陶瓷磨削机理_刘子旭

陶瓷磨削加工性系统研究的开题报告
标题：陶瓷磨削加工性系统研究
研究目的：
随着陶瓷材料的应用范围日益扩大，磨削加工作为一种常用的加工
方式，对于优化工艺、提高陶瓷零件的成形精度和表面质量等方面有着
重要意义。

因此，本研究旨在探究陶瓷磨削加工性系统的相关参数和机理，为陶瓷制造行业的发展提供理论基础和实际应用指导。

研究内容：
1. 分析陶瓷磨削加工的基本原理和加工过程，深入研究陶瓷表面形
态学特征和机械性能对磨削加工的影响。

2. 研究不同磨削参数对陶瓷表面质量和工件精度的影响，构建陶瓷
磨削加工的质量控制模型。

3. 探究磨削液在陶瓷磨削加工中的作用机理和优化配方，提高陶瓷
磨削加工的加工效率和表面质量。

4. 研究增材制造中陶瓷磨削加工的应用现状和发展趋势，探索有效
的制造工艺。

研究方法：
1. 实验方法：利用磨削试验系统对不同陶瓷材料进行磨削加工实验，分析影响磨削加工的各项工艺参数。

2. 理论方法：根据磨削力学原理，建立陶瓷磨削加工的力学模型，
分析不同工艺参数对加工结果的影响。

3. 统计方法：对实验结果进行数据处理和分析，绘制磨削加工的工
艺图和表征工具，得出有效结论。

研究意义：
本研究所取得的成果，将为优化陶瓷磨削加工的工艺、提高陶瓷零件的成形精度和表面质量等方面提供一定的理论依据和实用指导，为陶瓷制造行业的发展做出贡献。

同时，本研究所探究的润滑剂的配方和应用效果，可以为研制新型润滑剂以及提高陶瓷制造生产效率提供借鉴和思路。

工程陶瓷材料磨削加工技术及工艺研究摘要：工程陶瓷材料具有优良的物理、化学、力学性能，在许多领域得到广泛的应用。

磨削加工是工程陶瓷材料去除加工的基本途径，磨削加工工艺是现今最成熟的陶瓷材料加工工艺，本文概述了工程陶瓷材料磨削加工机理、加工方式、对磨削加工的影响因素，表面损伤（表面裂纹、残余应力）及测试，提出了其高效高精密加工的研究方向。

关键词：工程陶瓷；磨削机理；磨削方式；表面损伤Engineering Ceramics grinding technology and process researchAbstract: Engineering Ceramics material with excellent physical, chemical, mechanical had a wide range of applications in many fields. Grinding was the basic way to removal machining of engineering ceramics, grinding technology was the most sophisticated ceramic materials processing technology. This paper provides an overview of engineering Ceramic grinding mechanism, processing methods and affecting of the grinding, surface damage (cracks, residual stresses on the surface) and test, introduced its high efficiency and high precision machining research direction.Key words: ceramics; Grinding mechanism; Grinding mode; Cosmetic damage工程陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及轻质量、导热性能好等诸多优点，是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”，在国防、航空航天、电子、汽车等领域而得到了广泛的应用[1]。

