[发明专利]一种采用表层增韧抑制硬脆材料磨削加工崩裂损伤的方法

说明书

本发明属于硬脆材料磨削加工领域，涉及一种采用表层增韧抑制硬脆材料磨削加工崩裂损伤的方法，该方法包括：按一定的比例配制增韧剂，使得配制后的增韧剂具有渗透能力强、润湿性能好、固化速度快的特点；将配制好的增韧剂均匀涂覆在待加工陶瓷表面边缘；磨削陶瓷，并边磨削边在磨削过的陶瓷表面边缘涂覆增韧剂；磨削完成后，应用超声波清洗陶瓷表面边缘渗入的增韧剂。按本发明的方法涂覆本发明的增韧剂后，不仅可减轻硬脆材料边缘的崩碎损伤程度，还可提升硬脆材料的整体加工质量，降低加工成本，进一步推动硬脆材料的实际应用。

技术领域

本发明涉及硬脆材料磨削加工领域，具体是涉及一种采用表层增韧抑制硬脆材料磨削加工崩裂损伤的方法。

背景技术

硬脆材料由于其优异的性能日益受到工程技术人员的青睐，但其高硬度、高脆性也给其机械加工带来了极大的困难，成为束缚其在航空、航天、汽车、军工等领域得以广泛应用的瓶颈。当前，硬脆材料加工工艺80％是采用金刚石工具进行磨削加工。磨削加工是一种通过磨料对被加工工件实行有限度损伤的加工方式，在获得尺寸精度、形状精度及表面粗糙度的同时，也会引起工件加工表面的损伤，破坏其表面完整性，特别是在磨削过程中，当金刚石工具突然接触或离开工件时，工件的边缘极易产生崩裂损伤。崩裂损伤随机性大，难于控制，它不但破坏工件的几何精度，增加加工成本，还极易导致元件在服役过程中突然失效。减轻或消除硬脆材料磨削过程中的崩裂损伤对提高工件的加工品质，降低加工成本具有重要意义。当前，控制硬脆材料磨削过程中崩裂损伤的方法可大致归结为磨削参数控制法、辅助加热控制法和辅助支撑控制法三类。

对于磨削参数控制法，在硬脆材料磨削过程中，其边缘质量不但受材料自身特性的影响，还与砂轮特性、磨床性能及磨削时的工艺参数等多种因素相关，且这些因素交互作用，共同影响着工件边缘的磨削质量。如砂轮转速越高，磨削质量越好，但砂轮的磨损会非常严重；砂轮磨粒越小，崩裂损伤越小，但磨削效率会降低；工作台进给速度越大，材料去除率越高，但进给速度太高又会导致崩裂损伤严重。同样，工作台转速的大小也会影响硬脆材料磨削后的崩裂损伤程度。因此，如何优化这些工艺参数，以便获得最佳的工件边缘，就成为控制边缘磨削质量的关键。传统的方法是采用不同的工艺参数，进行大量的工艺试验来优化出最佳磨削条件，从而提高边缘磨削质量。当前，磨削参数控制法仍是抑制硬脆材料崩裂损伤的主要方法，但该方法的最大缺点就是费时费力，成本高昂，特别是受设备精度、工人技能和材料性能等因素的影响很大。

研究发现，绝大部分硬脆材料在温度超过1000℃时，机械强度会明显下降，硬度也有所降低。因此，从理论上讲，采用辅助加热切削的方式能有效克服硬脆材料的高硬度和高脆性，抑制崩裂损伤的产生。根据加热热源的不同，目前常用于硬脆材料的辅助加热切削方式主要有氧乙炔、激光和微波三种。实践证明，辅助加热磨削的方式可有效减轻各种硬脆材料的崩裂损伤，但不管采用哪种加热方式，目前都存在两个难以解决的问题：一是硬脆材料对热量非常敏感，在现阶段还很难实现对加热能量和加热区域的精准控制；二是随着被加热工件温度的升高，金刚石砂轮在切削过程中易于因导热而温度升高，从而导致强度下降，刀具使用寿命减短。

辅助支撑控制法主要针对于出口崩裂损伤。根据损伤位置的不同，崩裂损伤又可分为入口崩裂损伤、内部崩裂损伤和出口崩裂损伤三种类型，其中出口崩裂损伤在三类损伤形式中最为严重，这主要是由于砂轮离开工件时，工件边缘承受拉应力，而硬脆材料抗拉强度较差，出口处又缺乏支撑造成的。因此，从理论上讲，通过在出口处施加一定的压应力就可有效抑制硬脆材料出口崩裂损伤的产生。理论分析认为，只有当施加的压应力大于工件边缘承受的拉应力时，出口崩裂损伤才能得到有效抑制。因此，当前采用辅助支撑控制法时主要选用刚性材料作为支撑，其存在的最大缺点就是加工时工件装夹困难，只能适用于板状等形状简单的工件。