一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法
【专利摘要】本发明公开了一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，首先确定被加工陶瓷材料的抗压强度，然后陶瓷工件放置在高静液压装置中，对陶瓷工件施加高静液压力，在高静液加压状态下对陶瓷工件进行磨削加工。本发明具有如下的技术效果，1、高静液体压力可以降低或抑制磨削加工时中位裂纹的形成与扩展，从而降低磨削损伤，提高陶瓷器件的加工质量与使用的可靠性。2、在同等损伤条件下，高静液体压磨削允许更大的磨削参数，从而可提高工程陶瓷的磨削加工效率，实现低损伤条件下的高效磨削加工。3、大大降低后续抛光工序的加工时间，大大提高陶瓷器件的生产效率，降低陶瓷器件的加工成本。4、降低了工程陶瓷的加工损伤，提高了加工效率，可降低陶瓷器件的制造成本。
【专利说明】一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工程陶瓷的磨削加工方法。
【背景技术】
[0002]工程陶瓷因其良好的硬度与耐磨性、良好的热稳定性与化学稳定性等优点而被广泛应用于制造精密轴承、汽车零部件、航空航天耐高温元器件、仿生兼容植体、切削刀具与光电元器件等。陶瓷器件对加工精度与表面质量要求非常苛刻，如:尺寸精度常在微米级甚至亚微米级，表面粗糙度在纳米级甚至亚纳米级，加工表面及亚表面零损伤。然而，由于工程陶瓷是一种高硬度和高脆性的难加工材料，在加工过程中，由于其硬脆性极易形成加工裂纹，从而造成表面损伤，降低了陶瓷工件的稳定性和可靠性。目前，在工业生产中，陶瓷的主要加工方法是磨削加工，为了降低磨削加工所造成的工程陶瓷表面及亚表面损伤，磨削加工后往往需要对其进行精密抛光加工。尽管抛光加工可以去除磨削表面的损伤层，然而其加工效率极低，从而导致陶瓷器件的加工成本常高达其市场价格的80%以上，因此，如何降低磨削损伤并降低加工成本是工程陶瓷材料能获得广泛应用的关键。对于陶瓷磨削加工，砂轮磨削去除材料的过程是众多磨粒对陶瓷划擦作用的集合。对于传统的陶瓷磨削加工，其材料去除机理如图1所示。在磨削力的作用下，磨粒的划擦在磨削表面形成划痕，并且磨粒与陶瓷接触的局部区域会形成复杂的变形区，局部区域材料出现了复杂的塑性变形与晶粒的破碎，在变形区周围形成裂纹损伤。
[0003]陶瓷磨削损伤裂纹分为两类:中位裂纹和横向裂纹。中位裂纹向材料深处扩展，是影响工程陶瓷可靠性的主要因素；而横向裂纹则向加工表面延伸以形成材料的去除。因此，如何控制工程陶瓷磨削的中位裂纹是降低陶瓷磨削损伤的关键。对于工程陶瓷的传统磨削加工方法，采用较大的材料去除率时虽可降低加工成本，但会导致陶瓷损伤程度的加剧；而采用超细金刚石砂轮在小磨削用量下进行磨削加工时，则会使材料去除效率大大降低，力口工成本增加。并且，传统的陶瓷磨削方法所引起的陶瓷中位裂纹损伤深度较大，常导致后续抛光加工时间长，加工成本高。对于工程陶瓷的磨削加工，磨削效率与低损伤如同鱼和熊掌不能皆得。本发明提出的高静水压磨削加工方法，则可以在降低陶瓷磨削加工损伤的同时，获得较高的磨削加工效率，该方法将推动工程陶瓷器件的广泛应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种用于工程陶瓷高效低损伤加工的高静水压磨削方法，以降低陶瓷磨削加工损伤，并提高磨削加工效率，降低工程陶瓷器件的制造成本。
[0005]本发明的技术方案是，一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，首先确定被加工陶瓷材料的抗压强度，然后陶瓷工件放置在高静液压装置中，对陶瓷工件施加高静液压力，在高静液加压状态下对陶瓷工件进行磨削加工。
[0006]对陶瓷工件X、Y、Z三维方向施加高静液压力。
[0007]施加高静液压力大小为陶瓷材料的抗压强度的0.05-0.5倍。[0008]所采用的液压材料为低粘度液体。
[0009]磨削加工过程中，高静液压装置对工程陶瓷施加的压力大小保持不变。
[0010]用砂轮对陶瓷工件进行磨削加工，砂轮的磨粒粒度号大于300目。