SiC陶瓷的磨削去除机理及参数对磨削力影响
周云光;田川川;王书海;陈晗
【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】为探究SiC陶瓷的磨削去除机理及磨削参数对磨削力影响规律,基于SPH(smoothed particle hydrodynamics)法建立了单磨粒冲击SiC陶瓷仿真模型,分析了SiC磨削裂纹产生和扩展机制;通过单因素试验分析了v_(s),v_(w)和a_(p)对SiC磨削去除机理、法向磨削力和切向磨削力的影响规律.结果表明,磨粒冲击导致中位裂纹和横向裂纹产生,随着磨粒压入深度的增加,横向裂纹向材料近表面区域扩展,当横向裂纹扩展至材料表面形成脆性断裂;随着v_(s)的增大,v_(w)和a_(p)的减小,磨削表面产生的凹坑区域和凹坑深度减小,塑性去除区域变大,法向磨削力和切向磨削力均呈减小趋势.研究成果为SiC构件的高效低损伤加工提供重要依据.
【总页数】7页(P548-554)
【作者】周云光;田川川;王书海;陈晗
【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院;中航沈飞民用飞机有限责任公司;秦皇岛瑞方机械有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH161
【相关文献】
1.碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响
2.树脂金刚石砂轮磨削钒酸钇晶体中磨削参数对力和磨削表面质量的影响
3.纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理及磨削加工技术
4.单颗磨粒超声辅助磨削SiC陶瓷材料去除机理
5.高温结构陶瓷的磨削去除机理及磨削加工技术
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米结构陶瓷涂层精密磨削的初步分析刘伟香【摘要】近年来纳米结构陶瓷涂层材料得到了广泛应用.本文介绍了纳米结构陶瓷涂层材料的磨削特性,概述了工程陶瓷材料的磨削性能,时纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理进行了初步分析.【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(024)001【总页数】2页(P79-80)【关键词】纳米结构陶瓷涂层;精密磨削;材料去除机理【作者】刘伟香【作者单位】湖南理工学院机械工程学院,湖南岳阳414006【正文语种】中文【中图分类】TH161+.1随着生产力发展及科学技术进步,各个领域对产品材料的性能要求越来越高,近年来新出现的纳米结构陶瓷涂层材料具有高硬度、高强度、耐高温和耐磨损特性,使其在机械制造、工具行业、电子、计算机、国防、航空航天、地质勘探业等领域得到广泛应用.然而纳米结构陶瓷涂层材料的加工较困难,采用超硬磨料磨削加工成为其最重要加工方法.纳米结构陶瓷涂层材料要获得更多工业化商业化应用的前提是,其制成的元器件不但其制备加工方法成本要低,效率要高,而且加工后表面质量要好,尺寸精度要高,即要求加工方法经济高效低损伤.因此纳米结构涂层的使用性能不但取决于其纳米结构涂层组装技术,也取决于其后续的精密加工技术.纳米结构的摩擦磨损特性及耐磨性能在很大程度上反映了材料精密磨削的可磨削性.可磨削性一般通过磨削加工的磨削力、比磨削能、材料去除机理、磨削表面粗糙度、磨削加工后表面/亚表面损伤以及磨削后试件耐磨性等指标来评估.纳米结构涂层材料的物理机械性能及显微结构特性在很大程度上决定了其可磨削性.对陶瓷涂层材料和块材的大量研究表明,有多种磨损机理存在,普遍认为陶瓷材料的耐磨损性能与材料的显微硬度、韧性、显微结构、缺陷种类以及材料硬度和磨料硬度之比有关. 纳米结构陶瓷涂层材料耐磨性能比普通结构陶瓷涂层要高.纳米结构氧化铝/氧化钛复合陶瓷涂层抗磨损性是普通涂层的3～4倍,添加ZrO2到Al2O3/TiO2纳米粉中进行热喷涂,在保持硬度与普通涂层相同的条件下,也大大提高了其抗磨损性能.等离子喷涂的纳米WC/Co涂层在 40～60N的载荷下,其磨损率仅是同条件下普通涂层磨损率的六分之一,其显微结构的变化引起了涂层硬度和韧性的提高,因而也提高了其抗磨损性能.纳米结构陶瓷涂层材料的抗磨损性能与涂层的硬度并不是简单的线性关系.涂层的抗磨损性能不仅取决于涂层的断裂韧性、弹性模量、摩擦过程中显微结构的变化,还与涂层的密度和涂层的硬度有关.磨削加工过程实质就是材料的损伤过程,磨料通过对被加工陶瓷材料的有限度的损伤而实现加工.在一般的磨削加工条件下,陶瓷材料的加工区可分为非弹性变形区和弹性变形区.非弹性区主要以显微塑性变形、微观裂纹、晶粒细化及碎裂的材料粉末化、气孔及疏松区塌坑等为主,弹性区则以微观裂纹、宏观裂纹为主要表现形式.陶瓷的高硬度和高脆性使其磨削加工时容易产生表面/亚表面损伤,这些损伤包括显微裂纹、显微塑性变形、相变、残余应力、晶粒细化及碎裂的材料粉末化、宏观裂纹(中位/径向裂纹和横向裂纹)、气孔及疏松区塌坑等.气孔及疏松区塌坑、宏观裂纹等表面/亚表面损伤将显著地改变材料性能,使其强度降低,甚至使零部件产生破坏性失效.通常磨削条件和材料显微结构及特性对磨削损伤的产生和损伤特征起决定作用.陶瓷材料的高效精密磨削加工的根本目标就是在保持足够的材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大材料去除率.但通过采用大的材料去除率来降低加工成本,又会受到那些导致陶瓷元件强度损失的表面/亚表面损伤所限制.工程陶瓷磨削的材料去除机理有以下三种分类方式:第一种分类方式,一般文献所指出的工程陶瓷磨削存在脆性去除方式和延展性(或塑性)变形去除方式.按这种分类方式,脆性去除方式包括了材料粉末化去除方式.脆性去除方式和延性变形(或塑性)去除方式是共存的,哪种材料去除方式占主导由被加工材料的特性、磨削工艺条件及砂轮特性等因素决定.第二种分类方式,材料去除机理的三种方式即:延性(或塑性)变形去除方式、粉末化去除方式和脆性去除方式.而脆性去除方式包括了材料脆性碎裂和材料压碎等去除方式.第三种分类方式,基于材料磨削加工分为非弹性变形区和弹性变形区,把陶瓷磨削的材料去除机理分为两大类,一类是包括塑性变形和材料粉末化等去除方式的非弹性变形去除方式,另一类是包括材料脆性碎裂和材料压碎的脆性去除方式.在纳米结构陶瓷涂层磨削的材料去除过程中,非弹性变形去除方式和脆性去除方式是共存的,非弹性变形主要是显微塑性变形、材料粉末化等方式,脆性去除方式指材料碎裂和材料压碎等材料去除方式.哪种材料去除方式占主导受磨削工艺条件、被加工材料显微结构和材料特性参数、砂轮特性等控制.通过对纳米结构陶瓷涂层耐磨性的研究可以得知,在其它磨削条件相同的情况下,纳米结构陶瓷涂层磨削的磨削力将比普通结构陶瓷涂层磨削的磨削力要大.在纳米结构WC/Co涂层磨削的材料去除中,占主导地位的是塑性变形去除方式,磨削表面粗糙度低;而在纳米结构Al2O3/TiO2涂层磨削的材料去除中,占主导地位的是脆性去除方式,磨削表面粗糙度较大.由于纳米结构陶瓷涂层的脆性较大,因而容易产生磨削表面/亚表面损伤.【相关文献】[1]刘伟香.纳米结构陶瓷涂层的磨削机理[J].机械制造,2007,(10):42～44[2]刘伟香.纳米陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究进展[J].机电工程,2007,(9):19～22[3]陈煌,林新华,曾毅,等.热喷涂纳米陶瓷涂层研究进展[J].硅酸盐学报,2002,30(2):235～239[4]梁秀兵,邓智昌,许一,等.热喷涂纳米粉体材料及其涂层制备[J].材料工程,2002:38～41[5]欧忠文,徐滨士,马士宁.纳米表面工程中的纳米结构涂层组装[J].机械工程学报,2002,38(6):5～10。

