[發(fā)明專利]陶瓷材料的預(yù)應(yīng)力磨削加工方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910043345.4
• 申請(qǐng)日: 2009-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN101564826A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚援強(qiáng);姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng);楊冬民;張高峰;彭銳濤;聶時(shí)君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B19/22
• 分類號(hào): B24B19/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷材料磨的加工方法。

背景技術(shù)

陶瓷是一種高硬度和高脆性的難加工材料，在加工過(guò)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， 因此對(duì)工程中使用的陶瓷工件加工質(zhì)量要求非常苛刻。目前在工業(yè)生產(chǎn)中陶 瓷的主要加工方法是磨削加工，而磨削加工是所有機(jī)械加工方法中成本最高 的一種。陶瓷工件加工成本有時(shí)可高達(dá)整個(gè)陶瓷工件成本的80％以上，顯然陶 瓷工件的加工高成本以及難以控測(cè)的加工表面損傷，使其廣泛地應(yīng)用受到限 制。然而在普通條件下磨削陶瓷時(shí)，磨粒與工件形成赫茲應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致陶瓷 工件表面產(chǎn)生微裂紋，裂紋的擴(kuò)展與貫通形成切屑，其中主要產(chǎn)生兩類裂紋 系統(tǒng)：中位裂紋和橫向裂紋，而材料強(qiáng)度的降低通常是由中位裂紋的擴(kuò)展和 殘余應(yīng)力引起的，橫向裂紋引起材料的去除。所以控制中位裂紋的擴(kuò)展深度 有助于提高材料的強(qiáng)度。迄今為止較為滿意的陶瓷材料加工方法就是金剛石 砂輪磨削。此類磨削加工的目標(biāo)是在保持足夠的尺寸精度和表面完整性的同 時(shí)獲得大的材料去除率。然而，采用大的材料去除率雖可降低加工成本，但 又會(huì)受到表面/亞表面損傷導(dǎo)致陶瓷工件強(qiáng)度降低的限制。加之采用該加工方 法難以獲得鏡面，主要是由于砂輪粒度太細(xì)時(shí)，砂輪表面容易被切屑堵塞； 并且目前大都采用超精密機(jī)床進(jìn)行加工和研究，但這類機(jī)床成本高，需大量 投資。若能通過(guò)新的工藝方法在普通機(jī)床上完成，會(huì)大大降低費(fèi)用。用常規(guī) 的加工工藝，陶瓷材料以斷裂方式去除，極易產(chǎn)生破碎和裂紋，既要求高加 工精度，又要求低表面粗糙度是很困難的，因此只有發(fā)展先進(jìn)的工藝方法， 獲取高效的加工工藝參數(shù)才能使陶瓷器件得到更廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種既能降低加工損傷，又能提高工效的陶瓷材料 磨削加工方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的：一種陶瓷材料的預(yù)壓應(yīng)力磨削加 工方法：

首先測(cè)試得到被加工陶瓷材料工件的抗壓強(qiáng)度；其次用預(yù)應(yīng)力施加裝置 對(duì)陶瓷材料工件施加相應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)力；然后將帶有預(yù)應(yīng)力施加裝置的陶瓷材 料工件置于磨床上進(jìn)行磨削加工；磨削加工中，預(yù)應(yīng)力施加裝置施加的預(yù)壓 應(yīng)力大小為陶瓷材料的抗壓強(qiáng)度的0.05-0.7倍；預(yù)壓應(yīng)力的施加方向與磨削 方向平行或垂直。

磨削加工中，施加的預(yù)壓應(yīng)力大小保持不變。

本發(fā)明具有如下的有益效果，1.從對(duì)表面/亞表面造成的損傷來(lái)看，此加 工方法提高了陶瓷工件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性；2.在工件的粗磨過(guò)程中， 可以增大磨削深度，從而提高了生產(chǎn)效率而不會(huì)產(chǎn)生較深的加工損傷；3.不 僅可以在普通磨床上進(jìn)行高效低損傷磨削加工，降低了加工成本，而且為陶 瓷工件的高精度低損傷加工提供了新的加工工藝路線；4.完善和發(fā)展陶瓷磨 削加工新技術(shù)，尋求高效超精密延性域磨削加工新工藝，進(jìn)一步推動(dòng)工程陶 瓷的工程實(shí)際應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明陶瓷材料預(yù)應(yīng)力磨削加工的原理圖，圖中P為垂直作 用于磨粒上的載荷，b為塑性區(qū)域的曲率半徑，h為橫向裂紋距已加工表 面的距離；

圖2是本發(fā)明陶瓷材料預(yù)應(yīng)力磨削加工的示意圖，圖中O為砂輪的 圓心，a為磨削深度，v_s為砂輪的轉(zhuǎn)速，v_w為工件進(jìn)給速度，σ為施加于 工件的預(yù)應(yīng)力；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的主要原理是：以壓痕斷裂力學(xué)和彈塑性力學(xué)為理論基礎(chǔ)，其原 理圖如附圖1所示。分析陶瓷材料在磨削加工過(guò)程中產(chǎn)生的兩類裂紋系統(tǒng)： 中位裂紋和橫向裂紋。其中中位裂紋向材料表面正下方擴(kuò)展，并殘留在加工 完的陶瓷工件內(nèi)部；橫向裂紋會(huì)隨著法向載荷的卸除而擴(kuò)展到材料表面以形 成材料的去除。通過(guò)對(duì)被加工陶瓷件施加預(yù)應(yīng)力，裂紋擴(kuò)展規(guī)律隨之發(fā)生了 改變。在陶瓷材料的強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著預(yù)應(yīng)力的增大，裂紋不容易沿材料下 方擴(kuò)展，而沿材料的兩側(cè)擴(kuò)展成側(cè)向裂紋，使材料去除；并且預(yù)應(yīng)力越大， 側(cè)向裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度越短，從而使材料以更小的碎片被去除。

下面通過(guò)具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。