发布时间：2023-06-10 来源：网络
牛宝体育果．实验表明，高速下并来获得高的磨削比和低的粗糙度，该文将这一结果归于高速情况 下急剧增加的滑擦效应．图４给出了该实验条件下的砂轮磨损性能比较，估计这一结果与 其所使用的水溶性磨削液的润滑性能较差有关．由此可见．有效实现超高速磨削，良好润 滑性能的磨削液也是很关键的因素．
由于金刚石砂轮荏加工过程中其形貌 的改变不太明显．一旦能识别加工过程中 的砂轮形貌状态，就可以准确预测其磨削 加工性能。”！．为了测量与表述砂轮形貌特
征，开发了大量的方法牛宝体育。文献［１３］采用光学 轮廓仪测量砂轮表面三维形貌．建立了沿 砂轮径向切削刃密度分布，并以切削刃分 布作为输入，通过建立力与表面粗糙度模 型，对加工进行了仿线］通过使用
从陶瓷磨削加工过程中产生的磨屑形态来看，材料主要以脆性方式被去除，但脆性断裂所 消耗的能量不足实测比能的１％．而在工件已磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的纹路，而 且在纹路两侧有明显的塑性变形凸起及撕裂涂覆物．引人磨粒耕犁面积的概念，发现能量 消耗与其存在很好的线性关系．因而推断陶瓷磨削中能量主要消耗于发生在耕犁过程中
能与陶瓷材料性能指标阃有一定的对应关系，特别是与材料的硬度Ｈ和断裂韧性缸关 系最为密切，表面能正比于ｋ３”Ｈ．这点和压痕断裂模型分析中所得到的产生临界裂纹的 压力与Ｈ和缸的关系十分相似，其间可能暗示着某种关系，图２是磨削几种典型陶瓷时 单位宽度功耗与材料特性以及耕犁面积的对应关系．
２．２陶瓷磨削中的能量消耗 尽管压头断裂模型本身以及根据它所建立的关于侧边裂纹和中间裂纹的计算公 式”一－都对深刻理解陶瓷磨削过程起到了重要的作用，但它却无法定量解释磨削过程中
的能量消耗［９ｊ．为此，最近有关学者又针对陶瓷磨削比能进行了深入研究［１０２研究发现，
Ｊｏｕｒｎａ［ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｌｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎ●ｔｕｒａｌ Ｓｃｋｎｃｃｓ Ｅｄｉｔｉｏｎ）＾Ⅳ－１
应力．减少表面损伤．从而使磨削液 除了传统的冷却、润滑及冲洗磨屑 等三个主要作用外又增加了化学软
化的作用，而且这些新的磨削液添§ 加成份无毒，无任何环境污染．在磨≥ 削Ｓｉ。Ｎ。陶瓷时．使砂轮修整周期 从原来的每磨３０件～次，延长到每 磨５００件修一次．磨削液在提高加 工效率，延长砂轮寿命以及减少加
先进陶瓷更广泛应用的主要障碍，为了开发新的、低成奉的加工方法，需要 更深入地揭示加工机理，本文介绍了目前在陶瓷磨削机理方面的研究进晨 以及建立在机理研究成苯基础上的几种先进陶瓷磨科加工新方法・ 关麓词先进陶瓷，磨削机理，加工效率，表面质量
压头（磨粒）上所受的力超过一ｌ临界值，就会产生侧边裂纹，材料便以断裂方式去除．而这 一临界值与陶瓷材料的硬度及断裂韧性相关，载荷低于这一『临界值，侧边裂纹就不会出 现，磨粒一工件界面将产生塑性流动，这就是所谓的“塑性域磨削”的概念，这一磨削概念的 目的是保持每颗磨粒所承受的力低于产生侧边裂纹的临界载荷…，
身的质量特性，如强度与分布、脆性、耐磨性、擞解理特性以及粒度分布等．而不仅仅是简 单的粒度大小与种类划分．金刚石磨粒的这些特性被证明在冉瓷加工中会引起加工过程 的根本性变化“７． 关于结舍剂，尽管国外也在研究许多新的材料和合成手段，但且前能够实际使用的仍 以树脂、金属与陶瓷三类为主．但在结合剂的选择上目前尚存在一定争论，与机床特性和 加工工艺有很大关系．德国学者使用了树脂与陶瓷结合剂““牛宝体育，但加工结果与结合剂的相 关性很小，他们倾向于使用陶瓷结合剂，因为其把持力好，但该结合剂叉不能使用超细粒 度的金刚石磨粒．为了解决微细金刚石的使用问题，最近有学者在微粉金刚石表面改性等
