发布时间：2023-10-30 来源：网络
易倍体育 EMC易倍陶瓷材料具有良好的综合性能, 广泛应用于各 类工程领域, 但其高硬度、 脆性以及 抗热冲击性能
差, 一直是困扰陶瓷材料加工的难题。工程陶瓷材 料的机械加工非常困难, 利用金刚石砂轮对工程陶
(下期刊出: 第 8讲 数控编程基础相关知识概述 ) 责任编辑 6 新技术新工艺 数字技术与机械加工工艺装备 2009年 第 7期 周守清
瓷进行磨削加工是现今最经济、 最有效的加工方法。 影响陶瓷材料磨削加工性能的主要因素有: 磨床性 能、 砂轮特性、 工艺参数等。
度, X 轴和 Z 轴的分辨率可达 1 25 nm。 . 超精密磨床是保证精密、 超精密磨削精度的关 键, 英 国 CUPE ( C ranfie ld Unit P rec ision Eng in eer ing) 精密研究中心 1992年开发的 Nanocenter600超 精密车床带有磨头和可延性磨削装置, 具有控制实 际磨削深度达亚微米级的能力, 可进行光学元件的 超精密磨削, 达到最好的形状精度和最小的表面损 [ 5] 伤 。同年日本日立精机公司开发出 VKC45型陶 瓷磨削中心, 不仅磨削精度和磨削效率很高, 而且自 动化程度也很高, 该项技术的应用是陶瓷加工技术 [ 6] 的一个突破 。美国 No rth Caro lina State University 的精密工程中心研制的 PEGASUS ( P recision Engi neerin g Grind ing A pparatus for Superf ish in g U ltra m hard Surface)小型 超硬材料加工 专用磨床, 接触刚 6 度达 53 10 N / m, 具有微进给系统及误差补偿装 置, 不仅能用于基础试验研究, 也能实现结构陶瓷等 硬脆材料的磨削, 磨削表面粗糙度达到纳米级的水 平 。另外, 英国克兰菲尔德精密工程中心开发了 世界上主轴刚度最大的磨床, 日本丰田精机公司开 发出了主轴零膨胀系数的超精密磨床, 主要用于硬 脆材料的超精密加工
下转化而成, 颗粒表面较天然金刚石粗糙, 用来制造 磨具时, 与结合剂的粘牢度好, 其自锐性能也较天然 金刚石好, 所以更适合于制造砂轮来加工陶瓷材料。 2 1 2 磨料的粒度 . . 金刚石砂轮的粒度通常可分 为: 磨粉 ( 18 /16) ~ ( 400 / 325), 共 25个粒度号; 微粉 ( 54 /36) ~ ( 0 . 5 / 0) , 共 18个粒度号。其粒度的选择可参考普通砂 轮的选择方法。砂轮的磨粒粒度直接影响着被加工 工件的表面粗糙度, 粒度越细, 表面粗糙度越好, 精 度越高, 但磨削效率越低。所以应综合考虑产品表 面粗糙度、 精度和生产率要求, 选择合适的粒度。 2 1 3 结合剂 . . 金刚石砂轮的结合剂可以分为树脂结合剂、 陶 瓷结合剂和金属结合剂, 其中的广义金属结合剂又 包含青铜或铸铁结合剂、 电镀结合剂以及钎焊结合 剂等
的结合强度有所不同, 且每种结合剂对应有各自的 金刚石磨料浓度范围。金刚石砂轮常用的磨粒浓度 和适用范围分别见表 1和表 2 。
摘 要: 工程陶瓷材料的可加工性与金属相比相差较多, 其加工工艺也与金属存在很大的不同。磨 削加工工艺是现今最成熟的陶瓷材料加工工艺, 本文综述了近年来国内外工程陶瓷的磨削加工工艺, 分 析了磨床、 砂轮、 磨削工艺参数等因素对磨削加工的影响, 并阐述了在不同工艺条件下合理选择加工参数 的方法。 关键词: 磨削; 磨床; 砂轮; 工艺参数 中图分类号: TG 580. 61 文献标志码: A R eview of the R esearch on Grind ing P rocess of Engineer ing C era ics m
工程陶瓷材料的加工工艺性很差, 因此对刀具 性能提出了相当高的要求, 需要开发出耐磨性优良、 [ 8] 能长时间 进行稳定加工的超硬 切削材料 。由于 工程陶瓷在磨削加工时, 刀具和工件表面接触点处 温度很高 ( 800 以上 ), 因此有必要考虑不同刀具 材料在不同温度下的硬度变化情况。常见的超硬砂 轮材料在不同温度下的硬度对比见图 1 。由图 1可 以看出, 温度低于 800 以下时, 金刚石材料的硬度 降低缓慢, 相对而言, CBN 材料的硬度降低就非常 迅速。而这两种材料价格相当, 因此在磨削加工工 程陶瓷时, 选用金刚石砂轮而不用 CBN 砂轮。 2 1 金刚石砂轮的性能参数 . 金刚石砂轮种类因磨料品种、 粒度、 结合剂的不 同而不同, 其适应的被磨削工件也因此而有所区别。 所以针对所需要磨削的产品质量应选择相应的结合 剂、 磨料种类、 磨料粒度和磨料浓度等 2 1 1 金刚石磨料种类 . .
