[發明專利]一種磁力增韌抑制硬脆材料加工損傷的方法

有效

• 申請號: 201811396952.4
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109534690B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 王龍;李平;陳小虎;陽能軍;唐修檢;李若亭;田欣利
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: C03C17/10
• 分類號: C03C17/10;C03C17/22;C04B41/88;C04B41/85
• 代理公司: 濟南光啟專利代理事務所(普通合伙) 37292
• 代理人: 李曉平

本發明提供一種磁力增韌抑制硬脆材料加工損傷的方法，屬于機械加工過程的質量控制技術領域。本發明將硬脆材料浸入充滿磁流變液的裝夾模具中，磁流變液進而滲入硬脆材料表層的孔隙、裂紋等缺陷內部，且在硬脆材料周圍形成液態包封。加工時，施加以可控的磁場，使得磁流變液受磁力影響產生磁流變效應，形成具有較大屈服強度的高粘度彈性膜。因此，硬脆材料表層缺陷內部磁流變液固化而形成封孔增韌機制，材料周圍的磁流變液固化而形成三維周向預壓應力包封，且可吸收砂輪等刀具施加給硬脆材料的沖擊振動與能量，有利于抑制裂紋向徑向深處或側向邊緣擴展，從而減少裂紋、表面破碎、邊緣破碎等缺陷產生，改善了加工質量。

技術領域

本發明屬于機械加工過程的質量控制技術領域，尤其涉及一種磁力增韌抑制硬脆材料加工損傷的方法。

背景技術

工程陶瓷、光學玻璃等材料具有高硬度低韌性的特點，它們的斷裂強度對應力集中效應與殘余拉應力非常敏感，在加工過程容易出表面破碎與微裂紋現象。另外，在硬脆材料的入口與出口部位容易崩邊，即邊緣破碎現象，主要源于刀具與工件的沖擊應力作用、邊緣缺乏材料支撐等因素有關。表面破碎、微裂紋、邊緣破碎等加工損傷現象出現隨機性較大，成為硬脆材料加工過程中質量難于控制的難題。

目前，硬脆材料的增韌抑制加工損傷措施大致歸結為：1）能量輔助加熱法；采用激光、電火花等能量輔助加熱切削方式，使材料去除機理偏于延性域去除，抑制陶瓷的崩碎損傷，但難以實現對加熱過程的精確控制，且容易造成工件的熱損傷。2）機械式包封預應力控制法；采用金屬材料對硬脆材料工件進行機械式的周向包封，實現預施壓應力增韌工件表面方式，降低了硬脆材料的邊緣碎裂，該方法已證實有效但目前應用較少。3）材料改性增韌法；通過顆粒增韌、晶須增韌、相變增韌、原位增韌和復合增韌等方法改善硬脆材料自身韌性，提高材料的斷裂強度，但這類增韌補強方法需優化材料組分并形成多相復合，且工藝技術復雜。此外，陸軍裝甲兵學院的唐修檢等人最新研究進展表明，采用有機封孔劑可有效阻止裂紋徑向擴展，并使裂紋向表面產生偏轉，達到封孔增韌強化作用。

發明內容

針對工程陶瓷、光學玻璃等硬脆性材料在加工過程中存在難以控制的微裂紋、表面破碎和崩邊等損傷問題，提出一種硬脆材料表層實時磁力增韌抑制加工損傷的新方法，其利用磁流變效應實現硬脆材料表層的實時增韌，在加工過程中抑制加工損傷，有利于提高硬脆材料的加工表面質量，并有準確可控制的優點，更好的實現硬脆材料的高效精密加工。

本發明的磁力增韌抑制硬脆材料加工損傷的方法，其包括以下步驟：

步驟1，先將磁流變液添加至裝夾模具中，再將工程陶瓷、光學玻璃等硬脆材料浸入至磁流變液中。磁流變液進而滲入至硬脆材料表層的孔隙、裂紋等缺陷內部，并且在硬脆材料周圍側面外形成液態包封。

步驟2，在采用砂輪等刀具加工硬脆材料時，在裝夾模具中區域內施加磁場，使得磁流變液由液態向固態形成可控的迅速轉化。通過控制電磁鐵線圈電流，磁流變液固化形成具有合適屈服強度的固態的彈性膜體，實現硬脆性材料表層裂紋、孔隙等缺陷的封孔增韌作用，且裝夾模具內側與硬脆材料各側表面之間的磁流體固化后起到包封預加壓應力作用，增加材料裂紋朝表層深處與自由表面擴展的難度，且吸收刀具作用在硬脆材料表面的沖擊能量，有效抑制變質層微裂紋、表面破碎、邊緣破碎等缺陷的產生。

步驟3，當硬脆材料加工結束后，撤銷電磁鐵線圈中的電流導致磁場消失，使得磁流變體又由固態恢復其液態特性，將硬脆材料取出且進行表面清洗。

本發明具有如下的特點及有益效果：

本發明基于磁流變效應，能夠達到工程陶瓷、光學玻璃等硬脆材料表層裂紋、孔隙等缺陷的封孔增韌作用與硬脆材料各側表面的周向包封預加壓應力作用，能夠在機械加工過程中實現抑制微裂紋、邊緣破碎等加工損傷。