位于美國新墨西哥州的圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)對尺寸僅為10µm和20µm的微型車刀和銑刀進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)與研究。
"nC=. 5/$ ;Yn_*M/* 雖然“微加工(micro machining)”這一術(shù)語可用于表示在極小尺度范圍內(nèi)完成的各種加工操作，但圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員卻避免將他們進(jìn)行的微小尺度車削和銑削加工稱為“微加工”。他們認(rèn)為，在“加工”一詞前面冠以“微(micro)”的前綴，則表示用該加工方法可加工出尺寸小至1µm的工件形貌，而該實(shí)驗(yàn)室目前還做不到這一點(diǎn)——至少在車削和銑削加工上還達(dá)不到這一水平，目前他們研制的微型刀具能夠加工出的工件形貌尺寸最小可達(dá)到25µm。換句話說，雖然他們已達(dá)到的加工尺度水平還不能稱為“微加工”，但已比幾乎任何其它金屬切削加工車間都更接近“微加工”的目標(biāo)。圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員將這種尺度水平的加工稱為“亞微加工(meso-machining)”。
mp17d$R- @1)C3(=A 亞微加工所用的微型銑刀和微型車刀是采用聚焦離子束對硬質(zhì)合金和高速鋼刀坯材料進(jìn)行雕蝕加工而成。用該方法制造的微型立銑刀的直徑可小至約20µm；微型車刀的寬度可小至約10µm。這種微型刀具是實(shí)現(xiàn)亞微加工所必不可少的關(guān)鍵工藝因素，因?yàn)槟壳霸跈C(jī)床上使用這種微型刀具的適用加工技術(shù)已基本成熟。在圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室，雖然仍然需要全力開發(fā)亞微切削實(shí)驗(yàn)所用的微型刀具，但實(shí)驗(yàn)所用加工機(jī)床已完全具備了使用微型刀具的技術(shù)條件。研究人員利用市場上機(jī)床供貨商提供的精密加工機(jī)床，即可有效地使用微型刀具進(jìn)行亞微切削加工。
a,\GOy(q{ zM<yd#`yt8 美國開展亞微加工研究的一個(gè)主要原因與核武器有關(guān)。美國現(xiàn)存核武器上的某些零件需要經(jīng)常更換，并且需要對這些零件的結(jié)構(gòu)形貌不斷進(jìn)行改進(jìn)。但是，因?yàn)楹宋淦魃系母鱾�(gè)零件與周圍其它零件之間都有不允許改變的裝配關(guān)系，所以每一個(gè)零件的尺寸和外形都必須保持固定不變。因此，為了在零件上增加新的結(jié)構(gòu)形貌，惟一的途徑就是將更多結(jié)構(gòu)微縮于現(xiàn)有空間之中，而亞微加工可以成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種有效手段。
u 9%AK g}~ d$v{oC } 圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室通過大量實(shí)驗(yàn)研究，已可在包括鋁、黃銅、4340鋼等材料上成功地銑削出寬度20～30µm的槽，典型切削深度為1µm。該實(shí)驗(yàn)室用一把φ22µm硬質(zhì)合金雙刃立銑刀進(jìn)行的切削實(shí)驗(yàn)表明，在切深1µm、轉(zhuǎn)速18000r/min的切削條件下加工鋁件時(shí)，微型立銑刀能以最大至50mm/min的進(jìn)給率進(jìn)行有效切削，刀具銑削時(shí)間超過6小時(shí)以上，且在整個(gè)進(jìn)給率變化范圍內(nèi)未發(fā)生刀具破損現(xiàn)象。
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