A partir de esta situación, en los últimos años se ha ido incrementando la investigación y el desarrollo tecnológico en experimentos de corte de materiales de vidrio mediante métodos de procesamiento mecánico. Recientemente, el profesor Takeuchi y otros de Japón informaron sobre una investigación sobre el uso de fresas para procesar la forma tridimensional del vidrio. Vale la pena esperar su viabilidad y practicidad. En vista del mecanismo de corte de la fresa, se realizó una prueba de procesamiento de ranuras en materiales de vidrio de más de 10 μm para estudiar sus características de corte. Se presentan las características de corte y ejemplos de aplicación de fresas de bolas para procesar materiales de vidrio.
Corte de vidrio compuesto frágil por plástico mediante fresadora
La trayectoria del filo en la sección vertical correspondiente al eje de la herramienta y la interferencia entre la trayectoria del filo y las trayectorias posteriores del filo Como se puede ver en el patrón curvo, la fresa se mueve de abajo hacia arriba mientras gira, cortando una porción del material con cada rotación. Durante este proceso, el filo corta y separa continuamente el material. Por lo tanto, cada vez que gira el filo, el espesor de corte aumenta de 0 al espesor de corte máximo y luego disminuye gradualmente hasta 0. A medida que se mueve el cortador, se corta el resto del corte. Si el espesor de corte del vidrio es inferior a 1 μm, se generarán virutas como si fueran metal y el material se eliminará sin fragilidad. Por lo tanto, mantener el espesor de corte por debajo de 1 μm puede proteger la superficie mecanizada de daños por fragilidad. En el proceso de mecanizado real, debido a la influencia de la vibración del husillo y la flexión de la herramienta, no se puede obtener la trayectoria de corte ideal. Lo mismo ocurre con el mecanismo que crea el filo y la superficie mecanizada cerca del filo. Por lo tanto, es necesario establecer la velocidad del husillo y la velocidad de avance apropiadas para lograr el procesamiento plástico del vidrio.
Cuando se procesa con una fresa de bola, el radio de rotación de la trayectoria del filo aumenta a medida que aumenta la altura axial de la herramienta. Por lo tanto, según el mecanismo anterior, cuando la superficie mecanizada se forma desde el fondo de la ranura hasta la parte superior de la ranura, la superficie mecanizada no se volverá quebradiza incluso si la profundidad de corte en la dirección axial es grande. Pero el radio de rotación en la parte inferior del filo es demasiado pequeño y la velocidad de corte es muy baja. Por lo tanto, para mejorar el rendimiento de corte, la herramienta se inclina en un cierto ángulo en la dirección de avance para mantener una cierta velocidad de corte para el procesamiento.
Características de corte
Seleccione un portaobjetos de vidrio (vidrio sin plomo, composición: 72SiO2_2, 18K2CO2, 10CaCO2) para observar la muestra con un microscopio óptico para realizar una prueba de corte y observar la Características de la fresa de extremo esférico durante el procesamiento. En la prueba de corte, para lograr el modo de corte inclinado, el husillo de precisión impulsado por el motor sin escobillas se inclinó 45 grados hacia la dirección de avance de la herramienta. En los experimentos de corte, generalmente se instala un sistema de herramientas en el cabezal del husillo del centro de mecanizado para sujetar la herramienta y la herramienta se inclina. La herramienta utilizada en el experimento es una fresa de bolas de carburo con un diámetro de 4 mm y un radio de curvatura de 0,2 mm. La superficie de la herramienta está recubierta con un revestimiento de TiAlN. Para proporcionar suficiente líquido de corte al filo, la pieza de vidrio debe colocarse en el fregadero de la mesa de trabajo y cortarse en el agua.