国 NPL 实验室采用四面体结构来设计机床的主要 结构, 研制 出 T etrafor C 型 立 轴高 性能 纳 米机 m [ 3] 床 , 机床主轴配备超精密空气静压轴承和低噪声 驱动电机, 采用静压导轨和丝杠, 机床导轨和主轴表 现出极低的误差, T etrafo r C 型达 到的表面粗糙 m 度为 Ra1~ 20 n m。 Cranfield公司研制的超精密三 [ 4] 轴 CNC 非球面加工机床 N anocentre 250 , 可进行 单点金刚石切削和塑性域磨削, 采用高刚度伺服驱 动系统和静压轴承, 砂轮和工件之间具有较高的刚 新技术新工艺
金刚石砂轮的磨料可以分为天然金刚石和人造 金刚石两种。它们的共同特点是硬度极高, 颗粒棱 角锋利, 不易磨损。以金刚石作为磨料的砂轮不仅 磨削性能优良、 磨削压力小、 磨削温度低而且生产率 高、 磨削质量好, 还可以避免工件烧伤、 开裂等缺陷。 由于人造金刚石是用高纯石墨和触煤剂于高温高压 2009年 第 7期 7
目前加工陶瓷材料的机床大多数为普通金属切 削机床, 要实现陶瓷材料的高效加工和陶瓷的低损 伤、 精密加工, 就需要对普通的金属切削机床进行改 进。对工程陶瓷加工磨床的要求包括: 特殊的机床 结构、 导轨、 主轴系统和夹具等。 热变形是机床结构变形的主要因素, 它会引起 工件相对砂轮位置的改变。为了减少温度场对机床 结构的影响, 可以采取的主动措施包括冷却、 加热和 控制; 可以采取的被动措施包括热源移位、 热对称设 计和辅助补偿单元等。 工程陶瓷在加工过程中产生的磨屑如果存在于 导轨运动副之间将成为磨料, 滑移导轨将很快磨损, 因此在结构设计上要防止发生磨屑进入运动导轨副。 此外, 磨床的导轨系统不应出现爬行现象, 以保证能 够按机床的控制和驱动获得砂轮向工件的准确进给 行程, 可靠地实现驱动系统发出的小深切指令, 这可 以选择静止和运动时摩擦因数相等的导轨材料。 陶瓷磨床主轴系统的设计非常重要, 需要满足 主轴高转速, 能承受较高的径向力, 径向跳动极低。 机床主轴系统还应具有较高的动态刚度以抑制自激 振动、 减少强迫振动引起的振幅。 设计陶瓷磨床装夹装置的一个主要原则是避免 工件局部的载荷峰值, 陶瓷材料与金属材料不同, 弹 性变形较小, 陶瓷工件在加工过程中受到较高的磨 削力, 会引起工件内部应力的不均匀性, 导致工件内 裂纹的产生。此外, 为加工出高质量的陶瓷零部件, 需要具有重复精度的精密装夹装置, 及易操作和柔 性好的夹具。 自 20世纪 70年代美国 LLNL ( L aw rence L iver m ore N atio na l L aborato ry ) 实验室研制单点金刚石精 密车削机床以来, 各国陆续开始研制各种超精密机 床并应用于陶瓷等硬脆材料的加工
图 1 常见超硬刀具材料硬度随温度的变化曲线 砂轮的选择 . 采用金属结合剂时砂轮的材料去除率 ( 每毫米 砂轮宽度每分钟的材料去除量 ) 为采用树脂结合剂 时砂轮材料去除率的近 2倍。假设磨削量 vw 一定, 由于金属结合剂自锐性比树脂结合剂差, 其磨粒消 耗量 vs 少, 因此, 金属结合剂砂轮磨削比 G = vw / vs 较大。综上可知, 按材料去除率选择砂轮时, 选金属 结合剂砂轮为好。 但正由于金属结剂自锐性差, 通常砂轮中的金 刚石磨粒的切削刃磨损速 度比结合剂的磨 损速度 快, 造成磨料切削 刃后刀面磨损 增大, 引起 磨具变 钝。所以, 对于高密度材料和对表面粗糙度要求高 的工件, 为了保持稳定的磨削状态, 从保持磨粒磨损 和结合剂磨损的平衡角度出发, 选择树脂结合剂金 刚石砂轮较好。 因此, 选择金刚石砂轮时要根据工件的材料、 加 工精度、 表面质量等要求进行综合考虑。 2 3 砂轮的修整 . 陶瓷材料的磨削效率不仅取决于材料的去除过 程, 还与砂轮的修整密切相关。金刚石砂轮的修整 [ 11-14] 方法较多, 在一些文献中 均有介绍 , 修 整通常 分为整形和修锐两道工序。通过整形可以获得所需 的砂轮几何形状精度, 修锐则可以去除磨粒间的结 合剂, 使金刚石磨粒充分露出, 并形成容屑空间。通 常情况下, 金刚石砂轮只需在初次使用前进行整Βιβλιοθήκη Baidu, 而修锐则根据磨削过程的需要重复进行。金刚石砂 轮的整形方法主要有滚压整形法、 磨削整形法、 软钢 磨削整形法和金刚石笔整形法等。常用的金刚石砂 轮修锐方法主要有油石修锐法、 刚玉块切入修锐法、 磨削修锐法等。 树脂结合剂金刚石砂轮的修整比较容易。一般 2009年 第 7期
