陶瓷材料的超精密磨削加工

發(fā)布日期：2011-11-25 蘭生客服中心瀏覽：2622

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1 引言

陶瓷材料具有抗酸、堿、鹽腐蝕、耐高溫、壓電位移等優(yōu)良特性，應用范圍非常廣泛。但陶瓷屬于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理機械性能(尤其是韌性和強度)與金屬材料有較大差異，加工性能差，加工難度大。采用超精密切削、磨削工藝或傳統(tǒng)的拋光工藝加工陶瓷工件時，如果加工參數(shù)不盡合理，則加工后的工件表面會產(chǎn)生裂紋、表面破損等缺陷。本文主要探討超精密磨削加工陶瓷等脆性材料時加工參數(shù)對工件表面質(zhì)量的影響，以便為脆性材料的超精密磨削加工提供科學依據(jù)。

2 試驗條件

試驗用超精密磨床的磨頭主軸采用具有很高轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度的空氣軸承主軸；工件主軸采用具有很高剛性、回轉(zhuǎn)精度和振動吸收率的氣浮軸承主軸。磨床磨削深度可控制在0.1µm以內(nèi)。

磨削試驗采用Moore公司生產(chǎn)的5種不同型號的樹脂焊接金剛石磨粒砂輪，砂輪型號及磨粒尺寸列于下表。金剛石砂輪層的厚度為3mm，采用Gc#400型修整器在砂輪圓周速度v_s=160m/min、修整器速度v_w=0.6m/min和切削深度a=1µm的條件下對金剛石砂輪進行修整。磨削工件時采用酒精作為冷卻液。

**表　試驗用金剛石砂輪**
砂輪型號	磨粒尺寸(µm)	平均磨粒尺寸(µm)
SD3000-75-B	2～6	4
SD1500-75-B	8～15	11.5
SD8000-75-B	20～40	30
SD400-75-B	40～60	50
SD200-75-B	90～110	100

采用DI公司制造的Nanoscope ⅢA掃描探針顯微鏡對磨削表面進行觀察并測量其表面粗糙度及表面輪廓。

3 試驗結(jié)果與討論

采用傳統(tǒng)的磨削方法加工陶瓷及其它硬度高、脆性大的脆性材料時，磨削后的工件表面會產(chǎn)生裂紋。本試驗采用超精密磨頭在不同的加工條件下磨削陶瓷材料，加工完畢后，采用Nanoscope ⅢA掃描探針顯微鏡進行觀測。由觀測結(jié)果可知，磨削表面可分為三種模式：斷裂模式、斷裂+塑性模式、塑性模式，圖1所示為磨削模式與磨削條件(砂輪進給量與平均磨粒尺寸)之間的關(guān)系。由圖1可看出，塑性磨削模式能利用平均磨粒尺寸小于18.5µm，或平均磨粒尺寸最大值不超過25µm的金剛石砂輪進行磨削。

圖1 磨削模式與磨削條件的關(guān)系

圖2 砂輪平均磨粒尺寸與磨削表面粗糙度之間的關(guān)系

圖3 砂輪進給量對磨削表面粗糙度的影響

圖2所示為金剛石砂輪的磨粒尺寸與磨削表面粗糙度之間的關(guān)系。顯然，磨削表面與拋光表面一樣，其表面粗糙度取決于磨粒尺寸的大小。正如圖1所示，采用不同平均磨粒尺寸的金剛石砂輪進行磨削，其加工表面結(jié)構(gòu)有著很大不同。

圖3所示為采用SD1500-75-B金剛石砂輪磨削時表面粗糙度與進給量之間的關(guān)系曲線(所有表面均在塑性模式下進行磨削)。由圖可知，磨削表面粗糙度主要取決于砂輪的進給量，而磨削深度和磨削方向?qū)δハ鞅砻娲植诙炔o影響。

當采用SD3000-75-B金剛石砂輪在v=1200m/min，f=3.6µm/r，a=1µm條件下對陶瓷樣品進行磨削時，陶瓷表面處于塑性域磨削模式。圖4和圖5分別為用Nanoscope ⅢA掃描探針顯微鏡測得的陶瓷磨削表面顯微圖形及其表面輪廓形貌。測得的陶瓷表面粗糙度值為rms4.15nm，R_a3.07nm和P-V32.17nm，其表面粗糙度值優(yōu)于用拋光方法加工的光學表面。