[0011]本发明具有如下的技术效果，1、高静液体压力可以降低或抑制磨削加工时中位裂纹的形成与扩展，从而降低磨削损伤，提高陶瓷器件的加工质量与使用的可靠性。2、相对于普通的磨削，由于高静液体压力可以克服磨削中产生的拉应力，在高静液体压磨削中形成中位裂纹损伤需要更大的磨削力，因此，在同等损伤条件下，高静液体压磨削允许更大的磨削参数，从而可提高工程陶瓷的磨削加工效率，实现低损伤条件下的高效磨削加工。3、由于高静液体压磨削的工程陶瓷器件，其亚表面不会出现中位裂纹，或者中位裂纹深度很小，可以大大降低后续抛光工序的加工时间，大大提高陶瓷器件的生产效率，降低陶瓷器件的加工成本。4、工程陶的高静液体压磨削降低了工程陶瓷的加工损伤，提高了工程陶瓷的加工效率，从而可降低陶瓷器件的制造成本。该方法的推广将进一步推动工程陶瓷器件的广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是采用传统磨削方法时磨粒划擦陶瓷去除材料示意图。
[0013]图2是采用高静液压磨削方法时磨粒划擦陶瓷去除材料示意图。
[0014]图3是工程陶瓷高静液压磨削加工的示意图。图中O为砂轮的轴线，ω为砂轮的转速，砂轮可沿Z轴方向作进给，工程陶瓷工件可以在X、Y平面内沿X、Y轴方向作进给，P为施加于工程陶瓷工件上的静液压力。
【具体实施方式】
[0015]本发明的主要原理是:以压痕断裂力学和弹塑性力学为理论基础，传统磨削加工时磨粒对陶瓷的划擦作用示意图如图1所示。中位裂纹向材料表面正下方扩展，是影响陶瓷力学性能的主要因素；横向裂纹则会向材料表面扩展以形成材料的去除，对材料力学性能影响较小，抑制陶瓷损伤主要是抑制中位裂纹的形成与扩展。高静水压磨削陶瓷时，磨粒对陶瓷的划擦作用示意图如图2所示。陶瓷磨削在高静水压环境下进行，三向高静水压力在在陶瓷试件内产生较大的压应力场，从而可以克服磨粒划擦作用引起的拉应力，从而降低或抑制中位裂纹的形成与扩展。
[0016]下面通过具体的实施例，对本发明作进一步的详细说明。
[0017]如图3所示。一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，工程陶瓷为碳化硅陶瓷，碳化硅陶瓷试件尺寸为20X15X10mm，测得碳化硅陶瓷的抗压强度为2000MPa，将碳化硅陶瓷试件放置在高静液压装置中，高静液压装置的高静液压力值200-400MPa，高静液压液体为煤油，用砂轮对碳化硅陶瓷试件进行磨削加工，磨削技术参数为:砂轮转速3000r / min，工作台进给速度为300-1200_ / min，砂轮磨削深度为5_20 μ m，砂轮直径为75mm，型号为SDN100V600。经高静水压磨削后的碳化硅陶瓷亚表面没有明显的中位裂纹损伤层，亚表面只有5-10微米左右的变质层，变质层出现晶粒的细化现象，这是磨粒接触区局部材料产生了复杂的塑性变形以及横向裂纹扩展的综合结果。
【权利要求】
1.一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，其特征在于:首先确定被加工陶瓷材料的抗压强度，然后陶瓷工件放置在高静液压装置中，对陶瓷工件施加高静液压力，在高静液加压状态下对陶瓷工件进行磨削加工。
2.根据权利要求1所述的一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，其特征在于:对陶瓷工件X、Y、Z三维方向施加高静液压力。
3.根据权利要求1、2所述的一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，其特征在于:施加高静液压力大小为陶瓷材料的抗压强度的0.05-0.5倍。
4.根据权利要求1、2所述的一种工程陶瓷高效低损伤的高静液水压磨削方法，其特征在于:所采用的液压材料为低粘度液体。
5.根据权利要求1所述的一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，其特征在于:磨削加工过程中，高静液压装置对工程陶瓷施加的压力大小保持不变。
6.根据权利要求1所述的一种工程陶瓷高效低损伤的高静液压磨削方法，其特征在于:用砂轮对陶瓷工件进行磨削加工，砂轮的磨粒粒度号大于300目。
【文档编号】B24B1/00GK103707133SQ201310705946
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】张高峰, 张文博, 谭援强, 姜胜强, 李益辉, 张植忠 申请人:湘潭大学