硬脆材料加工技术的研究

复合加工中电化学放电加工绝缘硬脆材料作者简介：崔强强，生于1999年1月，男，汉族，山西临汾人。

江苏大学本科在读，机械设计制造及其自动化专业摘要：绝缘硬脆材料具有绝缘性好、耐腐蚀、耐高温、硬度高等特点，目前在航空航天、生物医学、化工、冶金等领域受到广泛应用。

由于其本身的高硬度和高脆性特点，传统的机械切削加工方法难以完成微细结构的加工，电化学放电加工方法是目前较为合适的一种加工方法。

本文针对绝缘硬脆材料微细结构的加工技术，开展了电化学放电加工方法的研究。

关键词：电化学放电加工，绝缘硬脆材料1、研究背景和意义近年来,微型化和精密化是目前先进制造业发展的一个重要方向。

现代科技的发展，对产品的微小特征尺寸有了越来越多的要求。

另目前金属材料和半导体材料在微机电系统产业和微电子产业中的广泛应用已为人熟知，随着微机电系统日益蓬勃的发展，绝缘硬脆材料的应用也越来越广泛。

包括玻璃和陶瓷在内的绝缘硬脆材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀等特点,作为精密加工的原材料发挥着极其重要的作用。

然而,这些绝缘硬脆材料高硬度、易脆裂的特性,使其加工工艺性非常差,微细加工就更加困难。

经过多年的科研探索,针对这些材料的加工技术已取得长足的进步。

对于绝缘硬脆材料，加工难度大，加工精度、表面质量和损伤层深度将对器件的性能产生影响。

由于这类材料本身的硬脆性特点，传统的微细切削技术难以胜任，而常用的电加工方法如微细电火花加工和微细电化学加工适用于导电材料，对这类材料很难加工。

所以,绝缘硬脆材料广泛应用也为这类材料的微细加工技术提出了新的要求,目前常用加工方法很难满足其加工要求，寻求一种高效、精密的用于非导电陶瓷,耐热玻璃、石英等材料的微细加工技术已成为当务之急。

2、加工机理研究现状电化学放电加工是近年来在特种加工领域出现的一种新技术，常用于耐热玻璃、陶瓷、工业金刚石、石英等非导电材料的加工。

电化学放电加工的工作原理，施加在工具电极（负极）和辅助电极（正极）之间的电压较低时（如 12V)，正负极之间仅有电化学反应发生，并在工具电极（负极)表面生成氢气气泡，在氢气气泡生成速率达到能相互合并形成氢气气膜后，氢气气膜阻绝电极与电解液之间的导通，当电极与电解液之间的电压超过一定临界值时，就会击穿氢气气膜而产生如放电加工的放电现象，紧靠工具电极的工件材料则受到电化学放电产生的高温以及高温时化学蚀刻的影响而发生材料的移除，达到加工的目的。

硬脆材料切削加工中刀具磨损与失效机理分析刀具在硬脆材料切削加工中扮演着关键的角色。

然而，由于硬脆材料的特殊性质，刀具磨损和失效成为了制约加工质量和效率的重要因素。

因此，深入分析硬脆材料切削加工中刀具磨损和失效的机理对于提高加工效率、降低成本具有重要意义。

首先，分析硬脆材料切削加工中刀具的磨损机理。

在切削过程中，刀具与工件之间产生摩擦力和高温。

这使得硬脆材料切削加工中，刀具磨损多为磨料磨损和粘结磨损两种形式。

磨料磨损是指在切削过程中，由于硬脆材料的高硬度和脆性，产生的大量磨屑和切削温度，对刀具表面产生冲击和刮削，从而导致刀具磨料磨损。

磨料磨损主要表现为刀具刃口的颗粒剥落和划伤现象。

此外，由于硬脆材料的脆性，磨料磨损还可能引起刀具断裂。

磨料磨损对刀具的影响主要体现在刀具刃口的质量损失和几何形状的变化上，进而影响切削质量和加工精度。

粘结磨损是指硬脆材料切削过程中，切削区域的高温和高压下，切削液的化学成分与切削温度共同作用下发生的，使得刀具与磨削物质产生反应和结合，导致刀具表面的粘连和溶解现象。

