一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，首先確定被加工陶瓷材料的抗壓強度，然后陶瓷工件放置在高靜液壓裝置中，對陶瓷工件施加高靜液壓力，在高靜液加壓狀態(tài)下對陶瓷工件進行磨削加工。本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果，1、高靜液體壓力可以降低或抑制磨削加工時中位裂紋的形成與擴展，從而降低磨削損傷，提高陶瓷器件的加工質(zhì)量與使用的可靠性。2、在同等損傷條件下，高靜液體壓磨削允許更大的磨削參數(shù)，從而可提高工程陶瓷的磨削加工效率，實現(xiàn)低損傷條件下的高效磨削加工。3、大大降低后續(xù)拋光工序的加工時間，大大提高陶瓷器件的生產(chǎn)效率，降低陶瓷器件的加工成本。4、降低了工程陶瓷的加工損傷，提高了加工效率，可降低陶瓷器件的制造成本。
【專利說明】一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工程陶瓷的磨削加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工程陶瓷因其良好的硬度與耐磨性、良好的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性等優(yōu)點而被廣泛應用于制造精密軸承、汽車零部件、航空航天耐高溫元器件、仿生兼容植體、切削刀具與光電元器件等。陶瓷器件對加工精度與表面質(zhì)量要求非常苛刻，如:尺寸精度常在微米級甚至亞微米級，表面粗糙度在納米級甚至亞納米級，加工表面及亞表面零損傷。然而，由于工程陶瓷是一種高硬度和高脆性的難加工材料，在加工過程中，由于其硬脆性極易形成加工裂紋，從而造成表面損傷，降低了陶瓷工件的穩(wěn)定性和可靠性。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，陶瓷的主要加工方法是磨削加工，為了降低磨削加工所造成的工程陶瓷表面及亞表面損傷，磨削加工后往往需要對其進行精密拋光加工。盡管拋光加工可以去除磨削表面的損傷層，然而其加工效率極低，從而導致陶瓷器件的加工成本常高達其市場價格的80%以上，因此，如何降低磨削損傷并降低加工成本是工程陶瓷材料能獲得廣泛應用的關(guān)鍵。對于陶瓷磨削加工，砂輪磨削去除材料的過程是眾多磨粒對陶瓷劃擦作用的集合。對于傳統(tǒng)的陶瓷磨削加工，其材料去除機理如圖1所示。在磨削力的作用下，磨粒的劃擦在磨削表面形成劃痕，并且磨粒與陶瓷接觸的局部區(qū)域會形成復雜的變形區(qū)，局部區(qū)域材料出現(xiàn)了復雜的塑性變形與晶粒的破碎，在變形區(qū)周圍形成裂紋損傷。
[0003]陶瓷磨削損傷裂紋分為兩類:中位裂紋和橫向裂紋。中位裂紋向材料深處擴展，是影響工程陶瓷可靠性的主要因素；而橫向裂紋則向加工表面延伸以形成材料的去除。因此，如何控制工程陶瓷磨削的中位裂紋是降低陶瓷磨削損傷的關(guān)鍵。對于工程陶瓷的傳統(tǒng)磨削加工方法，采用較大的材料去除率時雖可降低加工成本，但會導致陶瓷損傷程度的加劇；而采用超細金剛石砂輪在小磨削用量下進行磨削加工時，則會使材料去除效率大大降低，力口工成本增加。并且，傳統(tǒng)的陶瓷磨削方法所引起的陶瓷中位裂紋損傷深度較大，常導致后續(xù)拋光加工時間長，加工成本高。對于工程陶瓷的磨削加工，磨削效率與低損傷如同魚和熊掌不能皆得。本發(fā)明提出的高靜水壓磨削加工方法，則可以在降低陶瓷磨削加工損傷的同時，獲得較高的磨削加工效率，該方法將推動工程陶瓷器件的廣泛應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于工程陶瓷高效低損傷加工的高靜水壓磨削方法，以降低陶瓷磨削加工損傷，并提高磨削加工效率，降低工程陶瓷器件的制造成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，首先確定被加工陶瓷材料的抗壓強度，然后陶瓷工件放置在高靜液壓裝置中，對陶瓷工件施加高靜液壓力，在高靜液加壓狀態(tài)下對陶瓷工件進行磨削加工。
[0006]對陶瓷工件X、Y、Z三維方向施加高靜液壓力。
[0007]施加高靜液壓力大小為陶瓷材料的抗壓強度的0.05-0.5倍。[0008]所采用的液壓材料為低粘度液體。
[0009]磨削加工過程中，高靜液壓裝置對工程陶瓷施加的壓力大小保持不變。
[0010]用砂輪對陶瓷工件進行磨削加工，砂輪的磨粒粒度號大于300目。
