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氧化锆陶瓷的磨削加工技术

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时间:2022-11-28

   氧化锆陶瓷具有陶瓷材料共同的高硬度、高脆性和低断裂韧性等特点,使陶瓷材料在加工过程中很容易产生变形层、表面/亚表面微裂纹、材料粉末化、模糊表面、相变区域、残余应力等缺陷限制了陶瓷材料应用范围的进一步扩展。

 陶瓷材料特别是硬度较大的陶瓷材料如氧化锆陶瓷等素来便是“加工困难户”,以致陶瓷精密元件的加工费用占到成本的30%-60%,有的甚至高达90%。因此探索陶瓷材料的精密、高效、低成本加工方法就显示尤为重要。鑫腾辉数控根据市场需求,专注生产各种型号的陶瓷雕铣机,可满足所有硬质新材料的加工,陶瓷专用雕铣机就是为了满足这样的加工需求专门设计生产的一种数控机床。

氧化锆陶瓷加工

一、氧化锆陶瓷磨削加工技术

    磨削加工作为陶瓷机械加工的主要手段,也是目前氧化锆陶瓷的主要机械加工方法。随着国内外众多学者不断深入和发展,已逐步形成一系列的理论指导,磨削加工方法和手段也在不断的变化和更新。下文将对磨削加工理论及相关工艺进展做简单整理。

1、延性域磨削加工技术

    延性域磨削技术主要是针对脆性材料而言,致力于追求无损伤的磨削。在磨削脆性材料时,切屑的形成与磨削金属等塑性材料类似,“切屑”通过剪切的形式被磨料从集体上切除下来,磨削后的表面和亚表面没有裂纹形成,也没有脆性剥落时的凹凸不平现象产生,避免了亚表面裂纹的发生,是一种损伤极小的磨削方式,在陶瓷、玻璃、光学和半导体领域有广阔的应用前景。

    技术要点:该技术是主要采用高刚度高分辨率的磨床,通过控制磨削深度,使脆性材料以延性域的模式去除,也就是脆性材料的磨削机制由原来的脆性断裂变为塑性流动,选择合适的磨削参数及砂轮的特性参数,来取得较好的加工表面。

氧化锆陶瓷加工

2 两种脆性材料的去除机理:a脆性断裂去除,b塑性流动去除

图片解析:塑性和脆性是硬脆材料的两个及基本性质,在常规条件下,硬脆材料其屈服强度与断裂强度非常接近,因此加工时,磨粒和材料接触区的应力首先达到断裂强度,形成裂纹尖端,裂纹尖端扩展形成裂纹,最后断裂生成磨屑,加工表面损伤严重,亚表面残留一定深度的裂纹,见上图a。当去除材料的未变形厚度减小到临界值以下,就会出现脆性延性转变,磨料和陶瓷材料的接触区应力首先达到剪切强度极限,产生塑性流动,进而形成切屑,从而实现延性域加工,见上图b

应用示例:杜建华等采用粒度为W0.5微粉金刚石砂轮对氧化锆陶瓷的磨削实验表明,在砂轮线速度Vs=11.8m/s,进给速度V1=40mm/min,可获得表面粗糙度Ra=3nm的超光滑镜面。厚度较小氧化锆陶瓷工件采用普通磨削时会由于微小震动产生裂纹,而延性域磨削是加工陶瓷材料无损加工的一种方式。

陶瓷精密加工机床


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