粘结磨损主要表现为刀具表面的剥落、骨折、氧化和堆积等现象。

切削液在粘结磨损中起到冷却、润滑和清洗的作用，但切削液的选择和性能对于减轻粘结磨损具有重要的影响。

其次，分析硬脆材料切削加工中刀具的失效机理。

刀具失效主要包括刃口断裂和刀具疲劳两种形式。

刃口断裂是指刀具在切削过程中由于瞬间的应力超过其破裂强度而发生断裂。

刃口断裂主要与刀具的材料力学性能有关，包括硬度、韧性和耐疲劳性等。

此外，刀具的几何形状和刀具制造质量也会对刃口断裂产生影响。

为了避免刃口断裂，在加工硬脆材料时，需要选择适当的刀具材料和刀具形状，并合理控制切削条件。

刀具疲劳是指刀具在长时间切削加工过程中，由于反复的应力加载和释放，导致刀具材料的微观缺陷逐渐积累并扩展，最终引起刀具的断裂。

刀具疲劳主要与刀具材料的韧性和耐疲劳性有关。

高韧性和良好的耐疲劳性能可以延长刀具的使用寿命，而低韧性和差的耐疲劳性能则容易导致刀具的提前失效。

硬脆材料切削加工特性分析研究近年来，随着科学技术的不断发展，工业制造领域中的材料加工也得到了极大的发展。

硬脆材料是其中一类重要的工程材料，其硬度高、脆性大的特点使得其加工变得更加具有挑战性。

本文将对硬脆材料切削加工特性进行深入分析研究。

一、硬脆材料的切削加工难点硬脆材料的切削加工由于其硬度高和脆性大的特点，使得其在加工过程中容易产生裂纹和断裂。

这种高难度的加工需求使得对硬脆材料的加工技术提出了更高的要求。

1.1 硬脆材料的特性硬脆材料的硬度高，常见的硬脆材料有氧化铝、碳化硅等。

其硬度为金属材料的几倍甚至几十倍，因此很难通过传统的金属切削工具进行加工。

同时，硬脆材料的脆性也非常大，对应力的承受能力较低。

因此，在切削加工时容易出现断裂和损坏的情况。

1.2 切削加工难题硬脆材料的切削加工过程中，容易出现一些难题。

例如，由于硬脆材料表面的硬度高，切削工具很容易磨损，导致切削效果下降，进而影响加工质量。

此外，硬脆材料的断裂风险较大，需要考虑如何减小应力集中、降低裂纹的产生。

二、硬脆材料切削加工分析为了解决硬脆材料切削加工过程中的难题，研究人员通过各种手段进行了深入的分析，以下将从切削效果、切削机理以及加工参数等方面进行分析。

2.1 切削效果分析硬脆材料的切削效果是评估加工质量的重要指标之一。

在硬脆材料切削过程中，切屑的形态、加工表面的光洁度等均会对切削效果产生影响。

研究人员通过实验观察和表面分析等手段，分析切削效果与切削刃的形状、切削速度、进给速度等因素之间的关联。

2.2 切削机理分析硬脆材料的切削机理是指硬脆材料在切削过程中物质的去向和能量的转化规律。

常见的切削机理有破碎型切削、切削溶熔、塑性变形等。

通过对切削机理的深入研究，可以优化切削工具的设计和加工工艺的控制，提高切削加工的效率和质量。

2.3 加工参数分析加工参数是切削加工过程中的重要因素，包括切削速度、进给速度、切削深度等。

研究表明，合理的加工参数选择对硬脆材料的切削加工效果具有重要的影响。

硬脆材料超精密加工关键技术研究随着科技的快速发展，超精密加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的关键技术之一。