[0011]本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果，1、高靜液體壓力可以降低或抑制磨削加工時中位裂紋的形成與擴展，從而降低磨削損傷，提高陶瓷器件的加工質(zhì)量與使用的可靠性。2、相對于普通的磨削，由于高靜液體壓力可以克服磨削中產(chǎn)生的拉應力，在高靜液體壓磨削中形成中位裂紋損傷需要更大的磨削力，因此，在同等損傷條件下，高靜液體壓磨削允許更大的磨削參數(shù)，從而可提高工程陶瓷的磨削加工效率，實現(xiàn)低損傷條件下的高效磨削加工。3、由于高靜液體壓磨削的工程陶瓷器件，其亞表面不會出現(xiàn)中位裂紋，或者中位裂紋深度很小，可以大大降低后續(xù)拋光工序的加工時間，大大提高陶瓷器件的生產(chǎn)效率，降低陶瓷器件的加工成本。4、工程陶的高靜液體壓磨削降低了工程陶瓷的加工損傷，提高了工程陶瓷的加工效率，從而可降低陶瓷器件的制造成本。該方法的推廣將進一步推動工程陶瓷器件的廣泛應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是采用傳統(tǒng)磨削方法時磨粒劃擦陶瓷去除材料示意圖。
[0013]圖2是采用高靜液壓磨削方法時磨粒劃擦陶瓷去除材料示意圖。
[0014]圖3是工程陶瓷高靜液壓磨削加工的示意圖。圖中O為砂輪的軸線，ω為砂輪的轉(zhuǎn)速，砂輪可沿Z軸方向作進給，工程陶瓷工件可以在X、Y平面內(nèi)沿X、Y軸方向作進給，P為施加于工程陶瓷工件上的靜液壓力。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的主要原理是:以壓痕斷裂力學和彈塑性力學為理論基礎(chǔ)，傳統(tǒng)磨削加工時磨粒對陶瓷的劃擦作用示意圖如圖1所示。中位裂紋向材料表面正下方擴展，是影響陶瓷力學性能的主要因素；橫向裂紋則會向材料表面擴展以形成材料的去除，對材料力學性能影響較小，抑制陶瓷損傷主要是抑制中位裂紋的形成與擴展。高靜水壓磨削陶瓷時，磨粒對陶瓷的劃擦作用示意圖如圖2所示。陶瓷磨削在高靜水壓環(huán)境下進行，三向高靜水壓力在在陶瓷試件內(nèi)產(chǎn)生較大的壓應力場，從而可以克服磨粒劃擦作用引起的拉應力，從而降低或抑制中位裂紋的形成與擴展。
[0016]下面通過具體的實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0017]如圖3所示。一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，工程陶瓷為碳化硅陶瓷，碳化硅陶瓷試件尺寸為20X15X10mm，測得碳化硅陶瓷的抗壓強度為2000MPa，將碳化硅陶瓷試件放置在高靜液壓裝置中，高靜液壓裝置的高靜液壓力值200-400MPa，高靜液壓液體為煤油，用砂輪對碳化硅陶瓷試件進行磨削加工，磨削技術(shù)參數(shù)為:砂輪轉(zhuǎn)速3000r / min，工作臺進給速度為300-1200_ / min，砂輪磨削深度為5_20 μ m，砂輪直徑為75mm，型號為SDN100V600。經(jīng)高靜水壓磨削后的碳化硅陶瓷亞表面沒有明顯的中位裂紋損傷層，亞表面只有5-10微米左右的變質(zhì)層，變質(zhì)層出現(xiàn)晶粒的細化現(xiàn)象，這是磨粒接觸區(qū)局部材料產(chǎn)生了復雜的塑性變形以及橫向裂紋擴展的綜合結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，其特征在于:首先確定被加工陶瓷材料的抗壓強度，然后陶瓷工件放置在高靜液壓裝置中，對陶瓷工件施加高靜液壓力，在高靜液加壓狀態(tài)下對陶瓷工件進行磨削加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，其特征在于:對陶瓷工件X、Y、Z三維方向施加高靜液壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，其特征在于:施加高靜液壓力大小為陶瓷材料的抗壓強度的0.05-0.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液水壓磨削方法，其特征在于:所采用的液壓材料為低粘度液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，其特征在于:磨削加工過程中，高靜液壓裝置對工程陶瓷施加的壓力大小保持不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程陶瓷高效低損傷的高靜液壓磨削方法，其特征在于:用砂輪對陶瓷工件進行磨削加工，砂輪的磨粒粒度號大于300目。
【文檔編號】B24B1/00GK103707133SQ201310705946
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】張高峰, 張文博, 譚援強, 姜勝強, 李益輝, 張植忠 申請人:湘潭大學