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：2623

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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(yīng)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(jī)械性能(尤其是韌性和強(qiáng)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(shí)，如果加工參數(shù)不盡合理，則加工后的工件表面會(huì)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(shí)加工參數(shù)對(duì)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(xué)依據(jù)。

2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)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(dòng)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(yàn)采用Moore公司生產(chǎn)的5種不同型號(hào)的樹脂焊接金剛石磨粒砂輪，砂輪型號(hào)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(duì)金剛石砂輪進(jìn)行修整。磨削工件時(shí)采用酒精作為冷卻液。

**表　試驗(yàn)用金剛石砂輪**
砂輪型號(hào)	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(duì)磨削表面進(jìn)行觀察并測量其表面粗糙度及表面輪廓。

3 試驗(yàn)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(shí)，磨削后的工件表面會(huì)產(chǎn)生裂紋。本試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)給量對(duì)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(jìn)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(shí)表面粗糙度與進(jìn)給量之間的關(guān)系曲線(所有表面均在塑性模式下進(jìn)行磨削)。由圖可知，磨削表面粗糙度主要取決于砂輪的進(jìn)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(dāng)采用SD3000-75-B金剛石砂輪在v=1200m/min，f=3.6µm/r，a=1µm條件下對(duì)陶瓷樣品進(jìn)行磨削時(shí)，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(xué)表面。