陶瓷研磨 随着陶瓷元件在工程上的广泛应用，如切削工具汽车阀包装（密封）元素轴承活塞转子等，使得先进陶瓷磨削在磨削加工中的作用已经加重。陶瓷组件在相应的金属方面的改进的性能和更好的效率有许多的优势。然而,有利的特性在加工过程中都伴随着困难，与磨削主要相关的原因是这些先进的陶瓷和要求所需的精度和表面质量地面组件有高硬度和刚度。对于脆性材料获得良好的表面光洁度和高尺寸的精度磨削是一种重要的工艺成型。它是一个复杂的过程,包含复杂的之间的交互大量的变量,如机床,砂轮、工件材料和操作对位米。精密陶瓷组件需要严格遵守关闭公差和表面光洁度的性能，在活泼表面抛光研磨过程中这些对组件的可靠性有很大的影响。有各种各样的因素,控制尺寸精度和在磨削表面光洁度,因此,发展分析或经验模型的可靠预测加工性能成为一个关键问题。 一个一致连续的建模必须首先从最基本的物理过程，它给出了个体研磨颗粒与工件相互作用的过程。然后,必须将这一过程扩展到整个砂轮的运动过程中。单一砂砾工件相互作用可以使用未变形的芯片厚度来显示其特性。这个未变形的芯片厚度是一个变量，通常用来形容地面表面的质量以及评估整体磨削系统竞争力。然而,没有一个这样的综合模型可以在大范围的操作条件下预测未变形的芯片测厚范围。原因在于事实上,许多变量的影响这一过程。许多这些变量是非线性的,相互依存的,或者是很难量化的。因此,到目前为止还没有完全可行的和实验调查可以非常详尽但有限的适用性[3]的可用模型。所以,尝试为磨削的碳化硅和金刚石磨料开发一个理论模型来预测未变形的芯片厚度。 尽管不同的研究努力在陶瓷磨削方面超过去年二十年来,更需要建立规范理论模型进行预测未变形的芯片厚度，来提高产品质量，增加减少加工成本创造。因为表面产生的大量的切削刃的表面的砂轮、工件表面上产生凹槽由单个颗粒紧密地反映了几何颗粒的显示。因此,从考虑颗粒提示几何来看它是可能用来评估未变形的芯片厚度。因为这些切削刃的大小在轮子表面随机性质,对未变形的芯片厚度无法预测在一个确定的方式。由于这种不确定性,一个概率方法评价的未变形的芯片厚度是更合适的,因此任何试图估计未变形的芯片厚度应该是自然的概率。 另外，磨削过程的砂轮和工件之间的接触行为的性质是有助于地面工件的质量的主要因素之一。原先的接触变形量在磨削方面的重要性被研究和行业从业者都认识到了。几何上，局部接触的挠度可以影响工件和接地组件的尺寸精度的表面光洁度的[4]。然而，仍有许多行业中使用的“经验法则”或火花精磨技术操作产生良好的表面质量和关闭空间的公差组件。这些操作可以耗费时间和减少设备生产率。.因此,在研磨作业中开发一个新的未变形的芯片厚度模型来可靠预测未变形的芯片厚度影响原先的接触变形量也必须被考虑在内。
新型材料的机械加工
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1．陶瓷材料的加工原理及方法
l. 陶瓷材料切屑形成机理及表面缺陷的形成 陶瓷材料在刀具或磨粒的切削刃挤压作用下，会在刀刃附近 产生裂纹，它先向下前方扩展，并沿着与最大主应力垂直的方向 的包络线成长，如图 1 中裂纹扩展的路径从Ⅰ经Ⅱ、Ⅲ至Ⅳ，最 终穿过自由表面形成粒状或片状的切屑。由此在切削表面 Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ的区内留下凹痕，并在刀刃的后面已加工表面内因位应 力而引起与表面大体垂直的裂纹等缺陷。 如果切削条件合理，裂纹将能被控制不作延伸扩展，而只在 刀刃前方的部分材料中形成破碎的切属， 如图 1 中 A、 所示的破 B 碎状态，它不深入到加工表面上，由此可获得良好质量的加工表 面。 2．陶瓷材料加工的基本方法 陶瓷材料通常需经过坯料切割、磨削、研磨和抛光等工序制成所需的零件。 （l）切割 常用的机械切割方法有以下三类： 1）固定磨料切割。用金刚石锯片或带锯进行切割。 2）游离摩料切割。用盘锯、带锯加金刚石磨料或用高速磨料喷射冲击进行切割。 3）单刃切割。采用单粒金刚石切割。 