口腔陶瓷修复材料加工工艺探讨【摘要】文章分析了目前常用的口腔陶瓷修复材料，以及口腔CAD/CAM系统的原理，和可选的口腔修复提加工工具，据此分析磨削加工工艺的影响因素等，为提高口腔陶瓷修复材料质量奠定理论基础。

【关键词】影口腔陶瓷修复材料；CAD/CAM系统；磨削加工工艺1 引言口腔修复，即是俗称的镶牙，主要是针对牙齿缺损、牙齿缺失后的治疗工作，包括嵌体、全冠、义齿等。

近年来，随着生活水平的提高，各种不良生活习惯和错误刷牙习惯的影响，各种口腔疾病不断增多，进行口腔修复的人也越来越多。

口腔陶瓷修复体即指义齿，属于色泽与真牙十分接近，生物相容性好，耐磨性强的口腔修复材料，在口腔修复领域得到广泛应用。

2口腔陶瓷修复材料分析当前使用的可切削的口腔陶瓷修复材料有多种，包括长石瓷、玻璃瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、玻璃渗透陶瓷等五大类。

长石瓷本质属于硼硅长石质玻璃，可用于前牙贴面、全冠以及后牙嵌体等作用，美观度高，且磨耗度接近真牙，进行研磨抛光后可直接应用。

玻璃瓷是微晶体和玻璃的结合物，本质属于硅酸盐材料，透光性和切削性好，可用于贴面、嵌体以及制作前后牙单冠。

氧化铝瓷是在玻璃基质中分散分布一些氧化铝结晶，强度很高，可用于嵌体、单冠、前牙桥和后牙冠的制作。

氧化锆瓷相比其他陶瓷材料具有更好的强度和韧性，可用于冠及固定桥。

玻璃渗透陶瓷属于复合材料，包括至少2种材料，强度和韧性较好，多用于修复后牙。

3口腔修复体ＣＡＤ／ＣＡＭ系统与加工工具3.1口腔ＣＡＤ／ＣＡＭ系统CAD/CAM技术即计算机义齿辅助设计与辅助制作技术，是本世纪口腔修复领域最大的进展之一，从根本上改变了传统的义齿制作方法。

CAD/CAM技术的基本方法为对预备好的基牙进行三维形态测量，然后利用计算机实现图像化与设计，并模拟修复体的形态，再通过数据仿真加工完成义齿的制备。

目前应用于口腔修复的CAD／CAM系统主要用于完成固定修复，制作嵌体、贴面、前后牙全冠、烤瓷冠的基底冠、全冠烤瓷的桥体支架、全口义齿的基托等。

（４）耐高温，热膨胀系数小在一些高温环境中，要求陶瓷球既要保证一定的强度，又要保证尺寸精度。

例如，喷气发动机为了追求高的推重比（即推力大、重量轻），轴承的工作温度提高到６００＂Ｃ以上，而一般钢滚动轴承的承受温度仅为２５０＂（２，这时就要考虑使用陶瓷球轴承。

如氮化硅陶瓷的最高使用温度为８００＂Ｃ左右，热膨胀系数为轴承钢的三分之一左右。

（５）耐腐蚀特种条件下工作的许多设备，其中的轴承、阀门要求耐酸碱腐蚀、耐水锈蚀，如海洋、化工、食品加工等领域，陶瓷球轴承完全可满足这一要求，比如碳化硅陶瓷可以抵抗氢氟酸的侵蚀。

目前，制作陶瓷球的材料主要有碳化硅、氮化硅、氧化锆和氧化铝。

图２．１为这四种陶瓷材料制作的陶瓷球。

表２．１为陶瓷材料与钢材料基本性能对比。

（ａ）碳化硅（ｂ）氮化硅（ｃ）氧化锆（ｄ）氧化铝图２．１陶瓷球表２．１陶瓷材料和钢材料基本性能对比机械科学研究院硕士学位论文（ａ）碳化硼（ｃ）金刚石图３．５磨料形貌图表３．２磨料硬度（ｂ）金刚砂磨科硬度（ｋｇ／—２）金剐石碳化硼金刚砂１００００左右４０００～５０００３．４试验流程本试验的方案设计为：（１）四种陶瓷的腐蚀面分析；（２）四种陶瓷的断口分析；（３）四种陶瓷的压痕试验；（４）四种陶瓷球的研磨试验；（５）碳化硅陶瓷球的研磨试验；（６）碳化硅陶瓷球的抛光试验；（７）表面形貌分析；（８）结果分析与讨论．碳化硅陶瓷球的研磨试验碳化硅陶瓷球的抛光试验表面形貌分析结果分析与讨论图３．６试验流程图３．５性能测试及组织结构观察３．５．１密度测试按照ＧＢ／Ｔ３８５０－１９８３中的方法，测量碳化硅，氮化硅、氧化锆和氧化铝四种试样的密度。

