CN101564826A - 陶瓷材料的预应力磨削加工方法 - Google Patents

陶瓷材料的预应力磨削加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷材料的预应力磨削加工方法，首先测试得到被加工陶瓷材料工件的抗压强度；其次用预应力施加装置上对陶瓷材料工件施加相应的预应力；然后将带有预应力施加装置的陶瓷材料工件置于磨床上进行磨削加工。本发明具有如下的有益效果，1.从对表面/亚表面造成的损伤来看，此加工方法提高了陶瓷工件加工质量的稳定性和可靠性；2.在工件的粗磨过程中，可以增大磨削深度，从而提高了生产效率而不会产生较深的加工损伤；3.不仅可以在普通磨床上进行高效低损伤磨削加工，降低了加工成本，而且为陶瓷工件的高精度低损伤加工提供了新的加工工艺路线；4.完善和发展陶瓷磨削加工新技术，寻求高效超精密延性域磨削加工新工艺，进一步推动工程陶瓷的工程实际应用。

Description

陶瓷材料的预应力磨削加工方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料磨的加工方法。
背景技术
陶瓷是一种高硬度和高脆性的难加工材料，在加工过程中由于其硬脆性极易形成加工裂纹，从而造成表面损伤，降低了陶瓷工件的稳定性和可靠性，因此对工程中使用的陶瓷工件加工质量要求非常苛刻。目前在工业生产中陶瓷的主要加工方法是磨削加工，而磨削加工是所有机械加工方法中成本最高的一种。陶瓷工件加工成本有时可高达整个陶瓷工件成本的80％以上，显然陶瓷工件的加工高成本以及难以控测的加工表面损伤，使其广泛地应用受到限制。然而在普通条件下磨削陶瓷时，磨粒与工件形成赫兹应力区，导致陶瓷工件表面产生微裂纹，裂纹的扩展与贯通形成切屑，其中主要产生两类裂纹系统：中位裂纹和横向裂纹，而材料强度的降低通常是由中位裂纹的扩展和残余应力引起的，横向裂纹引起材料的去除。所以控制中位裂纹的扩展深度有助于提高材料的强度。迄今为止较为满意的陶瓷材料加工方法就是金刚石砂轮磨削。此类磨削加工的目标是在保持足够的尺寸精度和表面完整性的同时获得大的材料去除率。然而，采用大的材料去除率虽可降低加工成本，但又会受到表面/亚表面损伤导致陶瓷工件强度降低的限制。加之采用该加工方法难以获得镜面，主要是由于砂轮粒度太细时，砂轮表面容易被切屑堵塞；并且目前大都采用超精密机床进行加工和研究，但这类机床成本高，需大量投资。若能通过新的工艺方法在普通机床上完成，会大大降低费用。用常规的加工工艺，陶瓷材料以断裂方式去除，极易产生破碎和裂纹，既要求高加工精度，又要求低表面粗糙度是很困难的，因此只有发展先进的工艺方法，获取高效的加工工艺参数才能使陶瓷器件得到更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能降低加工损伤，又能提高工效的陶瓷材料磨削加工方法。
本发明的目的是通过如下方式实现的：一种陶瓷材料的预应力磨削加工方法：
首先测试得到被加工陶瓷材料工件的抗压强度；其次用预应力施加装置上对陶瓷材料工件施加相应的预应力；然后将带有预应力施加装置的陶瓷材料工件置于磨床上进行磨削加工。
磨削加工中，预应力施加装置施加的预应力大小为陶瓷材料的抗压强度的0.05-0.7倍。
预应力的施加方向与磨削方向平行或垂直。
磨削加工中，施加的预应力大小保持不变。
本发明具有如下的有益效果，1.从对表面/亚表面造成的损伤来看，此加工方法提高了陶瓷工件加工质量的稳定性和可靠性；2.在工件的粗磨过程中，可以增大磨削深度，从而提高了生产效率而不会产生较深的加工损伤；3.不仅可以在普通磨床上进行高效低损伤磨削加工，降低了加工成本，而且为陶瓷工件的高精度低损伤加工提供了新的加工工艺路线；4.完善和发展陶瓷磨削加工新技术，寻求高效超精密延性域磨削加工新工艺，进一步推动工程陶瓷的工程实际应用。
附图说明
图1是本发明陶瓷材料预应力磨削加工的原理图，图中P为垂直作用于磨粒上的载荷，b为塑性区域的曲率半径，h为横向裂纹距已加工表面的距离；
图2是本发明陶瓷材料预应力磨削加工的示意图，图中O为砂轮的圆心，a为磨削深度，vs为砂轮的转速，vw为工件进给速度，σ为施加于工件的预应力；
具体实施方式
本发明的主要原理是：以压痕断裂力学和弹塑性力学为理论基础，其原理图如附图1所示。分析陶瓷材料在磨削加工过程中产生的两类裂纹系统：中位裂纹和横向裂纹。其中中位裂纹向材料表面正下方扩展，并残留在加工完的陶瓷工件内部；横向裂纹会随着法向载荷的卸除而扩展到材料表面以形成材料的去除。通过对被加工陶瓷件施加预应力，裂纹扩展规律随之发生了改变。在陶瓷材料的强度范围内，随着预应力的增大，裂纹不容易沿材料下方扩展，而沿材料的两侧扩展成侧向裂纹，使材料去除；并且预应力越大，侧向裂纹扩展的长度越短，从而使材料以更小的碎片被去除。
下面通过具体的实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
如图2所示，以碳化硅陶瓷的预应力磨削为例，碳化硅陶瓷具有高强度和硬度、高弹性模量、低密度、良好的导热性和低膨胀性等优点，在石油、化工、航空航天、汽车等工业领域得到了广泛应用，但由于脆性大而在精密及超精密加工中难以达到良好的精度及表面质量，同时生产效率低，生产成本过高。针对碳化硅陶瓷的这些加工难点，在此采用本发明的加工方法进行加工。加工的工件尺寸为20×10×5毫米，碳化硅工件为反应烧结法制成的碳化硅陶瓷。由试验测得碳化硅陶瓷的抗压强度为2000MPa，根据本专利的推荐值取预应力大小为600MPa进行磨削加工。依次按以下步骤进行加工：
1.将所需加工的陶瓷工件放置于预应力施加装置上，用施压机构缓慢给陶瓷工件施压，根据力传感器测得的数据以及陶瓷材料受压面积计算出其对应的预应力大小，最后使预应力调整达到600Mpa；
2.固定预应力施加装置于磨床上，并保证被加工工件上预应力施加的方向与磨削方向一致；
3.磨削加工时的主要技术参数为：砂轮轴转速1500/3000r/min，工作台横向进给量20～1500mm/min，工作台纵向移动速度(无级)2～25m/min，垂直微量进给0.002mm，磨削时间30min。其中砂轮为经过精密修整的单层电镀镍基大磨粒金刚石砂轮，基本磨粒尺寸为46μm、92μm和151μm，砂轮直径均为75mm。

