[發明專利]一種利用邊緣碎裂和尖角效應擠壓式加工陶瓷外圓的方法

有效

• 申請號: 201310460681.5
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103551949A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 田欣利;王龍;王望龍;吳志遠;唐修檢;王朋曉;紀凱文
• 申請（專利權）人: 田欣利;王龍
• 主分類號: B24B19/02
• 分類號: B24B19/02;B28D1/16;B24B5/04
• 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

本發明屬于硬脆材料的加工技術領域，具體涉及一種工程陶瓷材料的新型加工方法。

背景技術

工程陶瓷材料因具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等優異的性能，被日益廣泛地應用于機械、電子、航空航天、能源、軍事等領域由于陶瓷加工成本高限制了陶瓷材料的應用與發展。

普通金剛石砂輪磨削加工是工程陶瓷最常用的加工方法，由于金剛石砂輪耗損過快，致使加工成本很高。為了提高磨削效率，目前國內外學者相繼提出并開發了ELID磨削、深切緩進給磨削、高速磨削、恒壓力磨削及高速深磨磨削等，在一定程度上實現了工程陶瓷的高效加工，但對磨床和砂輪的要求很高，從而使設備投入很大。另外，小砂輪軸向大切深緩進給磨削以較大的切深、緩進給速度為主要特征，還有以下區別于其它加工方法的特點：使用的砂輪較小，加工成本低，且因為運動過程中砂輪慣性較小，不需要對其進行靜平衡或動平衡操作；砂輪的進給運動方向與工件中位裂紋擴展方向基本一致，切削抗力小，去除材料所需要能量小，因而對加工設備的主軸功率要求不高，砂輪磨損小。從而降低了加工成本。

綜上所述，陶瓷的傳統接觸式磨削加工方法，都沒有改變刀具硬度必須大于被加工件的傳統思路，由于陶瓷的高硬脆性，使其無法避免金剛石砂輪磨損造成的高成本。而一般現有非接觸式的特種加工技術有些只能切割或加工孔，有些還不成熟，較難投入生產實際。所以需要一種新的簡易加工方法，解決陶瓷高成本的加工現狀，從而推動工程陶瓷材料在各領域的運用。

發明內容

本發明的目的主要是針對硬脆性材料加工成本高的難題，提出一種利用邊緣碎裂和尖角效應擠壓式加工陶瓷外圓的方法，該方法在能夠實現陶瓷外圓加工的同時，在工件粗加工階段去除材料所消耗的功率小，工具的耗損也很小，從而使加工成本降低。

本發明提出的利用邊緣碎裂和尖角效應擠壓式加工陶瓷外圓的方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

1）首先在(數控)磨床上利用高速旋轉的金剛石砂輪片在工程陶瓷外圓表面加工出螺旋槽或者環型槽，加工螺旋槽或者環形槽后在工件外圓表面的凸起部位形成對稱的邊緣帶，槽底部形成尖角帶；

2）在（數控）車床上將陶瓷用卡盤和頂尖裝夾，用裝夾在刀架上的陶瓷或硬質合金車刀，或用高速電機轉動的陶瓷或硬質合金圓柱形工具，軸向低速進給完成擠壓加工（擠壓加工是指加工工具軸向進給時，會給開過槽的陶瓷工件表面凸起部位材料的施加軸向力產生脆性斷裂，導致工件材料被去除）；

3）重復步驟1）-2）的過程經多次走刀，直至該軸段加工結束；

4）最后采用金剛石砂輪光磨工程陶瓷外圓表面，以達到工程陶瓷外圓表面質量要求。

所述步驟1）中的金剛石砂輪片的高速旋轉速度為3000-5000r/min,螺旋槽螺距為1-4mm,槽深度0.3-2mm.螺旋凸起的表面寬度1-3mm。環形槽寬度1-3mm,槽深度0.5-2mm。

所述步驟2）中車刀采用硬質合金（如WC材料，YG類、YT類、YW類都適用）、或陶瓷（如SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、ZrO₂），陶瓷或硬質合金等材料的圓柱形擠壓工具外徑30-60mm，轉速100-5000r/min,軸向進給速度0.01-0.3m/min,背吃刀量0.3-1mm，并采用磨削液冷卻。

本發明具有如下的特點及有益效果：

本發明在工件粗加工階段先用金剛石砂輪片加工出螺旋槽或環形槽，再用“軟”加工工具對凸起部位進行軸向擠壓，即制造出陶瓷表面凸起部位的兩邊材料形成空缺出現對稱邊緣，其槽底部形成臺階尖角，充分發揮陶瓷的尖角應力集中和邊緣破碎效應，以較小的功率消耗和工具損耗，在工具擠壓力的作用下將螺旋突起擠掉，從而實現材料去除。

本發明徹底改變了傳統陶瓷加工必須采用比被加工件硬度更高的刀具，即以硬克柔用金剛石砂輪磨削加工思想，使用比被加工陶瓷材料硬度相當或甚至軟的材料就能加工；此發明巧妙利用陶瓷等硬脆材料加工中常出現的、令人頭疼的邊緣碎裂和尖角效應，變壞事為好事，可有效降低傳統加工中金剛石砂輪磨損造成的加工成本，從而推動工程陶瓷材料在工業領域的應用。

本發明充分利用硬脆材料特有的應力集中效應、邊緣破碎效應，以及軸向擠壓加工時中位裂紋軸向擴展的現象，以較小的功率消耗和工具損耗，陶瓷工件在工具擠壓力的作用下實現材料去除。并實現了用與被加工陶瓷件硬度相當甚至更軟的材料來實現加工。