３．５．２腐蚀试样的制备采用２０、ｌＯ、５、３．５和１．５ｐｍ的金刚石研磨膏对预腐蚀面进行逐步抛光，然后在一定条件下进行腐蚀。

利用Ｓ－５７０型扫描电镜观察。

表３．３为试样的腐蚀方法。

表３．３试样腐蚀方法试样腐蚀条件碳化硅氮化硅氧化锆氧化铝在煮沸的铁氰化钾，氢氧化钾和水（质量比ｌｔ１：ｌＯ）的混合溶液中浸泡１５ｍｉｎ在熔融的氢氧化钾中浸泡５ｒａｉｎ在１４３０＇ｃ保温ｌｈ在１４８０℃保温ｌＯｍｉｎ３．５．３断口试样的制备用压力机将陶瓷球压碎，将碎块用超声波清洗。

文章编号!"##$%"&’()’##’*"+%",#+%#$陶瓷磨削材料去除机理的研究进展邓朝晖副教授邓朝晖张璧孙宗禹周志雄摘要!磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法-为了开发新的高效.低成本.低损伤加工陶瓷的方法-需要更深入地揭示其加工机理/介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展-就其进行了一定的讨论-并得出相关的结论/关键词!先进陶瓷0材料去除机理0脆性断裂0塑性变形0延性域磨削中图分类号!12",文献标识码!3收稿日期!’##"4#54’6基金项目!国家+,&高技术研究发展计划资助项目)’##"33$’""+#*工程陶瓷具有高硬度.高耐磨损.抗腐蚀.耐热特性.高刚度重量比.低密度和极强的化学惰性等诸多优越性能-被广泛应用于精密轴承.汽车零部件.仿生兼容植入体.密封元件.耐火材料.切削刀具和电子元器件等/这些陶瓷元器件的应用是需要高的尺寸精度和表面完整性的-其加工成本已达整个陶瓷元件成本的+#785#7/显然-陶瓷元件的加工高成本以及难以控测的加工表面损伤层-使其更广泛地应用受到限制9":/在陶瓷加工中-使用金刚石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法-占所有加工工艺的+#7/由于陶瓷材料的高硬度和高脆性-被磨陶瓷元件大多会产生各种类型的表面;亚表面损伤9’8<:/陶瓷高效磨削加工的目标是在保持足够材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率/然而-采用大的材料去除率降低加工成本-又受到导致陶瓷元件强度损失的表面;亚表面损伤所限制9,-6:/本文主要就国内外在陶瓷磨削的材料去除机理方面所取得的研究进展做一个介绍-并就其展开一些讨论/"陶瓷磨削的材料去除机理材料去除机理一般有脆性断裂和塑性成形9+:/通常情况下-脆性断裂的材料去除方式是通过空隙和裂纹的成形或延展.剥落及碎裂9<-5:等方式来完成的/而塑性成形去除方式类似于金属磨削中的切屑成形过程-其中涉及了滑擦.耕犁和切屑成形-材料是以剪切切屑成形方式去除的9<-"#:/陶瓷磨削大多使用了压痕断裂力学模型或切削加工模型近似处理/材料去除基于晶粒去除.剥落.脆性断裂.破碎.晶界微破碎粉末化去除和塑性成形去除方式等9"#8"&:/=>=压痕断裂力学模型和切削加工模型压痕断裂力学模型是把陶瓷磨削中磨粒与工件的相互作用看作小规模的压痕现象-由普通维氏四面体压头在玻璃和陶瓷的法向方向接触下所获得的变形和断裂-见图"9"$:/在压头正下方是塑性变形区-从这个永久变形区开始形成’个主要的裂纹系统!中央;径向裂纹和横向裂纹/材料强度的降低通常是由中央;径向裂纹和残余应力的扩展引起的/图"普通维氏四面体压头作用变形和裂纹系统图横向裂纹是在卸载时产生于靠近塑性区底部-并在与样件表面几乎平行的面上横向扩展-裂纹向自由表面的偏移导致材料的断裂去除9"<:/研究表明-当用钝的压头对脆性材料进行压痕试验时-将产生赫兹锥形裂纹-显然-由钝压头和锐压头所产生的应力场是不同的/对于锋锐压头-将在压头尖端正下方相当小的区域里产生压应力场-在径向方向-存在特别的拉应力以至会产生裂纹/对于钝的压头-所产生的应力场主要为压应力-这些自激压裂纹将会抑制裂纹生成/?+#,"中国机械工程第"&卷第"+期’##’年5月下半月万方数据根据压痕断裂力学模型!只要压头上所受的力超过一临界值!就会产生裂纹!材料便以断裂方式去除"研究表明!产生中央#径向裂纹的临界载荷为$%&’()*+,-+./#012,3.4,5#673.%3式中!/为常数!普通维氏压头/*1890和2为常数!0:%!2:;<1945为陶瓷材料的断裂韧性96为材料的硬度"图%中横向裂纹长度=>可用简单的样板原理建立模型$%+’!如果用?表示自由表面到裂纹表面的距离!若=>@?!则横向裂纹大小$%+’为=>*=>$%A (;#B 3%#,’%#1.13(;C .D ;#E 13.F G H I3A 1#7.4,5#673.J #63.73=>C $D %.F G H I3+#&E A %#1.4563A %J 7#,’%#1(+#K .,3式中!D ;L D %和E 为常数"对于大接触载荷.(@(;3!由式.13可简化为(A M =+#K>!这与中央#径向裂纹的公式.(A M=7#1>3相似"产生横向裂纹的最小临界载荷()>为$%N ’()>*D .4,5#673O .J #63.+3式中!D 为量纲一常数9O .J #63为衰减函数!这里D O .J #63:1P %;+"将()>值与单颗磨粒平均载荷相比较!可以用来预测磨削过程是横向断裂过程还是塑性切除过程"从式.+3看出!产生裂纹的载荷临界值与陶瓷材料的硬度及断裂韧性相关!当载荷低于这一临界值!横向裂纹就不会出现!磨粒与工件界面将产生塑性流动"切削加工模型则是近似包括了切削力测量和磨屑及加工表面形貌显微观察在内的通用磨削机理研究方法"该模型近似研究常常要用到扫描电子显微镜L 透射电子显微镜或其它一些观测方法"从陶瓷磨削加工过程中产生的磨屑形态来看!