微细切削刀具的特征及其制备技术（一）

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　　1引言

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　　微细切削是为满足微小型结构件的加工需求，在传统切削基础上发展起来的一种微制造技术，在微型注塑模具、光学元件、集成电路、计算机外设等多个领域具有广阔的应用前景。微细切削的基本原理是在精密(或超精密)切削机床上，利用微细切削刀具去除工件上的多余材料，使之成为在形状、精度和表面质量等方面符合要求的微小型精密零件。微细切削技术的发展依赖于微细切削刀具技术的支撑。本文结合微细切削的特征，分析了微细切削对于切削刀具的基本要求，重点介绍了适用于微细切削的刀具材料、刀具设计要点和典型的刀具制备工艺。

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　　2微细切削刀具的基本特征

　　目前应用较多的微细切削方法主要有微细车削、微细立铣削、微细飞切和微细钻削，使用的微细切削刀具相应为微细车刀、平头及球头立铣刀、飞刀和钻头。受尺度效应的影响，微细切削的刀具磨(破)损、切削力、切削表面形成等加工机理显著区别于常规尺度切削，刀具所承受的切削抗力、摩擦和冲击等工况条件更为恶劣。适用于微细切削的刀具应满足以下基本要求：

　　(1)整体尺度小，局部特征尺度微小针对微小型系统中广泛存在的框架、平面、曲面、轴、槽、壁、孔等各类微小型结构，为了适应微细切削加工特征微小、加工精度较高的特点，以及避免与工件之间的干涉，切削刀具的整体尺度和切削部分的特征尺度必须同步减小。

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　　(2)切削刃锋利在微细切削条件下，为了实现极微量的材料去除，所采用的切削深度和进给量通常在微米级，切削厚度与刀具刃口半径处于同一数量级，刀具实际前角将表现为较大的负值。刃口半径对于微细切削性能的影响不容忽视，切削刀具应具有足够锋利的切削刃。但是，受刀具材料特性和制造工艺的限制，刃口半径还不能随刀具整体尺度的降低而成比例地降低。

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　　(3)表面质量好表面质量对于微细切削刀具的使用性能影响极大。为了获得良好的微细切削精度和表面质量，微细刀具应具有较高的表面完整性及较小的表面粗糙度和微观成形缺陷。较差的表面质量不仅会增加微细切削时的摩擦阻力，导致加工表面恶化，而且会削弱刀具强度。

　　(4)强度高，抗冲击能力强对于小直径的微细立铣刀和钻头等旋转刀具，微细切削是在极高的主轴转速下进行。微细切削刀具的切削部分应具备足够高的强度和动态特性，能够承受微细切削时的高频冲击负载。

　　(5)刚性好，抗变形能力强为保证加工精度，微细刀具应具有较高的刚性，以减小切削力作用下的变形和回弹。微细立铣削时，刀具刚性不足引起的轴向和径向变形是影响加工精度的主要原因；微细钻削时，钻头变形量过大引起的折断将导致工件报废。

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