晶狀體低溫車(chē)削加工的核心工作過(guò)程可分為工件預(yù)處理、低溫環(huán)境構(gòu)建、切削參數(shù)設(shè)定、低溫切削執(zhí)行、加工質(zhì)量檢測(cè)五個(gè)關(guān)鍵階段，其核心目標(biāo)是通過(guò)低溫環(huán)境改善材料切削性能，同時(shí)控制加工精度與表面質(zhì)量。

一、工件預(yù)處理：

低溫脆性處理  

將工件（如金屬、陶瓷或晶體材料）冷卻至-20℃至-150℃，利用低溫誘導(dǎo)材料脆性。

典型方法：  

液氮浸泡：將工件浸入液氮罐中至少10分鐘，待液氮停止劇烈汽化（白煙減少）后取出，確保工件整體溫度均勻。  

電子冷凍卡盤(pán)：利用半導(dǎo)體溫差制冷原理，通過(guò)一級(jí)電堆（-30℃）或二級(jí)電堆（-70℃）直接冷卻工件，同時(shí)用特殊液膜冰將工件冰凍固定在卡盤(pán)上，實(shí)現(xiàn)夾固與冷卻一體化。  

工件固定與定位  

將預(yù)冷后的工件迅速固定在機(jī)床卡盤(pán)或工作臺(tái)上，避免溫度回升導(dǎo)致脆性消失。  

對(duì)于精密加工（如晶體材料），需使用高精度夾具，并調(diào)整工件軸向（Z軸）和徑向（X軸）位置，確保切削點(diǎn)與刀具對(duì)齊。  

二、晶狀體低溫車(chē)削加工低溫環(huán)境的構(gòu)建： 

冷卻介質(zhì)選擇  

液氮：純度需達(dá)99.999%，通過(guò)液氮泵抽取并經(jīng)細(xì)小金屬圓管?chē)娚渲燎邢鲄^(qū)，實(shí)現(xiàn)-196℃的極低溫冷卻。  

低溫氣體：如壓縮空氣或氮?dú)饨?jīng)制冷系統(tǒng)降溫至-40℃至-80℃，通過(guò)噴嘴噴射至切削界面，適用于對(duì)液氮敏感的材料。  

低溫液體混合：將液氮注入酒精中可獲得-90℃低溫液體，適用于浸液冷卻法。  

冷卻方式分類(lèi)  

外冷式：僅冷卻工件或刀具表面，內(nèi)部溫度仍較高，適用于粗加工。  

內(nèi)冷式：通過(guò)刀具內(nèi)孔或工件內(nèi)部通道輸送低溫流體，使整個(gè)切削區(qū)溫度均勻，切削效果更優(yōu)，適用于精加工。  

連續(xù)冷卻：對(duì)整個(gè)工件或切削區(qū)持續(xù)冷卻，冷卻效果好但能耗較高。  

間斷冷卻：僅在切削時(shí)局部冷卻，適用于對(duì)溫度敏感的材料。  

溫度控制與反饋  

利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)切削區(qū)溫度，通過(guò)反饋控制器調(diào)節(jié)低溫流體噴射量，維持目標(biāo)溫度（如-50℃）。  

當(dāng)前饋控制器檢測(cè)到加工系統(tǒng)輸入功率變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)整流量以補(bǔ)償溫度波動(dòng)。  

三、切削參數(shù)設(shè)定：

機(jī)床與刀具選擇  

機(jī)床：選用精密臥式車(chē)床，主軸轉(zhuǎn)速范圍25-1600r/min，進(jìn)給量0.05-1.50mm/r，滿(mǎn)足低溫切削的動(dòng)態(tài)需求。  

刀具：優(yōu)先選用內(nèi)冷刀具（如內(nèi)冷鉆頭、銑刀），確保低溫流體直接到達(dá)切削界面。對(duì)于晶體材料，需使用金剛石刀具以減少亞表面損傷。  

切削參數(shù)優(yōu)化  

切削速度：低溫下材料脆性增加，可適當(dāng)提高切削速度（如200-500m/min）以減少切削力，但需避免速度過(guò)高導(dǎo)致溫度回升。  

進(jìn)給量：根據(jù)材料硬度調(diào)整，通常為0.05-0.2mm/r，以平衡切削效率與表面粗糙度。  

背吃刀量：精密加工時(shí)控制在0.1-1.0mm，避免過(guò)大切削力導(dǎo)致工件變形或刀具破損。  

四、低溫切削執(zhí)行：

低溫流體噴射  

啟動(dòng)機(jī)床后，打開(kāi)液氮罐或低溫氣體閥門(mén)，將冷卻介質(zhì)通過(guò)噴嘴對(duì)準(zhǔn)切削變形區(qū)（如車(chē)刀前刀面與切屑接觸位置）。  

噴射角度通常為30°-45°，距離切削點(diǎn)10-30mm，確保冷卻介質(zhì)均勻覆蓋切削界面。  

切削過(guò)程監(jiān)控  

實(shí)時(shí)觀察切削力、切削溫度及切屑形態(tài)，調(diào)整冷卻流量或切削參數(shù)以?xún)?yōu)化加工效果。  

對(duì)于晶體材料，需嚴(yán)格控制切削振動(dòng)，避免亞表面裂紋或位錯(cuò)缺陷。  

排屑與清潔  

低溫流體沖刷切削區(qū)，促進(jìn)切屑排出，防止二次切削。  

加工完成后，用酒精或去離子水清洗工件表面，去除殘留冷卻介質(zhì)。  

五、加工質(zhì)量檢測(cè)：

表面粗糙度檢測(cè)  

使用輪廓儀或原子力顯微鏡（AFM）測(cè)量表面粗糙度（Ra值），低溫切削通常可將Ra值降低至0.8μm以下。  

微觀結(jié)構(gòu)分析  

通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）或透射電子顯微鏡（TEM）觀察已加工表面微觀結(jié)構(gòu)，評(píng)估晶粒細(xì)化、加工硬化層厚度及殘余應(yīng)力分布。  

典型結(jié)果：超低溫切削可細(xì)化表面晶粒尺寸，降低加工硬化層厚度，同時(shí)增大表面殘余壓應(yīng)力，提高疲勞壽命。  

性能測(cè)試  

對(duì)加工后的工件進(jìn)行硬度測(cè)試、疲勞試驗(yàn)或光學(xué)性能檢測(cè)（如晶體透光率），驗(yàn)證低溫切削對(duì)材料性能的改善效果。