材料主要以脆性断裂方式被去除!但脆性断裂所消耗的能量不足实测比能的%Q"在磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的纹路!而且在纹路两侧有明显的塑性变形凸起及撕裂涂覆物"引入磨粒耕犁面积的概念!发现能量消耗与其存在较好的线性关系!因而推断陶瓷磨削中能量主要消耗于发生在耕犁过程中的塑性变形"进一步研究表明!表面耕犁能与陶瓷材料性能指标间有一定的对应关系!特别是与材料硬度6和断裂韧性45关系最为密切!表面能正比于47#156"R -S 陶瓷磨削中的材料脆性去除脆性去除主要有晶粒去除L 材料剥落L 脆性断裂L 晶界微破碎等"在晶粒去除过程中!材料是以整个晶粒从工件表面上脱落方式被去除的"这种材料去除机理发生同时伴有材料的剥落去除方式!而剥落去除方式是陶瓷材料磨削中十分重要的去除机理$%1’"在材料剥落去除机理中!材料是因磨削过程中所产生的横向和径向裂纹的扩展而形成局部剥落块来去除的!但裂纹的扩展会大大降低工件的机械强度"当用金刚石砂轮磨削多晶结构氧化铝陶瓷时!材料去除主要以脆性断裂方式完成"当磨粒从一开始磨过陶瓷表面时!在材料亚表面层产生了内应力!裂纹形成及扩展导致材料强度和精度的损失"因此!当砂轮再次磨过表面时!大部分磨削比能并不消耗于切屑成形方面!这缘于材料已脆裂!也就是说!一些结合键.剂3已被破坏!磨粒仅仅是在移去这些材料"除了横向裂纹断裂.剥落3方式外!材料脆性去除还和破碎.碎裂3有关$K !%7’!磨粒前端和其下面的材料破碎是表面圆周应力和剪切应力分布引起的各种形式破坏的结果$%K ’"对氮化硅$T ’和氧化铝陶瓷$%T ’的刻划实验显示了沿沟痕的塑性变形L 横向断裂以及刀头前方的破碎现象"热压氧化铝陶瓷的观察结果见图1"当切深为%U V 时!只有塑性变形引起的耕犁脊峰.见图1W 3!这表明径向载荷低于产生裂纹的临界载荷值9当切深为%X 7<+U V 时.见图1Y 3!在沟痕表面可同时观察到鳞状破裂裂纹和塑性流动!且材料的去除多为细小破碎微粒形式9当切深达到%;U V 时.见图1F 3!横向裂纹从切沟径向扩展!当切深更大时将导致大规模的铲除和破碎"图1氧化铝陶瓷的刻划实验过程示意图最近对氧化铝L 玻璃陶瓷L 氮化硅L 碳化硅等ZT ;&%Z 陶瓷磨削材料去除机理的研究进展[[邓朝晖张璧孙宗禹等万方数据陶瓷材料加工的观察表明!在陶瓷磨削过程中晶界微破碎和材料晶粒状位错在材料去除过程中也起了关键作用"#$%&在磨削过程中!单个金刚石颗粒与陶瓷工件的接触会产生一个含有分布状晶界微裂纹的损伤区!磨削中材料去除则是通过单个颗粒从这些晶界微破碎处的位错方式来完成的&’()材料的粉末化去除机理"*%在精密磨削过程中!当磨削深度在亚微米级时!碎裂和破碎机理不会发生!此时主要可能发生材料粉末化现象&材料粉末机理是磨削过程磨粒引起的流体静态压应力所包围的局部剪切应力场所引起的晶界和晶间微破碎的结果!陶瓷材料晶粒因粉末化去除被碎裂成更细的晶粒!并形成粉末域&在一配有空气静压主轴与导轨的精密磨床上进行了一系列单刃磨削和金刚石砂轮磨削实验!被磨材料为热压氮化硅和热压氧化铝陶瓷&对于单刃磨削!砂轮速度为+,$$-.-/0!切除为$1 +,2-!不加冷却液3对于金刚石磨削!砂轮速度为+,$$-.-/0!切深为+*2-!加冷却液&用锥度抛光法4断裂法4腐蚀法4扫描电子显微镜及透射电子显微镜等技术检测了磨削工件的表面!结论是在单刃陶瓷磨削中观测到的是粉末形成而不是延展形式!这产生于复合应力状态引起的微粉碎&被粉碎的材料与主体材料相比结合比较松散!可通过在接触区的磨粒与工件接触面处施加流体静压应力使其重新紧密&当切深小于临界值时!陶瓷材料只经历粉碎无宏观断裂!磨粒尺寸越大!产生的粉末越多&在单刃磨削中!材料横向滚动形成堆积!切深越小!堆积系数越大&在给定切深条件下!氮化硅堆积系数比氧化铝陶瓷的略大!这是因为在氮化硅上产生的粉末层厚度大于在氧化铝上产生的粉末层厚度&’(5陶瓷材料的塑性变形去除机理在一定的加工条件下!任何脆性材料能够以塑性流动的方式被去除!压痕断裂力学模型预测了产生横向裂纹临界载荷"+,%!在低于这一临界载荷加工条件时!材料去除将以塑性变形去除为主&在硅和锗的单刃倾斜切削实验中"+6%!达到临界切削深度后!最初的塑性流动不断地转变为脆性断裂状态!法向力在塑性区域里随切削深度呈线性增大&而在脆性区域里!法向力波动且并未增大多少!这表明了切削力和加工能量主要消耗于塑性流动!塑性区域被磨的试件呈现出更好的表面质量及强度&文献"+$%对陶瓷材料的塑性域磨削进行了系统的研究!研究中采用了配有超精密进给控制装置的专用磨床!结构刚性好!实时控制磨削进给!使用先进砂轮修整技术和环境抗干扰技术&在磨削深度足够小的情况下!所有脆性材料将以塑性流动去除而不是以脆性断裂去除&研究表明!对于各种脆性材料在对应的脆性转变时的磨削进给量与材料性能7如断裂韧性4硬度4弹性模量8之间存在一定的关系!这种关系可通过一个简单的能量原理方程来描述&碳化硅的塑性状态磨削的磨粒切削深度9:;约为$<#2-或更少!当9:;大于这个数值时!磨削方式从塑性转变为脆性去除&=/>?0@对塑性域磨削方式的定义是基于脆性材料被磨表面的破碎表面相对面积率为+$A以下&不同的结论来自于B?C D E等"#+%的研究!在他们的研究中!临界值9:;比经采用=/>?0@定义所确定的9:;值要稍大点!这表明!破碎损伤表面率应大于+$A&如果把塑性域磨削方式定义为获得最大表面强度的磨削方式!可发现对于热压氮化硅陶瓷的金刚石磨削!