尽管这项工作对定量解释磨削比能提供了一条途径．但在考虑耕犁面积，材科的性能
以及能量消耗于摩擦，磨屑运动等其它内容的比例与可能性等方面均存在许多不足，所产 生的磨屑中，尽管大多数表现出脆性特点，有时也出现卷曲的类似金属加工的有明显塑性
变形特点的磨屑，所有这些现象பைடு நூலகம்及产生的条件还有待更深人的研究．
２．３冉瓷磨削加工的系统研究方法 虽然人们希望控制单颗磨粒所承受的载荷，但由于加工过程中不可能精确控制每颗 磨粒的切削深度，因此加工过程中总是塑性与脆性变形共存，为此，Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ博士在
在冷却液供给充分的情况下，由于砂轮的高速旋转，会在砂轮与工件之筒形成动水压 力，这一压力有将砂轮推离工件的趋势．文献Ｅ２２］研究了用树脂结合剂金刚石砂轮磨削烧 结反应氮化硅时的水压力数值．研究表明，水压力的悟值与磨粒粒度及砂轮速度密切相 关．圈５给出了两种粒度砂轮在不同磨削速度下的实验结果．可甜看出．动水压力在５０ ｍ／ｓ时已可以和实际法向磨削力相比．在更高速度以及使用更细粒度砂轮时其值之大难 以想像．为减少动水压力的影响，有人通过砂轮表面开糟，在线修整在砂轮表面形成徽坑 等手段来降低水压力的影响，取得了明显的效果．
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考虑磨具／工件接烛区内的其它三个界面的作用（切屑／工件．切属／结合剂・结合剂／工件） 的基础上提出Ｔ用于精密蘑削加工的“切屑形成”模型‘１川，并运用“系统研究手段”指出， ！ｌｌｌｔ加工中脆性与塑性变形以概率分布方式共存，并且给出了各种加工系统因素对这两 种分布的影响规律（如图３），根据这一结论牛宝体育，指出：采用精细两种条件磨削冉瓷的选舞方
述条件相确情况下．用相同加工用量，不同厂家生产的规格完全相同的磨真其加工性能 （磨削力，功率，比能，砂轮磨损．表面粗糙度以及被加工试样弯曲强度）却表现出很大的差 异ｍ］，文献［１６］中的国际合作研究结果也表明，由于砂轮原因造成磨削后陶瓷强度波动 范围超过２５％牛宝体育，分析其原因，目前认为是磨具规格指标中还应该包含更广泛的信息．常规 所讲的磨具的几要素对陶瓷精密加工来讲已远远不够．其中最典型的一个因素即磨粒本
３．２化学辅助■削 陶瓷的精密磨削对机床的刚性 要求非常严格．一般的机床都较难 满足要求．为此．美国标准局最近深。
去除率．表面质量以及金刚石磨损， 研究了多种磨削液的使用效果，并 与公司合作，进行了生产现场实验．
２．１压囊断囊横型 如图１所示的“压痕断裂模型”是最早解释冉瓷加工过程的模型硼，根据该模型，只要
第２期 于怡青等：一瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展４９ ——————————————————————————————————————————————————————————一———————————————————————————————————————一
ｍ／ｓ时的４３％降到１２％．与此同时，我国东北大学也在超高速磨削领域取得了
卓越的成就．尽管人们普遍认为，高速磨削可降低磨削力，降低砂轮磨损，但对于高速和超 高速磨削，除了人们常提到的诸如砂轮平衡、安全性、大的主轴功率以及充足的冷却液等
３．１．１滑擦效应 文献Ｅ２１］的最新研究成果显示出与一般高速磨削实验相反的结果，该文使用单层电