Claims (4)

1、一种陶瓷材料的预应力磨削加工方法：
首先测试得到被加工陶瓷材料工件的抗压强度；其次用预应力施加装置上对陶瓷材料工件施加相应的预应力；然后将带有预应力施加装置的陶瓷材料工件置于磨床上进行磨削加工。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料的预应力磨削加工方法，其特征在于：磨削加工中，预应力施加装置施加的预应力大小为陶瓷材料的抗压强度的0.05-0.7倍。
3.根据权利要求1所述的陶瓷材料的预应力磨削加工方法，其特征在于：预应力的施加方向与磨削方向平行或垂直。
4.根据权利要求1所述的陶瓷材料的预应力磨削加工方法，其特征在于：磨削加工中，施加的预应力大小保持不变。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103552161A (zh) * 2013-09-30 2014-02-05 东北大学 ZrO2/CePO4复合材料的钻削加工方法
CN103707133A (zh) * 2013-12-17 2014-04-09 湘潭大学 一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法
CN104385065A (zh) * 2014-12-05 2015-03-04 山东大学 基于激光裂纹预修复的石英玻璃延性域磨削方法
CN106271980A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 湘潭大学 一种高静液压磨削设备及磨削方法
CN111390653A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种离轴非球面碳化硅轻量化反射镜的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928961A1 (de) * 1989-08-31 1991-03-14 Gore W L & Ass Gmbh Verfahren zur herstellung einer dichtung
CN1788931A (zh) * 2005-12-23 2006-06-21 湖南大学 工程陶瓷材料高效深磨磨削工艺
CN200951523Y (zh) * 2006-04-11 2007-09-26 邓国华 一种可调节预压力的砂轮修整器
CN101011777A (zh) * 2006-12-11 2007-08-08 江苏大学 一种中厚板料激光预应力复合喷丸成形的方法和装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103552161A (zh) * 2013-09-30 2014-02-05 东北大学 ZrO2/CePO4复合材料的钻削加工方法
CN103707133A (zh) * 2013-12-17 2014-04-09 湘潭大学 一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法
CN104385065A (zh) * 2014-12-05 2015-03-04 山东大学 基于激光裂纹预修复的石英玻璃延性域磨削方法
CN106271980A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 湘潭大学 一种高静液压磨削设备及磨削方法
CN106271980B (zh) * 2016-08-01 2018-10-26 湘潭大学 一种高静液压磨削设备及磨削方法
CN111390653A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种离轴非球面碳化硅轻量化反射镜的制备方法

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