位于美國新墨西哥州的圣地亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)對尺寸僅為10µm和20µm的微型車刀和銑刀進行了切削實驗與研究。
Q mz3GH@wg Fc"+L+h@W 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,但圣地亞國家實驗室的研究人員卻避免將他們進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,而該實驗室目前還做不到這一點——至少在車削和銑削加工上還達不到這一水平,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到25µm。換句話說,雖然他們已達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)。圣地亞國家實驗室的研究人員將這種尺度水平的加工稱為“亞微加工(meso-machining)”。
QtqE&j 1b"3]? 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。這種微型刀具是實現(xiàn)亞微加工所必不可少的關(guān)鍵工藝因素,因為目前在機床上使用這種微型刀具的適用加工技術(shù)已基本成熟。在圣地亞國家實驗室,雖然仍然需要全力開發(fā)亞微切削實驗所用的微型刀具,但實驗所用加工機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床供貨商提供的精密加工機床,即可有效地使用微型刀具進行亞微切削加工。
$5yH8JU -Ly A 美國開展亞微加工研究的一個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)形貌不斷進行改進。但是,因為核武器上的各個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現(xiàn)這一目標(biāo)的一種有效手段。
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