为了提高切割的效率和质量，尤其对一些形状较复杂的坯件，则宜用水力切割来替代机械切割。 （2）磨削 磨削几乎均应用金刚石砂轮，与磨削金属材料相比，其最大的特征是法向磨削力远大 于切向磨削力，一般要大 5～10 倍，在用砂轮端面磨削时，甚至可大 20～30 倍。因此，磨床要有足够的 刚性，并需保持磨粒的锐利性，同时砂轮与工件之间的压力要超过临界压力值（2～5MPa）才能保证正常 的磨削。 ＃ ＃ ，半精磨 0.125～0.9mm 磨削陶瓷时所用的金刚石磨粉的粒度为：粗磨 0.25～0.125mm（60 ～120 ） ＃ ＃ ＃ 。 （240 ～W40） 通常砂轮速度选用 15～25m／s 。 （金属结合剂） 20～ 或 （120 ～180 ） 精磨 0.075～0.04mm 30m／s( 树脂结合剂） 。工件送给速度 1.15m/min，吃刀量为 1～2μm。磨削时应使用水溶性乳化液或低 粘度的油类切削液，以防止粉状切屑或脱落的磨粒残留在工件表面上而导致表面很伤和加速砂轮磨损。 （3）研磨和抛光 它是陶瓷材料精密和超精密加工的主要方法。通过研具和工件之间的机械摩擦或 机械化学作用去除余量，它使工件表面产生微小龟裂，逐渐扩展并从母体材料上剥除，达到所要求的尺 寸精度和表面粗糙度。当采用细的粒度、软的研具、低的研磨压力和小的相对速度时，可获得高的表面 质量和精度，但将使加工效率降低。 超精密研磨和抛光时，所用的磨粒径一般在数微米以下。为价止波加工件的氧化或因研磨液中的杂 质引起表面划伤，一般要使用蒸馏水或去离子水。研磨盘的主轴应有高的回转精度和刚度，且转速不宜 太高，以免振动对加工表面产生不利的影响。 采用化学机械研磨和抛光由于伴随化学反应和水合反应， 因而比纯机械研磨和抛光有高的加工效率。 2．陶瓷材料高效、高精加工方法 1．ELID 超精磨削 ELID 是电解在线修整磨削法的简称。它应用由金属结合剂和超硬微细金刚石（或 CBN）磨料组成的 砂轮，并在磨削过程中同时用电解法修锐砂轮，使砂轮始终保持锋利，从而保证在高效条件下进行超精
浅谈工程陶瓷材料加工 摘要：工程陶瓷材料以其优良的物理和化学性能，在航空、航天、电力、冶金、通信、石油化工、机械以及现代生物医学等领域得到了广泛的应用，已成为新材料的发展中 心而受到广泛的关注。本文主要论述了工程陶瓷材料的加工技术现状和一些先进的加 工方法，希望能为研究工程陶瓷提供一些帮助。 关键词：工程陶瓷材料加工电加工超声波加工激光加工国外先进加工技术 0 引言 随着材料科学技术的进步,金属间化合物、工程陶瓷、石英、光学玻璃等硬脆材料以及各种增韧、增强的新型复合材料已成为航空航天、国防科技、生物工程、计算机 工程等尖端领域中应用日益广泛的材料.由于这些材料的超精密表面成形十分困难,且传统加工方法已不能满足现代科技的需求,因此有关其精密、超精密磨削加工技术和材料表面成形技术便成为当今世界各国研究的热点。 工程陶瓷材料是由粉状原材料在高温高压下烧结而成。由于烧结时收缩率较大,无法保证烧结后尺寸精度,而作为工件使用的工程陶瓷件都有一定的形位尺寸精度和表面质量要求,因此需要进行再加工。由于工程陶瓷材料硬度高、脆性大,属难加工材料,一 般加工方法有机械加工、电加工、光加工、超声波加工等。 1 陶瓷材料的结构与特性 陶瓷是典型的硬脆材料,一般定义为由氧、碳、硅、硼等元素烧结而成的无机非金属材料。 1.1陶瓷的结构 陶瓷的特性主要是由它的原子存在状态、原子的构造机理以及它们的晶体结构所决定的.相对于具有晶体高对称度结构的金属来说,陶瓷的晶体结构属于低对称结构,晶体是由共价键和离子键或两者结合的方式形成的。 1.2 陶瓷的力学特 陶瓷材料在室温下不具有塑性.其主要原因是由于陶瓷材料的晶体结构具有很强的方向性,高的晶格能使陶瓷晶体中的空穴和位错迁移十分困难,从而形成了陶瓷
先进陶瓷材料精密件加工方法 -机械加工、电加工、超声波加工、激光加工及复合加工介绍 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 陶瓷材料根据性能要求不同有不同加工方法。目前主要加更方法包括机械加工、电加工、超声波加工、激光加工及复合加工几大类。下面简要介绍下几种陶瓷材料加工方法。 1、陶瓷材料的机械加工 陶瓷材料机械加工主要包括车削加工、磨削加工、钻削加工、研磨和抛光等。