其临界的9:;约等于$<+, 2-&尽管塑性域磨削方式能获得相当好的表面质量!但这种加工方式效率较低且成本高&一种可能的增加塑性流动并也能得到高磨除率的加工方式是采用高的砂轮磨削速度&提高砂轮速度FG可以在不降低材料去除率的前提下降低单颗磨粒的未变形切屑厚度!这就意味着单颗磨粒的磨削力较小!表面粗糙度小!表面碎裂少!表面强度损失减小&用+#$H金刚石砂轮磨削I=J K的实验结果表明!在+L$-.M速度下!表面崩裂的比例由#*-.M 的N O A降到+#A&尽管高速磨削可降低磨削力和砂轮磨损!提高被磨陶瓷工件表面加工质量和强度!但对高速和超高速磨削!还有许多问题需要解决!如砂轮平衡4安全性!大的主轴功率!充足的冷却液以及高速情况下急剧增加的滑擦效应和动水压力影响等问题&研究还表明!高速4超高速磨削中的表面破碎减少和塑性流动的显著增加可能与在较高磨削温度下所形成的玻璃相有关"L%!至于当磨削温度高时破碎比例减少是否能使强度损失减少还有待进一步研究&#讨论和结论陶瓷磨削在材料去除机理4损伤机理和其它加工现象等方面与金属磨削有很大的不同!陶瓷的磨削加工受很多因素的影响!如机床刚度4砂轮磨粒尺寸和粘结剂类型4磨削加工工艺参数4工件P$+,+P 中国机械工程第+Q卷第+O期#$$#年6月下半月万方数据材料特性!修整条件和冷却液的供给状况等"用来磨削加工陶瓷的机床必须是机床刚度高!振动小!冷却系统好!运动定位精确!动态平稳及具有多轴#$#功能"在陶瓷加工中%其目标就是在不损伤最终加工产品的机械性能前提下尽可能地提高材料的磨除性能和加工效率"显然%开发新的高效!低成本!低损伤的加工方法%还需要深入地研究陶瓷磨削加工的材料去除机理"可以认为%在陶瓷材料的材料去除机理中%一般有脆性断裂去除!粉末化去除以及塑性成形去除等&种方式"陶瓷工件材料的特性如其强度!硬度和断裂韧性显然是控制其材料去除中脆性断裂和塑性变形的主要因素"当然其它因素诸如磨粒切削深度!砂轮及其修整条件!机床刚度等%也是影响陶瓷元件磨削加工中材料去除机理的主要因素"参考文献’()*于怡青%徐西鹏%沈剑云等+陶瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展+湖南大学学报%),,,%-./-0’1234.(-*567896::;<%5=>?@6A B;%C=D7E8?F D F=GH I J K+G L>A M>N D676:O M=:>P F Q>R F=86:S>P9D7F B#F=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),2,%&2/-0’.,,3X Y2(&*Z[;;<%\>9>7?D=O%U L F8Q<+S>N F=D>A V F?6L>A>7B]>?>^F_6=?>N D67SF P9>7D8?8D7‘=D7B D7^O D A D P67$D N=D B F+\+S>N F=+V F8+%),,.%))’)X)X3)X-1(1*Q U<%Q D>L5a+O M=:>P F b O M c8M A:>P F]>?>^F>7B N9F_=>P N M=F O N=F7^N96:‘=6M7B#F=>=7D P8+\+S>N F=+W=6F+5F P976A+%),,.%4X’-Y X3--Y(4*d;T$‘C D%;6e F85]+S>N F=D>A f V F P N>A SF P9>7D8?8D7‘=D7B D7^#F=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),,1%1&/)0’&Y43&Y2(.*S>A E D7O%V D N N F=\G+‘=D7B D7^SF P9>7D8?>7B O N=F7^N9]F^=>B>N D67:6=#F=>?D P8+T O SG+\+6:G7^+:6=U7B+%),2,%)))’).X3)X&(X*S>A E D7O%;e>7^5a+‘=D7B D7^SF P9>7D8?8:6= #=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),,.%14/-0’4.,342Y(2*#67e>R\#%<D=P97F=;W+#=>P EC=>7P9D7^>8> SF P9>7D8?6:#=M89D7^]M=D7^‘=D7B D7^+\+T?F=%#F=>?+O6P+%),2.%.,’.Y&3.Y X(,*<D=P97F=;W+]>?>^FW F7F N=>N D67>NG A67^>N F B S>P9D7D7^‘=66L F8D7;6N f W=F88F B O D&$1+\+T?F=+#F=>?+O6P+%),21%.X’)-X3)&-()Y*C D:>765‘%]6e5T%O P>N N F=^66B V g+ ]M P N D A F f V F^D?F‘=D7B D7^’T$F e5F P976A6^R:6=S>P9D7D7^C=D N N A FS>N F=D>A8+T O SG+\+6:G7^+:6=U7B+%),,)%))&’)213)2,())*U7>P D6V F^D>7D%_6=N M A>7#T%W M=h M F=D6CB F S+ T c=>8D L F S>P9D7D7^6:T B L>7P F#F=>?D P8+U7B M8N=D>A]D>?67BV F L D F e%-Y Y Y/)0’&X31-()-*O M c=>?>7D>7<%V>?>7>N9O%S>N8M B>i g+ W=F P D8D67W=6B M6N D67‘D7B D7^6:_D7F#F=>?D P8+U7B M8N=D>A]D>?67BV F L D F e%),,Y%4Y/41Y0’-413).