微细加工表面的三维微观形貌比较分析

微细电火花线切割加工表面结构主要由形状规则的
工和精密磨削加工表面结构之间, 既存在凸峰特征, 电火花线切割加工表面凸峰是完全随机分布, 而激 工表面单峰要陡峭. 当多个单峰相连时, 使激光微 光微细加工表面凸峰大多连接在一起, 峰的分布具 有一定的规律性; 单峰特征比微细电火花线切割加
细加工表面具有一定的纹理特征, 但与精密磨削加 纹理是由棱柱状的条纹形成的,具有明显的方向性; 面纹理特征比较复杂, 方向性并不明显. 激光微细
加工表面凸峰形状分两种: 单峰时近似于双叶双曲 其表面纹理主要由沿凸峰连接方向的沟槽、 不连续
造金刚石、立方氮化硼等高硬磨料砂轮, 经过精细修 量,在加工表面去除较薄的切屑,同时借助适当的磨 抛光 作 用 , 从 而 完 成 精 密 磨 削 加 工 过 程 . 图 3 为
精密磨削加工 ( precision grinding) 主要采用人
热作用,使辐照区域的固体物质在短时间内熔化、 气 化并抛出, 剥离的材料以气、 液的方式离开加工表 出平面或曲面. 图 1 所示为扫描探针显微镜 ( SPM)
将小能量脉冲光束聚焦到工件表面, 由于激光束的 面,在工件表面形成四周带有凸起的凹坑. 由于工
件相对激光束按照事先规划的轨迹运动, 最终加工
来,国内外学者对表面三维粗糙度评定方法的研究 取得了一些进展, 但多数评定参数都是基于二维粗 .
微细电火花线切割、 激光微细加工和精密磨削
1 加工机理和表面微观结构特征
激光微细加工 ( laser assisted microprocessing) 是
收稿日期: 2015 - 03 - 26 基金项目: 黑龙江省自然科学基金面上资助项目( E201137)
图 1 激光微细加工表面微观形貌 Fig. 1 Micro-topography of laser assisted microprocessing surface
0 序 言
何尺寸更小、精度要求更高,表面的微观形貌对于产 著,对加工表面评定提出更高要求,而目前普遍采用 品的表面质量、 工作性能和使用寿命的影响更为显 的二维粗糙度评定方法已经 无 法 满 足 需 要. 近 年 糙度参数的三维拓展, 对于区域表面的三维粗糙度
[1]
相对于常规机械加工而言, 微细加工零件的几
看出激光微细加工表面结构主要由表面凸峰组成. 表面纹理方向呈不规则分布.
测量的激光微细加工表面微观形貌. 从图 1 中可以 其中表面凸峰分为单峰和由多个单峰连接在一起的 结合峰;由于凸峰形状不规则 ( 图 1 中 a,b,c,d) , 故
评定还缺乏统一标准
加工是三种典型的微细加工方法. 由于加工机理及 充分认知表面微观结构及表面特性, 并根据不同的 方法加工的粗糙度 ( R a ) 值相同的表面, 分析表面形 糙度评定提供理论基础. 纹理结构提出不同的评价参数. 因此对比上述三种 貌微观结构及表面特性, 可以为准确地进行三维粗 大不同 [2] . 精确评价加工表面的三维粗糙度, 必须 加工工艺不同, 加工表面微观形貌的结构特征有较
图 2 微细电火花线切割加工表面微观形貌 Fig. 2 Micro-topography of MWEDM surface
工表面的规律性纹理完全不同. 精密磨削加工表面 而激光微细加工表面纹理由于凸峰随机性连接, 表 面的一叶;多峰相连时表现为双曲抛物面或马鞍面. 凸峰之间的沟槽及连接凸峰之间的鞍槽构成.
性较好,呈典型的各向同性特征. 精密磨削加工表面由较为规则的棱和沟组成, 有明显的加工纹理方向, 表面斜率
加工表面由随机分布的半球状或半椭球状的凸峰和凹坑组成,没有明显的纹理方向,表面高度、斜度均一性及等方
摘 要: 分析三种微细加工表面微观结构、表面凸峰的高斯曲率以及表面谱距特征的结果表明,微细电火花线切割
第3 6 卷 第6 期 2 0 1 5 年 6 月
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
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接
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报
Vol. 3 6
June 2 0 1 5
Hale Waihona Puke Baidu
No. 6
微细加工表面的三维微观形貌比较分析
(1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001; 2. 哈尔滨工程大学 图书馆, 哈尔滨 150001; 3. 洛阳理工学院 机械工程系, 洛阳 471023)
张 彬1 ,2 , 郭黎滨1 , 张志航3 , 姚风龙1 , 郭 猛1
均一性和等方性较差,呈典型的各向异性特征. 激光微细加工表面由单峰和多峰相连组成, 表面纹理方向性不明 评价参数. 显,表面等方性很好,但高度和斜率均一性较差,虽然属于各向同性表面,但具有特殊性,在表面评价时应选取适当 文献标识码: A 文章编号: 0253 - 360X(2015)06 - 0061 - 04 关键词: 微细加工; 微观形貌; 高斯曲率; 谱距; 表征 中图分类号: TH 161 ;TG 485
SPM 测量的精密磨削加工表面的微观形貌. 精密磨 削加工表面结构是由较为规则的棱和沟组成.
2 微观结构特征的对比分析
微细电火花线切割加工表面凸峰和精密磨削加工表 面棱柱结构特征. 通过对比可以发现, 激光微细加 工表面微观形貌结构特征介于微细电火花线切割加 又具有沟槽纹理; 但又与二者存在明显差别. 微细 图 4、图 5 分别为激光微细加工表面凸峰结构、
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焊 接 学 报 微细电 火 花 线 切 割 加 工 ( micro wire electrical
第 36 卷
discharge machining,MWEDM) , 是 通 过 加 工 机 床 上 的电极丝与加工工件间产生脉冲火花放电, 在局部 形成爆炸的放电通道,释放出大量的热能, 在放电点 SPM 测量的微细电火花线切割加工表面微观形貌. 呈随机分布的近似半球状或半椭球状凸峰组成. 面抛出, 从 而 达 到 加 工 材 料 蚀 除 的 目 的. 图 2 为 附近的加工材料被瞬间熔融甚至气化, 从工件的表