[發明專利]可調切削角度的小砂輪緩進給磨削工程陶瓷的加工方法

無效

• 申請號: 201210002444.X
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102513892A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 田欣利;郭昉;張保國;王健全;李富強;閔娟
• 申請（專利權）人: 田欣利;郭昉
• 主分類號: B24B5/50
• 分類號: B24B5/50
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于傳統機械加工領域中的非常規加工方法，特別涉及圓柱形工程陶瓷等硬脆材料可調切削角度的緩進給磨削加工方法。

背景技術

目前最常見的工程陶瓷等硬脆材料的外圓柱面(或錐面)加工方法仍然是傳統的金剛石砂輪磨削，即采用平行砂輪往復磨削。該方法在加工過程中，一般需要使用的金剛石砂輪直徑為400～500mm以上的大砂輪，且金剛石層的厚度也僅為幾毫米，加工時磨損很快，導致加工費用非常昂貴，一般陶瓷工件的加工成本占總成本的70％～90％，而且由于法向磨削力的作用極易導致中位裂紋產生，使工件的強度下降，磨削深度和進給速度很難得到提高，砂輪磨損又非常嚴重，因而加工效率非常低。為此，很多學者都致力于開發新的高效、低成本、低損傷的工程陶瓷外圓加工方法，ELID磨削、高速深磨磨削、激光加熱輔助車削、超聲振動加工等特種加工和復合加工技術。

ELID磨削是一種在線修整磨削，磨削加工的同時對砂輪進行在線修整，節省了砂輪修整的時間，相比普通磨削加工，加工效率得到了提高，但仍然相對較低。

高速深磨磨削的出現，大幅度提高了工程陶瓷的加工效率，但該方法對機床的要求非常嚴格：主軸功率為普通機床主軸功率的3倍左右，實驗臺座落在深達1m的混凝土防振隔離地基上，而且需要對砂輪進行實時動平衡。加工成本仍然很高。

激光加熱輔助加工工程陶瓷材料能夠提高加工效率，但陶瓷材料在熱沖擊作用下易產生熱震破壞，形成裂紋，而且激光設備體積一般都比較龐大，價格昂貴。

超聲振動加工或超聲輔助加工能有效改變傳統加工的切/磨削機制，具有獨特的加工工藝效果，可使加工表面無變質層，并有效地消除硬脆材料加工表面的微裂紋等，這些特點對于提高硬脆材料零件的使用可靠性，具有極為重要的意義。但是由于成果轉化緩慢、技術成熟程度差和需要超聲加工專用設備等原因，加之許多研究工作還處在實驗室階段，材料去除機理還沒能解釋清楚，因此沒能得到廣泛應用和推廣。

上述外圓加工方法在一定程度上提高了工程陶瓷等硬脆材料外圓的加工效率或加工質量，但仍然存在加工效率低、加工成本高的問題，于是人們把更多的目光投向尋求高效、低成本的新的加工方法。本申請人在專利號為200910243963.3的專利中提出了一種適用于工程陶瓷等硬脆材料高效、低成本加工的軸向外圓加工方法，該方法加工時，砂輪軸線與工件軸線平行，砂輪沿工件的軸向方向進給(即切削角度α為0°)，利用圓柱砂輪進行加工，加工產生的中位裂紋的擴展發生在材料的待去除部分，對工件的基體損傷不大，因而實現了陶瓷材料的高效加工。然而該方法砂輪的進給行程受到砂輪(即專利200910243963.3中的環狀車削刀具)長度的限制，而且工件未被夾持的一端沒有固定，系統剛度不足。切削角度可調的小砂輪緩進給磨削加工方法正是為改善進給行程受砂輪長度限制且系統剛度不足的軸向加工方法而提出的。

發明內容

本發明的目的是為克服工程陶瓷等硬脆材料的傳統加工方法存在加工效率低且成本高、進給行程受砂輪長度限制、系統剛度不足的缺點，提供一種可調切削角度的小砂輪緩進給磨削工程陶瓷等硬脆材料外圓柱面的加工方法，能夠實現低成本、高效率加工工程陶瓷等硬脆材料外圓柱面，且具有加工行程不受砂輪長度限制，系統剛度好，結構簡單，易于操作的優點。

本發明提出的可調切削角度的小砂輪緩進給磨削工程陶瓷的加工方法，用于對工程陶瓷硬脆材料外圓柱面的加工，該小砂輪為圓臺形金剛石砂輪，其特征在于：小砂輪的外徑尺寸為φ10～100mm，且砂輪圓臺的母線與砂輪軸線之間的夾角為θ，該夾角θ的取值范圍在0°到45°之間；加工時，使金剛石砂輪軸線與工件軸線在同一水平面或垂直面內，且按設定的切削角度α(即工件軸線與砂輪軸線之間的夾角)進行加工，加工過程中，當切削角度α大于0°小于45°時，采用砂輪的θ角等于切削角度α的砂輪，利用小砂輪端面作為主切削面去除被加工件外圓表面材料，利用小砂輪圓周面作為副切削面對被加工件外圓表面進行修磨；當切削角度α大于45°而小于90°時，采用砂輪的θ角等于90°減去切削角度α的砂輪，利用小砂輪圓周面作為主切削面去除被加工件外圓表面材料，利用小砂輪端面作為副切削面對被加工件外圓表面進行修磨；切削角度為90°時，采用砂輪的θ角為0°的砂輪(即為圓柱形砂輪，稱該方法為正交緩進給磨削加工方法)，加工時利用小砂輪圓周面作為主切削面去除被加工件外圓表面材料，利用小砂輪端面對已加工面進行修磨；小砂輪轉速為6000～20000r/min，工件轉速0～5000r/min，小砂輪進給速度范圍為60～180mm/min。