外文翻译-在新材料精密加工的材料去除机制

在新材料精密加工的材料去除机制 摘要 现代产品的特点是高精密部件。广泛的材料， 包括金属及其合金，陶瓷，玻璃和半导体，完成给定的几何形状，光洁度，精度和表面完整性，以满足服务需求。对于先进的技术体系， 较高的制造精度要求是通过使用脆性材料的是比较复杂的。对于高效和这些材料的经济型加工 ，材料的去除机制的理解是必不可少的。这文章主要所涉及的脆性材料加工不同材料去除机制。 2001由 学有限公司出版 关键字 ：脆 ;缺陷 ;延展性 ;材料去除 ;精密加工 超精密加工技术已经发展了近几年为一些工业 应用，例如激光 ，光学，半导体，航空航天和汽车应用的许多功能成本效益和质量保证的精密零件。精密制造与实现产品的高形状精度和表面质量。该准确性是在纳米级。几个加工技术可以在这里提到的像金刚石车削 ，磨削，研磨，抛光，珩磨，离子和电子束加工，激光加工等。该过程的效率的概述中给出的参考文献。 1 。 金刚石由于超精密加工技术已经因为它的高精确度和高生产率的工业用光学， 力学电子元件制造业的 1980年代已经高度发达。对于许多先进的技术系统，较高的制造精度由使用的脆性材料的复杂化。在过去的十年里，中兴在结 构应用中使用的陶瓷。由于近期发展的整体实力和先进的陶瓷均匀性优良的热，化学和这些材料的电阻可实现 4 。 陶瓷材料已被广泛地适于作为功能材料，以及在各种工业领域中建筑材料及其应用的精密零件也在增加 5。 然而，所需的精密零件的尺寸精度高和良好的表面质量不消失必然由陶瓷的陶瓷粉末。由于精密加工的常规成形和烧结方法得到的成形后，烧结是公认的关键技术来制造精密陶瓷部件 6 。 陶瓷材料的精加工过程中除去的量必须非常小，从而使裂纹不会残留在成品的表面。研磨工艺如磨碎与金刚石磨料研磨已普遍采用陶瓷材料的精密 加工 7。 然而，可以预期更好的表面完整性和更高的生产速率可以通过切割工艺实现 。与其他方法相比，切削也是有利于制造复杂形状 晶玻璃，硬晶体组成陶瓷。先进陶瓷是一家现代化的发展。它们是由形成，巩固和精确受控制的情况热处理的良好多孔颗粒制成。否则使用这些材料使高科技设备的开发和系统根本不能生产 10 。 同样的情况可以作出有关 使用某些晶体材料（如半导体）和先进的高温眼镜。 2. 球墨铸铁加工 在加工公差的改善，使研究人员能够揭露脆性材料的韧性材料去除 。在某些控制的条件下，可 以对机器脆性材料像陶瓷使用单点或多点金刚石工具，使得材料被移除，留下一个无裂纹的表面（图 4） 。这个过程被称为韧性政权加工。 韧性政权加工如下一个事实，即所有的材料将塑性变形如果变形非常小。在查看由宫下 17 中描述的，如图韧性政权加工是另一种方式。 5 。材料的去除速率磨碎和抛光进行比较，并存在其中既不技术已被利用的间隙。这区域可以被称为微研磨间隙，因为该区域位于磨削和切削 为它代表了韧性和脆性区域制度之间的阈值，适用范围广的象陶瓷，玻璃和半导体材料。 理 脆性材料的加工过程中从脆性到韧性模式的转换中的应变能和表面能 18之间的能量平衡方面进行说明。应用负载时本地化是脆性材料加工的兴趣。制造压痕过程中，这会产生压痕裂纹，这些裂纹在塑性加工机制发挥一个很重要作用 19。 一个关键的穿透深度为直流裂描述如下 20 断裂韧度， H 是硬度， E 是弹性模量， b 是依赖于工具的几何形状。图。图 6示出沿垂直于切断方向该工具的投影。根据能量平衡概念，断裂损伤将启动在有效的切断深度和将传播到平均深度 如果不继续损害切面呈平面下方，球状态的条件下得以 实现。