（1）陶瓷材料的车削加工 车削加工主要是用金刚石刀具切削高硬度、高耐磨性的陶瓷材料。多晶金刚石刀具难以产生光滑的切削刃,一般只用于粗加工;对陶瓷材料精车削时,使用天然单晶金刚石刀具,切削时采用微切削方式。由于陶瓷材料硬度和脆性非常大,车削加工难以保证其精度要求,故车削加工应用不多,基本上还处于研究阶段。 （2）陶瓷材料的磨削加工 陶瓷材料的磨削加工是目前已有加工方法中应用最多的一种。磨削加工所用砂轮一般选用金刚石砂轮。对金刚石砂轮磨削机理不同学者有不同的解释，但总的来看有一点是共同的,即脆性断裂是形成材料去除的主要原因。磨削加工中,切屑的清除是一大问题,一般采用冷却工作液清洗。冷却液不仅起到冲洗切屑粉末的作用,而且可以降低磨削区温度,提高磨削质量,减少磨粒周围粘结剂的热分解等。磨削液一般选用清洗性能好、粘度低的磨削液。金刚石砂轮因其选用结合剂种类、磨粒浓度的不同有不同的磨削特性。金刚石颗粒大小是影响陶瓷工件表面质量的又一主要原因。颗粒愈大,所加工表面粗糙度愈大,但加工效率愈高。 （3）陶瓷材料的钻削加工
应用压痕断裂力学分析陶瓷材料的磨削加工 于爱兵 田欣利3 韩建华 林彬 刘家臣 (天津大学高温结构陶瓷与工程陶瓷加工技术教育部重点实验室,天津 300072; 3 装甲兵工程学院材料科学与工程系,北京 100072) 摘 要 应用压痕断裂力学分析陶瓷材料的磨削加工过程,根据陶瓷材料的脆性指数确定临界 磨削力,分别建立了磨削主应力极值与泊松比和磨削分力比之间的回归方程,此简单函数便于计算最大磨削主应力和分析磨削裂纹。脆性指数和泊松比反映陶瓷材料的磨削加工性,磨削方式影响陶瓷材料的去除,通过陶瓷磨削实验证明分析结果。研究结果为陶瓷材料磨削参数的选择和磨削方式的确定提供了理论依据。 关键词 陶瓷 压痕 磨削 应力1 引言 脆性固体的压痕断裂现象一直是材料学者的研究内容之一[1～6]。经历了从早期的准静态压痕断裂[2,3]到移动压头作用下的裂纹扩展[4],从疲劳压痕断裂[5]到动态压痕[6]等研究过程。磨削加 工作为烧结后陶瓷制品的常用机械加工手段之一,是砂轮上锋利的金刚石磨粒与陶瓷表面相互作用,与脆性固体的压痕断裂过程有着共同之处。因此,脆性固体的压痕断裂力学为陶瓷材料的磨削加工提供了丰富的理论基础[7]。本文在研究磨削裂纹形成[8]基础上,进一步分析材料参数和磨削方式对陶瓷磨削加工的影响。 2 磨削应力 陶瓷材料受到金刚石磨粒的法向磨削分力P 和切向磨削分力F 的共同作用,如图1。陶瓷材料内任一点处的应力状态可表示为[4,8]: σrr =P πR 2[(1-2μ2(1+cos φ)-32sin 2φcos φ)+λcos θ(1-2μ2?sin φ(1+cos φ)2 -3sin 3φ2)]σθθ=P πR 2 1-2μ2 [(cos φ-11+cos φ)+λcos θsin φ(1-1 (1+cos φ)2)]σzz =-P πR 232cos 2φ(cos φ+λcos θsin φ) (1) σr θ=P πR 2 λsin θ1-2μ2sin φ(1+cos φ)2σrz =-P πR 23 2cos φsin φ(cos φ+λcos θsin φ)σz θ=0教育部科学技术研究重点项目,高温结构陶瓷与工程陶瓷加工技术教育部重点实验项目1作者简介:于爱兵(1968～),男,博士,副教授1主要从事陶瓷冷加工技术及表面处理方面的研究1 其中,R 为磨削应力场中任一点与磨粒间的距离;θ为R 在oxy 平面的投影r 与x 轴之间的夹角;φ为R 与z 轴之间的夹角;λ为切向磨削分力与法 向磨削分力之比,即λ=F/P;μ为陶瓷材料的泊松比(P oiss on ′s ratio )。磨粒在陶瓷材料表面接触点附近产生局部塑性变形区域,以特征尺寸a 表 8 5