陶瓷材料磨削加工的技术研究与发展现状 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-03 原文发表:2007-07-03 人气:12

本文章共5553字，分4页，当前第1页，快速翻页：

工程陶瓷具有许多优良的性能，比如较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温能力和良好的化学惰性等，因此在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域的应用日益广泛。目前各发达国家如德、日、美、英等国非常重视工程陶瓷的开发及应用。80年代以来，各国竞相投人大量的资金及人力，在工程陶瓷加工理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。

由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤，这会导致陶瓷元件强度的降低，进而限制了大材料去除率的采用。对陶瓷高效磨削加工而言，根本目标就是在保持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。目前陶瓷的加工成本己达到整个陶瓷元件成本的80%～90% ，高加工成本以及难以测控的加工表面损伤层限制了陶瓷元件更广泛的应用。

陶瓷材料广阔的应用前景和复杂的加工特性，都要求对陶瓷的磨削加工过程进行全面而深入的了解。从上世纪90年代开始，国内外学者进行了大量的研究，在陶瓷磨削的新型方式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的研究成果。本文主要就陶瓷磨削的研究现状及发展状况进行了归纳和总结。

1 陶瓷材料磨削机理的发展

1) 磨削机理的研究

由于砂轮的磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机性以及磨削运动规律的复杂性，给磨削机理的研究带来了很大的困难。在陶瓷磨削方面由于陶瓷的高硬度和高脆性，大多数研究都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来近似处理。20世纪80年代初，Frank和Lawn首先建立了钝压痕器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析研究模型，提出了应力强度因子公式K=aE·P/C2/3，根据脆性断裂力学条件K≥KC，导出了脆性断裂的临界载荷PBC＝Cb·K ，他又根据材料的屈服条件s≥sY，导出了塑性变形模式下临界载荷PYYC=s3/g3(或PYYC=H3Y/g3)。研究指出：陶瓷材料的去除机理通常为裂纹扩展和脆性断裂，而当材料硬度降低，压痕半径小，摩擦剧烈，并且载荷小时，就会出现塑性变形。1987年，I.Inasaki 进一步提出，陶瓷材料以不同的方式被去除依赖于材料上缺陷的大小和密度，诸如裂纹、裂缝和应力场的大小。海野邦昭也在其专著中提出材料的去除机理受到高温强度的影响。1991年，东北大学郑焕文、蔡光起教授对含钼金属陶瓷进行磨削实验，通过测定单位磨削力，磨削能和磨削比，以及使用SEM对陶瓷表面和切削区域进行观察，探索了金属陶瓷材料的去除机理。

1994年，Keio大学R.Rentsch首先将分子动力学方法用于磨削机理的研究，给出了第一个磨削过程的仿真结果用来阐述磨削中磨屑堆积的现象，并指出了磨削过程仿真与切削过程仿真的异同点。

1996年，美国麻省理工学院S.Malkin 对陶瓷磨削机理进行了综述，认为深人研究磨削机理是陶瓷材料实现低成本高效率磨削的基础。具体的研究方法概括为压痕断裂力学法和加工观察法。压痕断裂力学模型是建立在理想化的裂纹系统和由压头所产生的变形的基础上的。该法将磨粒和工件间的相互作用，用理想的小范围内的压痕表示，分析应力、变形及材料去除的关系。而加工观察法包括磨削力的测定，加工表面形貌与切屑的显微观察。两者均为陶瓷材料的磨削机理的研究提供了重要见解。

1999年，德国Kaiserslautern大学的G Warnecke指出，在磨削新型陶瓷和硬金属等硬脆材料时，磨削过程及结果与材料去除机理紧密相关。材料去除机理是由材料特性、磨料几何形状、磨料切入运动以及作用在工件和磨粒上的机械及热载荷等因素的交互作用决定的。另外，平面磨削过程还受到接触区动态特性的影响。

对普通磨削而言，在磨削机理和磨削工艺方面已经开展了广泛而深人的研究。在精密及超精密磨削、高速高效磨削特别是针对有特殊加工性能的陶瓷和玻璃等工程材料的磨削机理和磨削工艺方面，国内外开展了一些研究，但还很不全面，尚未形成完整的理论体系，还需要进行更深入的研究，找出其内在的规律。

本文章更多内容：1 - 2 - 3 - 4 - 下一页

本页地址

• MasterCAM铣削加工中进刀方式设定 -