[发明专利]基于放电诱导可控烧蚀的非导电工程陶瓷磨削加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种难加工材料的加工方法，尤其是一种非导电难加工材料的加工方法，具体地说是一种能提高非导电工程陶瓷加工效率，快速去除材料并保障加工表面质量与精度的基于放电诱导可控烧蚀的非导电工程陶瓷的磨削加工方法。

背景技术

众所周知，非导电工程陶瓷（包括Al₂O₃、ZrO₂、Si₃N₄、SiC等）由于具有强度高、硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、非导电、热膨胀系数低等优良性能，日益广泛地应用于机械、电子、冶金、化工、石油地质钻探、航空航天和核工业等领域。现代工业对工程陶瓷构件的加工效率、表面质量和精度等要求越来越高，但是现有的热压、烧结、真空热挤压等工艺仅能成形出几何形状较为简单和精度较低的工程陶瓷构件，对于精度要求较高或形状较复杂的陶瓷构件，则必须进行后续加工。而多为共价键、离子键或其混合形式组成的晶体或粉末结构决定了工程陶瓷的硬脆性和难加工性。电火花加工是利用电、热能而不是机械能蚀除材料的，可以加工任何硬、脆、韧、软及高熔点的导电材料，且专长于难加工材料、复杂型面及薄壁件。由于非导电工程陶瓷是绝缘体，不能直接作为电极对之一而采用电火花加工，因此，非导电工程陶瓷电火花加工技术的研究与开发，就成为了当今电火花加工技术领域的一个研究难点。

目前对绝缘体的电火花加工主要有高压电火花加工方法、电解电火花加工方法及辅助电极法电火花加工等。高压电火花加工方法可以把绝缘体作为介质来进行加工，这种加工方法对绝缘体在粗加工时效率高、成本低，但加工表面形状粗糙，工件厚度受限，通常只用于打孔加工且深度不深，否则侧面放电严重，加工无法正常进行。日本学者福泽康、毛利尚武提出了绝缘陶瓷材料的辅助电极电解电火花加工方法，但仍未达到实用化的程度。电解电火花加工在本质上就是一种使用电解液作为辅助电极的电火花加工技术，该方法一直是国内外学者研究的热点，但是存在精度差、效率低、易锈蚀机床和对环境有污染等缺陷。日本学者黑松彰雄等开展了机械电解电火花复合磨削技术的研究工作，该复合磨削方法与单纯的机械磨削方法相比具有加工效率较高、表面质量好和成本低等优点，但加工过程中会排出一些有害气体，易污染环境和锈蚀机床，也未能在实际生产中得到推广应用。辅助电极法电火花加工是利用电极和辅助导电电极之间电火花放电使煤油工作液中产生热分解，其分解出的碳沉积在绝缘陶瓷加工表面不断形成导电膜，使绝缘陶瓷的加工表面具有导电性，从而实现了对绝缘陶瓷的电火花放电加工，但进行导电化处理而使加工成本提高，加工效率很低且不稳定。

中国专利01261619.2提出了双极性砂轮电火花机械复合磨削加工方法，可以实现非导电工程陶瓷材料的高效精密加工，但此方法放电难以控制、电能利用率低，并且存在电解液锈蚀机床污染环境的问题。中国专利CN200410023547.X涉及一种非导电超硬材料电火花机械复合磨削方法及机床，此加工方法综合利用了电火花加工和机械磨削的能量，并能在去除材料的同时对磨轮进行修整，时刻保持磨轮磨粒的锐利，降低了成本，提高了材料去除率和表面质量，但因技术需要其选用的磨轮为45钢轮，硬度较低，机械磨削作用难以全部磨除电火花蚀除作用在工件表面上形成的变质层和镀覆层，因而加工后的表面留有部分变质层的材料，并且加工效率也不高。电火花机械复合磨削加工方法的总体思路均是利用电火花加工放电所释放的热量加热在放电通道附件区域的绝缘材料，改变其硬度、脆性及韧性，然后再通过机械加工的方法加以去除。加热的效果主要依赖于脉冲电源的能量输出。但电火花加工放电释放出的热量只是集中在很小的放电通道附近区域，传输到绝缘体的热量十分有限且利用率很低，导致对绝缘体的“软化作用有限”，使得上述方法的加工效率均不高。

发明内容

本发明的目的是针对目前绝缘材料加工效率低的问题，发明一种通过辅助电极可控烧蚀方式使被加工的非导电工程陶瓷材料快速软化而后磨削去除的加工方法。

本发明的技术方案是：