-()&*Q>=P9M E5\%#67e>R\=\#%<D=P97F=;W+ #=M89D7^>8>SF P9>7D8?6:S>N F=D>A V6?6L>A]M=D7^T c=>8D M FS>P9D7D7^+\+T?F=%#F=>?+O6P+%),24%.2’-Y,3-)4()1*Q>e C V%O e>D7S j+SD P=6:=>P N M=FC F7F>N9 W6D7NU7B F7N>N D67D7C=D N N A F O6A D B8+\+S>N F=+O P D+%),X4%)Y’))&3)--()4*S>=89>A A]C%Q>e7CV%G L>78T‘+G A>8N D P b W A>8N D P U7B F7N>N D67]>?>^F D7#F=>?D P8’59FQ>N F=F B#=>P EO R8N F?+\+T?F=+#F=>?+O6P+%),2-%.4’4.)34..().*Q>e7C V%G L>78T‘+T S6B F A:6=#=>P E U7D N D>N D67D7G A>8N D P b W A>8N D P’U7B F7N>N D67_D F A B8+\+S>N F=+O P D+%),X X%)-’-),43-),,()X*#9D>7^O O%S>=89>A A]C%G L>78T‘+59F V F8@678F6:O6A D B8N6G A>8N D P b W A>8N D PU7B F7N>N D67+U U+_=>P N M=FU7B F7N>N D67+\+T@@A+W9R8+%),2-%)4&’&)-3&)X()2*#67e>R\=\#%<D=P97F=;W+59FSF P9>7D P86: #=>P E U7D N D N>N D67>7B W=6@>^>N D67C F7F>N9>S6L D7^O9>=@U7B F7N6=+\+S>N F=+O P D+%),2Y%)4’-2X,3-22&(),*d;T$‘C%56E M=>;%i689D E>e>S+O N M B R67 O M=:>P F#=>P E D7^6:T A M?D>O P=>N P9F Bc RO D7^A Ff@6D7N]D>?67B+\+S>N F=+O P D+%),22%-&’&-)13&--1(-Y*Z M;;<%\>9>?D=O+SD P=68N=M P N M=F>7B S>N F=D>A V F?6L>A D7O P=>N P9D7^6:T A M?D7>+\+S>N F=+O P D+%),,4%&Y’--&43--1X(-)*S>R F=\G%_>7^‘W+]D>?67B‘=D7B D7^6: O D A D P67$D N=D B F#F=>?D P+S>P9D7^6:T B L>7P F BS>N F=D>A8%$U O5O@F P D>A W M c A D P>N D67%),,&%21X’-Y43---/编辑周本盛0作者简介’邓朝晖%男%),.2年生"湖南大学/长沙市1)Y Y2-0机械与汽车工程学院副教授%在职博士研究生"研究方向为现代磨削技术和制造系统工程"发表论文&Y余篇"张璧%男%),4X年生"湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心总工程师!教授!博士研究生导师%长江学者"孙宗禹%男%),&.年生"湖南大学机械与汽车工程学院教授!博士研究生导师"周志雄%男%),4&年生"湖南大学机械与汽车工程学院教授!博士研究生导师"k)).)k陶瓷磨削材料去除机理的研究进展ll邓朝晖张璧孙宗禹等万方数据陶瓷磨削材料去除机理的研究进展作者：邓朝晖， 张璧， 孙宗禹， 周志雄作者单位：邓朝晖(湖南大学,长沙市,410082)， 张璧(湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心)， 孙宗禹,周志雄(湖南大学机械与汽车工程学院)刊名：中国机械工程英文刊名：CHINA MECHANICAL ENGINEERING年，卷(期)：2002,13(18)被引用次数：13次1.Kirchner H P Damage Penetration at Elongated Machining Grooves in Hot-Pressed Si3N4 19842.Conway J C;Kirchner H P Crack Branching as a Mechanism of Crushing During Grinding 19863.Malkin S;Hwang T W Grinding Mechanisms for Cramics 1996(02)4.Malkin S;Ritter J E Grinding Mechanism and Strength Degradation for Ceramics 19895.Xu H H K;Jahanmir S;Ives L k Material removal and damage formation mechanisms in grinding silicon nitride[外文期刊] 1996(11)6.Tonshoff H K;Trampold H;Brinksmeier E Evaluation of Surface Layers of Machined Ceramics 1989(02)7.