单点金刚石超精密车削微结构加工工艺规划研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xxakk3321
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随着科学技术的迅猛发展,超精密微结构应用领域变得越来越广泛,因此带有微结构的模具制造成为了现如今的热门话题。辊筒模具由于在工业化大批量生产当中可以连续滚压复制,成为了高效率主流模具。超精密车削由于车削设备比起一般车床更为精密,且车削过程中走刀步距小于金刚石刀具的刀尖圆弧半径,造成了单点金刚石车削效率低下。因此,在保证微结构加工精度与表面粗糙度的前提下,应尽可能的降低时间成本。本文选择了微V结构与四棱锥结构作为研究对象,分析了传统微V结构环形断续式车削的方法,并提出改进微V结构螺旋连续式车削方法。分析刀具路径后得到改进车削效率比传统车削效率高。由于螺旋连续式车削方法在滚压过程中会存在一定的斜度误差,本文引用了螺纹升角α作为斜度误差的表征量。当辊筒直径为500mm时,其滚压过程中的斜度误差为0.000730,即在滚压1OOmm时,结构偏移1μm,控制在滚压复制时误差范围之内。将螺旋连续式的车削方法应用到四棱锥车削当中,提出了斜450四棱锥车削方法与正交四棱锥车削方法,分析了两种车削方法的优劣与所耗费的时间成本。得出正交四棱锥结构车削方法比斜450车削方法的效率更高。在辊筒端面车削中会产生分度误差,引入平均化误差εcq。当四棱锥结构宽度为30μm,端面车削次数为15800次时,平均到每一个四棱锥结构中的误差为60.46nm,几乎可以忽略不计。应用有限元模拟软件ABAQUS模拟了车削过程中刀具所受的切削力。选择了金刚石车削常用的三种材料,得出在车削镍磷合金MP35N时,刀具所受的切削力最大。但由于镍磷合金MP35N材料本身的特性,这种材料更适合作为模具材料来使用。同时进行了工艺参数切削深度αp与切削速度vc的切削模拟,发现了切削力随着切削深度αp与切削速度vc。的增加而增大,并且切削深度ap对切削力的影响更大。为了验证螺旋连续式微V结构车削方法的有效性,进行了铝6061车削试验,并通过3D激光显微镜对结构表面进行检测,获得了车削后微V结构的三组表面粗糙度。通过应用Matlab/Simulink对车削系统进行动态建模仿真,发现经过车削系统后得到的刀架位移会产生一定的振动。通过仿真模型得到模拟表面粗糙度R值,选取试验中所测粗糙度值进行比较,得出了两者误差在10%以内,验证了仿真模型的有效性。
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