Bajo las condiciones de procesamiento de una velocidad de rotación de 80000 rpm, una velocidad de alimentación de 0,06 mm/min y una profundidad de corte de 65438 ± 08 μm, las condiciones de la superficie del vidrio óptico procesado mediante corte en seco y corte bajo el agua fueron comparados. La herramienta avanza de abajo hacia arriba y el filo corta desde la izquierda y corta desde la derecha. Los resultados muestran que la calidad de la superficie del corte en seco es peor que la del corte en húmedo, se producen daños frágiles en la ranura, la superficie de corte está incompleta y el ancho de la ranura es inestable.
A diferencia de los materiales de vidrio utilizados en las pruebas anteriores, se comparó la dureza Vickers del vidrio curado molido después del secado y la inmersión en agua. La curva de comparación en el documento de probabilidad de Weibull muestra que la resistencia mecánica del vidrio disminuye después de que se añade humedad en comparación con cuando está seco. Por tanto, se cree que al cortar en agua, se reduce la resistencia mecánica del vidrio y por tanto se puede mejorar la trabajabilidad.
Después de procesar vidrio óptico con una fresa de bola con un ángulo de inclinación de 0° (es decir, sin inclinación) y un ángulo de inclinación de 45° a lo largo de la dirección de avance (condiciones de corte: velocidad de rotación 20000 rpm, profundidad de corte 0,018 mm, velocidad de avance 0,48 mm/min; corte en húmedo), una comparación de la calidad de la superficie de los dos muestra que el último puede obtener mejores resultados de procesamiento. Cuando se utiliza una fresa de bola para cortar oblicuo vidrio óptico (condiciones de corte: velocidad 80000 rpm, profundidad de corte 0,020 mm, velocidad de avance 0,48 mm/min; corte húmedo), si se utiliza una fresa de bola de doble filo para procesamiento no inclinado , cuando una cuchilla corta el material, otra cuchilla comienza a cortar el material. Pero si la herramienta está inclinada, cuando la profundidad de corte es menor que el radio de la herramienta, la fuerza de corte es cero, es decir, las dos hojas no están procesando, el material no está en contacto con la herramienta y la herramienta se enfriará. en este momento. Además, debido a que el tiempo de corte real es corto, el tiempo para que el calor de corte entre en la herramienta también es corto. Si la herramienta está inclinada, aunque el área de corte del filo aumenta, el tiempo de corte se acorta y el tiempo de enfriamiento aumenta, por lo que aún se puede suprimir el aumento de temperatura de la herramienta.
Los resultados comparativos de la influencia de la velocidad del husillo en la calidad del procesamiento de la superficie del vidrio óptico (condiciones de corte: profundidad de corte 0,018 mm, avance por diente 12 nm/diente; corte húmedo) muestran que cuando aumenta la velocidad, El filo es propenso a fallar por fragilidad y la adhesión de la viruta se puede ver a velocidades de 40.000 rpm y 80.000 rpm. De la comparación del desgaste de la herramienta en el corte de 50 mm a diferentes velocidades, se puede ver que el desgaste de la herramienta es grave a 40000 rpm y 80000 rpm, y la forma del filo ha cambiado. Pero a 20.000 rpm, el desgaste de la herramienta es pequeño y la forma del filo es estable.
De la superficie mecanizada obtenida cortando vidrio óptico en húmedo a 20000 rpm y una profundidad de corte de 20 μm, se puede ver que a medida que aumenta la velocidad de alimentación, aumenta el área de daño frágil en el lado derecho de la ranura. Bajo las mismas condiciones de corte, se usó FIB para cortar las superficies mecanizadas en el lado de fresado hacia adelante y el lado de fresado inverso. La sección transversal observada mostró que no se observaron grietas en el lado de fresado hacia adelante y la superficie mecanizada estaba en buenas condiciones. . En el lado fresado posterior se pueden ver en la capa superficial grietas que se extienden en la dirección de corte a una profundidad de unas pocas micras. Por lo tanto, cuando se utiliza una fresa para tallar ranuras de vidrio, el método de fresado inverso que reduce el espesor del corte puede causar fácilmente fallas por fragilidad.