于怡青;徐西鹏;沈剑云陶瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展 1999(02)8.Marshall D B;Lawn B R;Evans A G Elastic/Plastic Indentation Damage in Ceramics:The Latered Crack System 1982w B R;Swain M V Microfracture Beneath Point Indentation in Brittle Solids 1975(10)rchuk T J;Conway Jr J C;Kirchner H P Crushing as a Mechanism of Material Romoval During Abrasiue Machining 198511.Subramanian K;Ramanath S;Matsuda Y O Precision Produotion Ginding of Fine Ceramics1990(540)12.Inacio Regiani;Fortulan C A;Purquerio B de M Abrasive Machining of Advance Ceramics2000(01)13.Bifano T G;Dow T A;Scattergood R O Ductile-Regime Grinding:A New Technology for Machining Brittle Materials 199114.Zhang Bi;Howes T D Material-Rectal Mechanisms in Grinding Ceramics 199415.Li K;Liav T W Surface/Subsulface Damage and the Fracture Strength of Ground Cerarnics 199616.Mayer J E;Fang G P Diamond Grinding of Silicon Nitride Ceramic 199317.Xu H H K;Jahamir S Microstructure and Material Removal in Scratching of Alumina 199518.Zhang B;Tokura H;Yoshikawa M Study on Surface Cracking of Alumia Scratched by Single-point Diamond 198819.ConwayJr J C;Kirchner H P The Mechanics of Crack Inititation and Propagation Beneath a Moving Sharp Indentor 198020.Chiang S S;Marshall D B;Evans A G The Response of Solids to Elastic/PlasticIndentation.II.Fracture Indentation 1982wn B R;Evans A G A Model for Crack Initiation in Elastic/Plastic Indentation Field[外文期刊] 1977(12)1.张国青.黄辉.徐西鹏钎焊单层金刚石薄壁钻头钻削工程陶瓷的研究[期刊论文]-矿冶工程 2008(3)2.郭力.李波.盛晓敏.黄含工程陶瓷磨削温度研究的进展[期刊论文]-中国机械工程 2007(19)3.张国青.徐健钻削工程陶瓷时的金刚石磨粒磨损特征研究[期刊论文]-池州师专学报 2007(3)4.郭力.李波工程陶瓷磨削温度研究的现状与进展[期刊论文]-精密制造与自动化 2007(4)5.郑建新.徐家文.吕正兵陶瓷材料延性域磨削机理[期刊论文]-硅酸盐学报 2006(1)6.程锋纳米结构WC/Co涂层的精密磨削及磨削后磨损性能研究[学位论文]硕士 20067.顾金泉石英玻璃ELID磨削表面质量研究[学位论文]硕士 20068.郭丽高性能轻质装甲材料加工技术的研究[学位论文]硕士 20069.李少华陶瓷复合装甲的加工技术研究[学位论文]硕士 200610.邓朝晖.张璧卧矩台精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层材料去除机理[期刊论文]-南京航空航天大学学报 2005(z1)11.朱洪涛.林滨.吴辉.于思远.王志峰陶瓷磨削机理及其对表面/亚表面损伤的影响[期刊论文]-精密制造与自动化 2004(2)12.沈剑云结构陶瓷磨削机理与热特性分析[学位论文]博士 200413.郑建新硬脆材料精密微孔缓进给超声钻磨理论与试验研究[学位论文]硕士 2003本文链接：/Periodical_zgjxgc200218024.aspx。

陶瓷立铣刀磨削机理及工艺优化
陶瓷立铣刀是一种常用于加工金属的切削工具，然而由于其硬度高、脆性大等特点，加工难度较大。

本文通过研究陶瓷立铣刀的磨削机理，提出了一种工艺优化方法。

首先，我们分析了陶瓷立铣刀在加工过程中的磨损机理，发现其主要磨损形式为颗粒磨损和刃口磨损。

接着，我们通过扫描电镜和X 射线衍射分析了不同磨损状态下刀具表面的变化，进一步揭示了磨损机理。

在此基础上，我们提出了一种多次磨削的工艺优化方法。

该方法通过多次磨削，不断修复刃口，减缓了颗粒磨损的进程，从而延长了刀具使用寿命。

同时，我们还探讨了磨削参数的优化，包括磨削粒度、磨削压力等因素的影响。

最终，我们通过实验验证了该工艺在提高陶瓷立铣刀使用寿命方面的有效性。

本文的研究对于提高陶瓷立铣刀的加工效率和经济效益具有重要的实际意义。

- 1 -。