尤其是在硬脆材料的加工中，超精密加工技术的应用显得尤为重要。

本文将详细探讨硬脆材料超精密加工的关键技术，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

超精密加工技术是指通过采用高精度的机床、工具和工艺方法，将原材料或半成品加工成精度高、表面质量好的最终产品。

从20世纪60年代开始，随着计算机、激光、新材料等技术的飞速发展，超精密加工技术也不断取得重大突破。

如今，超精密加工技术已经广泛应用于航空、航天、能源、医疗等领域。

在硬脆材料的加工中，超精密加工技术可以有效提高加工效率和产品质量。

例如，利用超精密加工技术可以制造出高精度的光学元件、半导体芯片、陶瓷零件等，这些产品在各自领域都具有重要的应用价值。

硬脆材料由于其硬度高、脆性大等特点，加工过程中容易出现裂纹、崩边、表面粗糙等问题。

因此，在硬脆材料的超精密加工中，需要解决以下难点：裂纹问题：硬脆材料在加工过程中容易产生裂纹，降低产品的合格率。

崩边问题：由于硬脆材料的硬度较高，加工时容易出现崩边现象，影响产品的精度和表面质量。

表面粗糙问题：硬脆材料在加工过程中容易出现表面粗糙的现象，影响产品的性能和使用寿命。

机床和工具的精度问题：由于硬脆材料的加工精度要求高，因此需要高精度的机床和工具来保证。

采用先进的加工工艺和工具，如激光加工、水刀切割、超声波加工等，以减少加工过程中对材料的损伤。

对硬脆材料进行预处理，如加热、冷却、加载等，以改善其加工性能。

采用高精度的机床和工具，并定期进行维护和校准，以保证加工的精度和稳定性。

对加工参数进行优化，如切削速度、切削深度、进给速度等，以提高加工效率和产品质量。

下面以光学元件和陶瓷零件的超精密加工为例，说明超精密加工技术在硬脆材料加工中的应用。

光学元件的超精密加工：光学元件是光学系统的基本组成部分，其精度和表面质量对整个光学系统的性能有着至关重要的影响。

热裂法切割玻璃等硬脆材料关键技术研究进展王海龙;王扬;王向伟;张宏志【摘要】热裂法自1967年提出至今已取得丰硕成果.为使国内外学者清晰掌握其研究体系和发展趋势,有必要对热裂法近60年的研究成果进行规律性总结.本文首先明确提出热裂法的发展路线分两个方向:非预制轨迹热裂切割和预制轨迹热裂切割.在非预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度、裂纹轨迹偏移量和切割面质量是最主要的优化目标参数;在预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度和切割面质量是最受关注的优化目标参数.针对上述目标参数的优化,均可通过采用新的热源形式、冷却形式和优化工艺流程得以实现,指出热裂法切割玻璃和陶瓷关键技术研究方向在于创新发展新的热源技术、冷却技术和进一步优化工艺流程.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2018(033)009【总页数】8页(P923-930)【关键词】热裂法;玻璃;陶瓷;研究进展【作者】王海龙;王扬;王向伟;张宏志【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨商业大学,哈尔滨 150028;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TQ174玻璃和陶瓷等硬脆材料在军事航天、电力电子、汽车工业等领域均有广泛应用。

如何高效高质量地对上述材料进行切割加工一直是该领域亟需解决的关键问题。

切割加工方法主要有机械切割[1-4]、激光熔融切割[5-6]、等离子切割[7]、水射流切割[8]、电火花切割[9-10]和水导激光切割[11]等, 但上述方法均存在切割质量差、切割效率低、噪音大等缺点, 无法实现绿色环保等先进制造理念, 亟需新的切割加工方法。

热裂纹作为一种缺陷形式, 广泛存在于各种材料之中, 是影响材料机械性能的关键因素之一[12-13]。

材料中裂纹的产生及扩展是材料科学与工程领域的关键问题[14-16]。

热诱导裂纹扩展切割法(Thermal Cracking Method, 中文简称热裂法)是由美国学者Lumley等1969年提出并申请专利[17]。

硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究硬脆材料的ELID精密镜面磨削机理和技术的研究一、引言硬脆材料的磨削一直以来都是制约高精度加工的瓶颈之一。

传统的研磨技术在处理硬脆材料时容易产生较大的划痕和组织损伤，严重影响了工件的表面质量和性能。

近年来，电解抛光镜面磨削（ELID）技术在硬脆材料加工领域得到了广泛应用，具有磨削精度高、表面质量良好以及工件材料损伤小的优点。

本文将从机理和技术两个方面探讨硬脆材料的ELID精密镜面磨削。

二、ELID精密镜面磨削机理1. 基本原理ELID精密镜面磨削是在研磨过程中通过在磨粒、砂轮和工件间施加低电压直流电进行电化学反应，从而实现对硬脆材料表面的精密磨削。

磨削过程中，磨粒、砂轮和工件形成一个电解质层，该电解质层能够加速磨削产物的去除、减小热量的输送并改善磨削表面的质量。

2. 电化学反应机理ELID精密镜面磨削的关键在于砂轮表面形成了一层硬脆材料的致密抛光层。

这是通过电化学反应实现的，其中砂轮表面的氧化层在电解质中发生电离，生成OH-离子和氧化铁或氧化铁的混合物，进而与硬脆材料的表面发生反应形成致密抛光层。

3. ELID电解质的选择ELID磨削中的电解质是影响磨削效果的一个重要因素。

常用的电解质有硫酸、硝酸及其混合物等。

不同的电解质对于磨削表面的质量、磨削速度和电解质的消耗等方面都有影响。

三、ELID精密镜面磨削技术1. 砂轮制备技术ELID磨削中的砂轮具有较高的表面质量，其制备技术对于磨削效果和表面质量具有重要影响。

常见的砂轮制备技术包括经典ELID制备技术和局部ELID制备技术。

2. 加工参数优化不同硬脆材料的ELID精密镜面磨削过程中，加工参数的优化是关键。

加工参数包括电流密度、砂轮粒度、进给速度等，这些参数会直接影响砂轮磨削效率、磨粒尺寸和表面质量。

3. 先进监测技术ELID精密镜面磨削过程中的质量控制是确保加工效果的关键。

随着先进监测技术的发展，通过磨削力、磨削声音、表面温度等多参数监测，可以及时调整磨削参数，提高加工效率和表面质量。