超精密切削是一種原子、分子級加工單位的去除加工方法,要從工件上去除一塊材料,需要相當(dāng)大的能量,這種能量可用臨界加工能量密度8(J/cm²)和單位體積切削能量w(J/cm³)來表示。臨界加工能量密度8是指當(dāng)應(yīng)力超過材料彈性極限時(shí),在切削相應(yīng)的空間內(nèi),由于材料缺陷而產(chǎn)生破壞時(shí)的加工能量密度。單位體積切削能量w是指在產(chǎn)生某加工單位切屑時(shí),消耗在單位體積上的加工能量。
加工單位不同會引起臨界加工能量密度的變化,表0-4列舉了常用幾種去除加工在材料微觀結(jié)構(gòu)的各種缺陷情況下的臨界加工能量密度8。可見晶格原子、分子破壞所需的臨界加工能量密度***大,點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)缺陷和微裂紋次之,晶界、空隙和裂紋***小。
加工機(jī)理的不同,也會引起臨界加工能量密度的不同。在那些利用位錯(cuò)缺陷和微裂紋的塑性變形來進(jìn)行微量切削,如超精密切削和磨削,其臨界加工能量密度比較大,用于使其產(chǎn)生塑性變形的能量幾乎都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚虼耍⒘壳邢鲿罅堪l(fā)熱。對那些利用脆性破壞的分離去除加工,如加工玻璃時(shí),由于材料中的微裂紋(一般玻璃的微裂紋分布間隔約10pm左右)所引起的張應(yīng)力集中而導(dǎo)致材料產(chǎn)生分離和斷裂,其臨界加工能量密度很低,幾乎不存在發(fā)熱現(xiàn)象;如果加工應(yīng)力集中地作用在比微裂紋的分布間隔更狹窄的區(qū)域,如1um左右,則玻璃將會產(chǎn)生粘性流動式的滑移,需要很大的臨界加工能量密度,從而產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象,這就是玻璃在精密磨削或拋光時(shí)會發(fā)熱的原因。
材料不同,臨界加工能量密度8、單位體積切削能量W也不同,各種材料都有其一定的理論值,實(shí)際上,由于材料微觀缺陷分布或材質(zhì)不均勻性,實(shí)際的臨界加工能量密度和單位體積切削能量比理論值要低很多。