化学反应速度必须很快，生成的反应物要更容易去除．由于大多数的冉瓷已经处于鼍态的 氧化、碳化或氮化的结晶状态，用类似于形成金属氧化物的氧化一软化一去除策略并不船奏 效．结果表明，在加工条件下的水和反应所形成的氢化物以及其它反应物能够在保证表面 质量的前提下提高加工效率．但本文并未提到反应的瀑度条件等因素，因此，更深入的反 应本质还有待进一步研究． ３．３加热磨削 尽管总的来讲在磨匍加工中温度的增加对加工表面质量有严重的负面作用，但当量 度达到足以形成玻璃相时．氮化硅陶瓷的强度反而会增加．在高温条件下，磨削表面赡性
跟踪陶瓷缓进磨削中金刚石砂轮表面，不 同区域随材料去除效率的变化过程．并通 过数字图像采集系统与处理软件对表面形 貌进行分析，研究结果表明．铅带复印技术 要比乙酸纤维带复制技术的分辨率高，而 且易于控制，通过观察比较砂轮表面二维
方面取得了新的进展口“，给超细金刚石磨粒在其它新型结合剂包括新型树脂结合荆中的
３陶瓷加工技术研究进展 ３．１高速和超膏速磨削 根据单颗磨粒切削厚度的计算公式，其它条件不变，提高砂轮速度Ｖ，可在不降低材 料去除效率的前提下降低单颗磨粒切屑厚度．相应的，如果保持单颗磨粒的切屑厚度不 变，则ｙ０／ｙ，不变，提高ｙ，意味着可同时提高ｙ。，因而加工效率提高．文献Ｅ２０］使用陶瓷 结合剂金刚石砂轮在１６０ ｍ／ｓ的速度下磨削ｓｉ。Ｎ。陶瓷，获得了５１００的高磨削比，文献 ［３］用１２０＃金刚石砂轮磨削ＲＢＳＮ的实验结果表明，在１７０ ｍ／ｓ的速度下，表面崩裂的
先进陶瓷由于其杰出的耐磨和耐腐蚀等性能，在汽车、航空航天以及制造领域的应用 日益广泛，主要的例子有切削刀具、阀、轴承以及密封元件等．但这类冉瓷元件对加工表面 层特性的要求却近乎苛刻．即使达到镜面级的加工质量，其强度也会由于加工过程中出现 的用耳前的检测手段还无法检测的亚表面层损伤而明显下降“１］．由于对加工表面层质 量的要求如此严格，目前冉瓷的加工戚卒已占到整个冉鬻元件成本的８０斯～９０％”。３，尽 管，陶瓷元件具有诱人的机械与化学特性，由于高的加工成本以及难以控制的加工裹面损 伤层。其更广泛的应用受到极大限制． 在陶瓷加工中，使用金剐石的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法，占所有加工工 艺的８０％．由于磨削加工可能是人们对所有的常用加工工艺中了解最少的加工工艺，因 此，它也是这些工艺中去除单位工件材料加工成本最昂贵的工艺，磨削加工目前仍更多的 依赖经验知识“：．而目前磨削先进冉瓷的技术基础也大多基于对金属磨削过程的经鼍知 识“］．因此，陶瓷磨削加工存在的主要问题是缺乏对加工过程本身以及金刚石工具的足够 认识．提高材料去除率可明显降低加工成本，但必须以不引起加工表面损伤为前提，耍做 到这点又必须建立在对陶瓷磨削机理以及各种加工参数对加工表面损伤的髟响规律有了 深入了解的基础之上．围绕这些问题，国内外学者进行了大量深入的研究，就冉瓷庸翻中 材料的去除机理、金刚石磨粒的失效机理以及加工过程中各种过程输出参量的作用机理 等方面取得了许多有价值的成果．并在此基础上提出了许多新的磨削加工技术，本文在尽 可能的前提下，讨论几种比较有代表性的研究成果．
轮廓，磨粒形貌以及磨粒的表面密度评价 了砂轮工作表面的变化．该文同时指出，建
工件材料 细 操作参数 高 小 薄 砂轮遗度 切削深度 切属摹度 氍大单
立一个能用于预测砂轮状态的模型对深入 揭示磨削过程是非常重要的，但由于砂轮 磨损过程的复杂性，现阶段要建立这样的 模型也是非常困难的 ２．５砂轮规格殛金刚石磨粒性能的影晌 决定陶瓷加工过程的根本应该是所使 用磨具性能的优劣，以往在陶瓷的磨削加 工中，广泛研究了磨粒粒度、浓度以及结合 剂种类等因素对加工过程的影响牛宝体育，但在上