De acuerdo con los cambios en la rugosidad de la superficie del procesamiento de vidrio óptico a diferentes velocidades de alimentación (condiciones de corte: velocidad de rotación 20000 rpm, profundidad de corte 0,018 mm; corte húmedo), se muestra que cuanto menor es la velocidad de alimentación, mayor Mejor la rugosidad de la superficie. Sin embargo, cuando la velocidad de avance es inferior a 0,24 mm/min, la calidad de la superficie mecanizada se deteriora. Al comparar la calidad de la superficie procesada cuando la velocidad de alimentación es de 0,06 mm/min y 0,48 mm/min, se puede ver que cuando la velocidad de alimentación es de 0,06 mm/min, se pueden ver grandes áreas de rayones en la superficie procesada. En otras palabras, si la velocidad de avance es demasiado pequeña, se perderá el corte debido a la flexión de la herramienta. El filo giratorio no puede cortar el material al mismo tiempo y se requieren múltiples extracciones irregulares de material. Por lo tanto, si la velocidad de alimentación es demasiado pequeña, el efecto del procesamiento será deficiente.
Aplicación del fresado vertical de vidrio
En el procesamiento de ranuras en ángulo recto que consisten en una ranura longitudinal con una profundidad de 20 μm (ancho 196 μm) y una ranura transversal con una profundidad de 15 μm (ancho 152 μm) En el ejemplo del vidrio óptico, las herramientas utilizadas son fresas de bola con diámetros de 0,4 mm y 0,5 mm, la velocidad del husillo es de 20000 rpm y la velocidad de avance es de 0,48 mm/min. Este producto está fabricado para mejorar la precisión de detección de los microarrays de ADN (una microsuperficie de 10×10 equivalente al área restante después del procesamiento de los surcos tendrá una cierta cantidad de ADN adherida y el exceso de ADN se desbordará de los surcos). Se puede ver que la superficie mecanizada después del corte no presenta daños frágiles y está en buenas condiciones.
La profundidad de la microranura necesaria para inspeccionar el sustrato suele ser de unas 100-200 micras. Si se ignora la curvatura de la herramienta en sí, no se puede considerar la altura axial según el mecanismo de corte. Por lo tanto, es necesario establecer condiciones de corte apropiadas de modo que incluso si el vidrio se corta más de 100 µm a la vez, el procesamiento se pueda lograr sin dañar el vidrio.
Lo anterior presenta ejemplos de fresado final de materiales de vidrio de alta eficiencia. Las velocidades de avance de corte utilizadas para procesar vidrio son bastante bajas en comparación con el corte de metal típico. Sin embargo, en comparación con métodos de corte como la prueba de rayado, se puede lograr un procesamiento eficiente del vidrio con un solo corte profundo.
Nunca antes se había considerado que las fresas cortadoras pudieran fresar materiales de vidrio cortando dentro y fuera del filo. Sin embargo, como muestra este artículo, con el uso correcto y flexible del mecanismo de corte, es posible cortar sin dañar el vidrio.
Para mejorar la practicidad y la eficiencia del procesamiento del fresado de extremos de vidrio, debemos prestar atención a los dos puntos siguientes:
(1) Diseñar razonablemente la forma del borde del extremo Molino apto para corte de vidrio.
(2) La herramienta debe mantener una actitud inclinada a lo largo de la dirección de avance de corte para procesar de manera flexible varios tipos de ranuras.
Para el primer punto, en 2006, desarrollamos una fresa de bola de 8 flautas con Hitachi Tools. En cuanto al segundo punto, entre 2005 y 2006, las unidades dependientes del Ministerio de Economía, Comercio e Industria realizaron pruebas de maquinaria de procesamiento, lo que demostró su viabilidad. El tema principal en el futuro es la investigación sobre materiales de herramientas (especialmente materiales de recubrimiento) para mejorar la resistencia al desgaste de las herramientas.
Siempre que existan instalaciones que puedan inclinar la herramienta, el método de corte presentado en este artículo se puede introducir fácilmente en el sitio de producción de procesamiento sin la necesidad de utilizar otros equipos especiales.