横进给量 f 决定直流沿刀尖的位置。 f 的举动直流较大的值更接近韧转变现象的工具中心 21 。裂解和塑性变形的临界值是由缺陷 /错在加工材料的密度影响的。因为缺陷的密度没有在脆性材料那么大 ，断裂的临界值取决于应力场的大小。 图 7显示了排屑与尺寸效应的模型。当未切割晶片厚度小，临界应力场的小，以避免分裂。在芯片结果的过渡 加工由两个配合表面，即在工件和磨料工具的紧密接触会产生有用的表面。然而，材料去除 的微观结构由材料而异取决于两个工件和刀具材料的微观结构。 通常，在脆性材料的加工精度高，具有大的负前角的工具被使用（高达 ） 。的负前角为使被加工材料的塑性变形的刀具半径之下所需的静水压力。在用单刃刀具切削加工的前角为正或接近 0 因此，工具的变形提前将在浓缩剪切面或在一个狭窄的平面，如图 8所示。在研磨过程中，人们普遍认为，该工具将有一个大的负前角，也使切削力是大约一半的推力 图。图 8（ b ）。在脆性材料在切削深度比刀沿半径较小的超精密加工中，工具呈现一个 大的负前角和刀具边缘行为的半径为如图所示的压头。图 8（ c）所示。这代表缩进整个工件表面钝压头滑动。这是类似的情况下被牢固地支承在工具和应力，从而产生不平均的通风口但工具下方的材料产生塑性由于大的静压力，如图变形下切割工件。图 8（ d）所示。 光学玻璃的延性磨削被认为是一个加工方法最完美适配的材料 22。玻璃是从熔融状态冷到固态无结晶无机材料。眼镜的非结晶（或无定形）和响应的液体和固体之间的中间 ;即，在常温下它们的行为在一个脆性的方法，但上述的粘稠方式的玻璃化转变温度。玻璃 的脆性高是由于原子排列不规则。在象金属的结晶材料，该原子具有一个固定装置和由密勒指数描述的规律性，而玻璃结构没有显示出任何明确的取向 23。 陶瓷，例如硬度和强度，化学惰性和高耐磨损性的独特的物理和机械性能的机械和电子部件提供给其增加的应用程序。先进陶瓷的结构和磨损的应用包括氧化铝（ ，氮化硅（ ，碳化硅（ ，氧化锆（氧化锆）和塞隆。原子键合的性质决定了材料的硬度以及杨氏模量。对于韧性金属粘合材料的比 E / H 为约 250，而对于脆性材料的比率为约 20 。的比例将位于这些 值 硬质合金 材料之间。低密度和位错的流动性低的原因是高硬度的一些脆性物料。 有所谓的 “ 温和 ” 加工，其中据信，塑性变形是不参与只在材料去除 26另一种假说。根据这一理论，由于变形（塑性 /脆性）的模式依赖于应力，而不是在应力的大小的状态下，也很难认为变形的模式将通过仅仅改变切削深度改变保持所有其他参数不变。调查表明，为了使脆性材料，以在一个塑性方式变形，相当大的静液压力和 /或温度是必需的。减少切削深度只会降低应力不改变应力状态。因此这个理论表明，在切下的深度所产生的表面的优良品质，是由于上述的效果，而 不一定塑性变形。在更小的切削深度，裂纹可能形成，但他们可能无法传播，以形成较大的裂缝。因此，在磨非常小切深可称为温和的打磨，而不是延性磨削。 断 在对脆性材料的常规机械加工操作大部分材料是由脆性断裂去除，从而实现了更高的去除率。图。图 10示出压痕的不同阶段。压头下方的材料最初经受弹性变形27,28 。作为压痕的继续，下面的材料经受高的静水压力，因此非弹性 /塑性变形区产生的图。图 10（ a ） 。在某些时候，变形引起的缺陷发展成一个中间排气孔，并随后可卸图中发展成一个位数裂纹。图 10（ b ） 。在负荷进一步增加产生的排气部的生长与图第 10（ c ） 。在卸载发