LiF表面微結(jié)構(gòu)銑削用超硬微銑刀設(shè)計與加工工藝研究.pdf

1、慣性約束核聚變能夠產(chǎn)生高效廉價的清潔能源，成為各國的研究熱點。LiF（Lithium Fluoride）晶體由于具有優(yōu)質(zhì)的透射性和透射波段被廣泛用做核聚變相關(guān)物理實驗中的窗口材料。典型的應(yīng)用實例是LiF階梯核靶，由于其具有高的尺寸精度和表面質(zhì)量要求而很難用其他方法加工，微銑削具有明顯的優(yōu)勢。但LiF晶體具有軟脆性，塑性域切削對微銑刀幾何參數(shù)、微加工工藝參數(shù)提出了更高要求。因此，進(jìn)行有關(guān)LiF晶體微銑削的微刀具設(shè)計、微銑削工藝參數(shù)優(yōu)化具有

2、重大意義。
　　本課題初期研究表明，硬質(zhì)合金微銑刀與LiF晶體間存在嚴(yán)重的擴(kuò)散磨損。對磨損機(jī)理的研究表明：硬質(zhì)合金刀具中的WC擴(kuò)散到LiF晶體中，生成Li2C2和WF氣體是擴(kuò)散磨損的最主要原因，最終選定PCD為LiF晶體微銑削的刀具材料并對其化學(xué)惰性進(jìn)行了實驗驗證。
　　設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)的微銑刀；分別對其側(cè)面刃前后角和底面刃前后角進(jìn)行仿真優(yōu)化。優(yōu)化后，Ⅰ型刀具的側(cè)刃前角、側(cè)刃后角、底刃前角、底刃后角分別為-35°、9°、-25

3、°、20°，Ⅱ型刀具的相應(yīng)角度為-60°、12°、-55°、20°。但Ⅰ型刀具的切削性能較Ⅱ型刀具差。
　　用Ⅱ型刀具分別進(jìn)行工藝參數(shù)的有限元仿真優(yōu)化和微槽銑削單因素實驗。結(jié)果表明：隨每齒進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速的增加，微槽表面質(zhì)量先變好后變差，最優(yōu)主軸轉(zhuǎn)速為65000r/min，最優(yōu)每齒進(jìn)給量為665nm/z；隨銑削深度的增加，微槽表面質(zhì)量變差，銑削深度最好小于2μm。
　　分別用Ⅰ型刀具、Ⅱ型刀具和NS公司CBN刀具進(jìn)行微槽銑削

4、正交實驗。結(jié)果表明：Ⅱ型刀具的切削性能最好，能夠得到最優(yōu)6.50nm Ra、平均11.44nmRa的表面粗糙度，CBN刀具居中，Ⅰ型刀具的切削性能最差；晶體表面質(zhì)量隨各工藝參數(shù)變化的變化規(guī)律與單因素實驗結(jié)果類似；對不同刀具，各工藝參數(shù)對晶體表面質(zhì)量的影響顯著性不同，Ⅱ型刀具對應(yīng)晶體表面質(zhì)量受各工藝參數(shù)的影響最小，在相當(dāng)大的參數(shù)范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)塑性域切削；用Ⅱ型刀具和優(yōu)化后的工藝參數(shù) 進(jìn)行LiF晶體階梯靶樣品的加工，能夠得到8.40nmR