现代陶瓷的高速磨削综述.doc

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1、现代陶瓷的高速磨削综述关键词：高速磨削，力，温度，陶瓷材料，次/亚表面，冷却液提供摘要在这篇论文屮，谈到了先进陶瓷材料的高速磨削的一些特点，其中包括：氧化铝、氧化铝一二氧化钛、氧化错、氮化硅和碳化硅。讨论了相关材料的去除机理以及有关先进陶瓷材料高速磨削所使用的一些实用技术。简介由于先进陶瓷具冇某些优越的性能，比如：在两个极端温度下具冇高的硬度，低的热膨胀系数，良好的耐磨性和化学惰性等等，使得其在现代制造业中成为越來越重要的结构材料。用含金刚石磨料的磨具磨削由陶瓷材料构成的构件是加工过程中最常用的方法。然而，

2、加工陶瓷材料的高成本一直是阻碍它们发展与应用的主要因素。因此，在过去的几十年对陶瓷材料大量的研究中，主要是冇关形成…些先进、高效的磨削工艺。高速磨削技术第一次作为精加工过程被开发是在40年前。高速磨削过程的特点是：在材料去除的过程中，砂轮在高于60m/s的速度运行时显著降低了最大磨屑厚度，尤其是与传统的磨削速度低于40m/s的磨削过程相比更为明显。显然，由砂轮速度导致的更小的磨屑厚度可以使磨削力减少。当高速磨削技术应用到先进陶瓷加工时，可以实现较高的材料去除率或者提高加工的质量。当使用高速蘑削对陶瓷材料进行

3、精加工时，增加砂轮的速度冇提高塑性材料的去除率的趋势，与传统磨削速度相比，这种方法可以提高材料的表面加工质量。另一方面，在可能没有损害材料的表面完整性的同吋，高速磨削通过增加磨削深度或者进给速度能够实现较高的材料去除率。以上所提到的方法在先进陶瓷的高速磨削技术中已经得到了很好的发展。例如，Kovachetal.Q经清楚的证明了高速磨削加丁•在对先进陶瓷的应用中可以改善表面光洁度。他们的研究结果还说明了从脆性断裂模式转化到低伤害的塑性磨削模式可以通过增加砂轮速度来实现，在高速磨削氮化硅吋也冇类似的结果。Kov

4、achetal还证明了周边磨削工艺的优化,即可以不用增大砂轮的磨损而提高材料的去除率。YinandHuang证明了在用金刚石砂轮磨削氮化硅陶瓷时，当速度从常规速度30m/s增加到160m/s吋，在不降低陶瓷强度的情况下，将会达到5倍的去除率以及延长砂轮7倍的修整间隔。Hua隔etal还证明了高的速度和大的切屑深度的结合可以对氧化铝、氧化箔和氧化铝一二氧化钛达至I」16mm3/mm?s的材料去除速率。特别的是，增加切屑深度对材料亚表面的损伤影响甚微。Xieetal在对氧化钻，氮化硅和氧化铝设置了6mm的切屑深

5、度时，可以达到120mm3/mm?s的材料去除率。很明显，先进陶瓷的高速磨削技术的发展己经取得了显著的进步。本文回顾了大量的有关先进陶瓷的高速磨削技术的发展，对比了高速磨削与传统磨削的一些特点。讨论了无论是在高效率的去除模式还是延性去除模式有关高速磨削过程中材料的去除机理，当然也总结了一些实用的高速磨削加工技术。高速磨削的特点磨削力在高速磨削屮，磨削力的测量很大程度上受冷却液的影响，冷却液所导致的力的变化将显著的反应到磨削力的变化。因此，在处理由测量得到力中，去掉由冷却液所导致的力的变化是很有必要的。在这项

6、试验中，用于测量的2个磨削循环的每个磨削条件都没有改变任何参数设置。在第一个循环中，磨削砂轮切削工件，所以测量的磨削力包括磨削所需的力和冷却液所影响的力；在第2个循环中，砂轮仅仅接触了工件的表面而没有切。因此，所测量的力完全是由冷却液所导致的。把第一个循环所测的力减去没冇发生切屑吋所测的力就是由磨削所导致的力。此外，从测力计输出的力是水平和垂直方向的，通常的法向磨削力和切向磨削力通过以下公式计算得來（包括切屑深度的影响）：Fx是测量的水平力，Fy是测量的垂直力，Ft是切向力以及Fn是法向磨削力，e是指在磨削

7、区垂直力向量即垂直于工件的方向和法向力向量的夹角，记作施是磨削深度，ds是砂轮直径。表格1展示了从磨削5种现代陶瓷材料吋所测量的力，它们用的同一种砂轮宽度。从表屮看出对于所有的陶瓷材料的法向蘑削力随着速度的增加而减小。然而，减小的幅度随着材料的不同而不同。氧化链的法向力减少的最多，而在同样的速度条件下二氧化硅的是最少的。而且还注意到：对于氧化错和氮化硅，力减小的速率比增加砂轮速度的速率更迅速，特别是在低速条件下。而切向力对于氮化硅和氧化错中则减少的很少，因为据了解，它们的韧性比其它的陶瓷材料要高。砂轮速度对

8、于具有更高的脆性材料的影响明显很小，像氧化铝，氧化铝一氧化钛，碳化硅。表格2也总结了陶瓷材料的一些特性。蘑削温度陶瓷的高速磨削通常需要很高的磨削力，所以说了解在磨削区域是否会产生高的温度是很重要的。磨削区域的温度可以通过热电偶技术来测量。在我们的测量中，2个陶瓷样本的端面都经过了抛光，其中一个抛光的表面冇一个由激光加工的宽度为0.6mm深度为0.15mm的凹槽，为了消除由于加工凹槽所产生的残余损害，试样的表面和凹