，使之承受磨削力的作用乘凸，為解決這一難題，可選擇一種不產(chǎn)生切削力的加工方法(如激光加工)累榜。用銑削的方法可加工出形狀復(fù)雜的表面营勤，也可加工用工具鋼制造的100μm以下的零件，如在硬度為55HRC的模具鋼上直接銑制加工一個(gè)微型汽車(1：160)的輪殼模具癣辉，其表面粗糙度達(dá)RZ=0.5μm模鹿，成形表面達(dá)鏡面光潔度，注射成形后的零件不必再進(jìn)行后續(xù)加工传起。

　　磨削是專門用于硬而脆的材料的加工挚雾，使微型元件能用玻璃、陶瓷掺挺、硅或硬質(zhì)合金制造钩氓。目前用于硅片切割的零點(diǎn)幾毫米寬的砂輪已商品化，通常用經(jīng)鍍鎳或鉻的金剛石磨料作砂輪的材料狰丝，最近還開發(fā)了CVD涂覆金剛石的硬質(zhì)合金成形砂輪脊距。與刀具相似露惑，砂輪也有用作成形砂輪的盤狀砂輪和通用性很好的指狀砂輪，后者可加工微細(xì)的任意形狀表面种诫，目前在研究部門使用的指狀砂輪的最小直徑為50μm钢老。

　　磨削加工硬而脆的材料

　　為了在硬而脆的材料 (例如單晶硅)上加工微孔，除了通常用電鍍法制造的直徑為0.9mm烫饼、金剛石顆粒為D91μm的微型空心鉆頭外猎塞，德國(guó)Brauschweig技術(shù)大學(xué)新開發(fā)了同樣直徑的CVD金剛石鉆頭，其金剛石晶粒的尺寸為4μm～8μm杠纵。盡管有較大的切削力荠耽，用這種新型鉆頭在單晶硅上鉆了55個(gè)盲孔，質(zhì)量全部合格比藻。這種盲孔鉆頭可以在指狀砂輪加工零件的封閉式型腔前鉆引導(dǎo)孔铝量。電鍍的金剛石空心鉆頭較適合在板材上加工通孔，但在試驗(yàn)中银亲，在孔的鉆穿那一面沿著硅的晶軸方向出現(xiàn)了大于100μm的崩刃慢叨，在孔的鉆入這一面邊緣也有20μm～150μm的崩刃，這一問題有待進(jìn)一步研究务蝠。

　　結(jié)論和展望

　　微細(xì)切削是微細(xì)加工工藝的一個(gè)重要延伸拍谐，盡管目前微細(xì)切削所能加工出的零件細(xì)節(jié)不及微細(xì)電加工所達(dá)到的程度，但它與激光刻蝕加工等技術(shù)一起可在各種各樣的材料上加工任意的空間結(jié)構(gòu)馏段。

　　此外轩拨，它比基于平板印刷的微細(xì)技術(shù)需要的設(shè)備少，也省去了昂貴的母板制造亭颈，總之婚廷，零件的微細(xì)切削加工對(duì)于經(jīng)濟(jì)地制作中等批量的微型構(gòu)件有很大的優(yōu)勢(shì)。

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