2 試驗條件

1. 刀具幾何參數


超精切削加工為微細加工，切削區集中于刃口附近的微小區域，刀具的鋒利程度對工件已加工表面質(zhì)量具有舉足輕重的影響。因此，對于超精切削刀具，除宏觀(guān)幾何參數外，反映刀具鋒利度的刃口圓弧半徑是最重要的關(guān)鍵參數。圖1 所示為試驗所用PCD刀具刃口的SEM 照片，其刃口半徑約為0.5µm；試驗所用SPD刀具的刃口半徑也約為0.5µm。試驗用刀具的幾何參數如圖2所示。






圖2 試驗用刀具的幾何參數



2. 切削條件
   
   試驗機床：MSG-325 超精密車(chē)床
   
   試驗刀具：PCD刀具，SPD刀具(超精加工用刀具)
   
   工件材料：無(wú)氧銅
   
   切削速度：v=1000r/min
   
   進(jìn)給量：(分別取不同值)
   
   切削深度：ap=5µm
   
   環(huán)境溫度控制：20 ± 0.1℃
   
   冷卻方式：烴基冷卻液噴霧冷卻

3 測試結果

1. 工件表面粗糙度


采用英國Taylor-Hobson 公司生產(chǎn)的Form Talaysurf表面輪廓儀測量工件已加工表面粗糙度，該儀器采用激光干涉傳感器和天然單晶金剛石探頭，測量精度較高。在不同進(jìn)給量條件下切削無(wú)氧銅工件得到的表面粗糙度測量結果如圖3所示。










圖3 工件表面粗糙度測量值

圖4 工件表面顯微硬度測量值

圖5 工件表面殘余應力測量值



2. 工件表面顯微硬度
   
   采用HX-200型顯微硬度計，在加載50g條件下對采用不同進(jìn)給量切削時(shí)的工件表面顯微硬度進(jìn)行測量。圖4所示為用PCD刀具和SPD刀具切削加工得到的表面顯微硬度值隨進(jìn)給量的變化曲線(xiàn)。
   
   
3. 工件表面殘余應力
   
   表面殘余應力測試條件：設備：RIGAKU數控X射線(xiàn)應力儀；電壓：20kV；電流：0.6mA；X射線(xiàn)照射面積：4×8mm²；應力常數：- 9.4；Ø角：0°，15°，30°，45°；步長(cháng)：0.5°；(2q)_min=145°；(2q)_max=165°。采用PCD刀具和SPD刀具加工的工件表面殘余應力測試結果如圖5 所示。

4 測試結果分析

1. 由圖3所示工件表面粗糙度試驗曲線(xiàn)可知，當進(jìn)給量f≤4µm/r時(shí)，PCD刀具和SPD刀具加工出的工件表面粗糙度均可達到超精加工表面質(zhì)量要求(Ra≤0.01um)；
   
2. 圖4所示表面顯微硬度測試結果表明，兩種刀具獲得的工件表面顯微硬度比較接近，都在HV105～HV125之間；
   
3. 圖5所示工件表面殘余應力曲線(xiàn)表明PCD刀具和SPD刀具獲得的工件表面殘余應力均為壓應力，SPD刀具的加工表面殘余應力變化比較平穩。

5 結論

1. 在采用金剛石刀具的超精切削加工中，工件表面粗糙度、冷作硬化程度、表面殘余應力等表面質(zhì)量指標是保證超精密零件高穩定性和高可靠性的前提，應予以充分重視。
   
2. PCD刀具在超精加工無(wú)氧銅(f≤4µm/r)時(shí)獲得的表面粗糙度、表面顯微硬度和表面殘余應力均非常接近。因此在超精切削加工中PCD刀具可在一定程度上替代SPD刀具。