[发明专利]基于裂纹扩展效应的陶瓷切割-推磨复合式平面加工方法

说明书

本发明提出的一种基于裂纹扩展效应的工程陶瓷切割‑推磨复合式大余量平面去除加工方法，属于陶瓷粗加工技术领域，该方法首先在平板陶瓷工件上用砂轮片预加工出平行沟槽，再转动凸缘呈一定的斜角，在刀具的推挤进给作用下使凸缘内微裂纹瞬间扩展，最终驱动裂纹联网崩碎，使凸缘被去除；本发明具有砂轮磨损减小、加工成本低、加工效率高、易于实现等特点。

技术领域

本发明属于工程陶瓷的粗加工技术领域，特别涉及到基于裂纹扩展效应,切割-推磨复合式工程陶瓷(如SiC、AL₂O₃、Si₃N₄、ZrO₂、莫来石等)大余量去除加工平面的方法。

背景技术

近年来，原有应用领域的不断拓展、新型陶瓷的大量开发与应用，使工程陶瓷在工业中发挥着越来越重要的作用，由于陶瓷烧结后存在收缩变形难以控制，无法直接使用，所以必须要经过机械加工达到尺寸精度。目前，工程陶瓷加工工艺的80％是采用金刚石砂轮进行磨削加工的，由于金刚石砂轮磨损严重，加工成本占到陶瓷工件总成本的80％－90％，并且存在加工效率低，成本高的问题。而且陶瓷工件在加工过程中总是伴随裂纹的生成与扩展，而这种裂纹的生成与扩展总是随机的、不确定的，因而对陶瓷制品的加工质量造成影响，比如极易造成加工过程中边缘碎裂的产生，导致陶瓷工件的废品率居高不下。

为了解决上述问题，现有的基于裂纹扩展效应的陶瓷切割-推挤复合式圆柱面加工技术可用于加工陶瓷圆柱面，在利用陶瓷裂纹扩展特性的同时，并且可以获得低加工成本和高加工效率。然而，该技术并不能直接应用到陶瓷平面的加工中，主要原因为：第一，圆柱陶瓷工件可以围绕轴线做高速旋转运动，因此，圆柱面陶瓷加工工具(如车刀、砂轮等)不需要有高的磨削线速度(指磨削时磨粒相对工件的切削速度，至少应达到22m/s)，就能实现凸缘层的去除加工，这一高的磨削线速度对平面工件难以实现，因而该技术不能直接应用到平面陶瓷的加工中；第二，加工圆柱面陶瓷凸缘时，加工工具的推磨方向与陶瓷凸缘面垂直，圆柱陶瓷在旋转过程中，就能实现凸缘面的加工去除，而在平面陶瓷的加工中，必须重新考虑工件的进给运动，因而该技术不能直接应用到平面陶瓷的加工中。

工程陶瓷的平面磨削可采用连续轴向进给方法。工程陶瓷在连续轴向进给时的磨削有自己的特点。这种加工方法是在MM7132型卧轴矩台平面磨床上进行的，磨削液为水基磨削液，砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮，粒度为140#。将砂轮安装到电动机后，设定砂轮转速，磨削的轴向进给速度和往复速度，即可完成对平面陶瓷的磨削。然而，该方法不宜用于精磨，且存在砂轮磨损量较大，加工效率不高等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种基于裂纹扩展效应的陶瓷切割-推磨复合式平面加工方法，本方法具有降低砂轮磨损、降低加工成本、提高加工效率、易于实现的特点，可进一步推动工程陶瓷的工程实际应用。

本发明提出的一种基于裂纹扩展效应的陶瓷切割-推磨复合式平面加工方法其特征在于，首先在平板陶瓷工件上预加工出平行沟槽，再转动一个加工角度形成斜向平行凸缘，在刀具的推挤作用下使裂纹扩展，最终驱动裂纹联网破碎使凸缘去除。

所述的加工方法具体包括以下步骤：

(1)在平板陶瓷工件上按加工需要采用砂轮片预加工出平行沟槽形成平行凸缘，设定凸缘高度为h、凸缘壁厚为b；

(2)相对进给方向将陶瓷工件转动一个加工角度β，形成斜向平行凸缘；

(3)用推磨砂轮进行单道斜向凸缘的推磨；推磨砂轮以转速n转动，砂轮端面接触凸缘，推磨砂轮以速度v带动凸缘做进给运动，且保持凸缘与推磨砂轮端面之间的夹角为β，以此完成一个单道凸缘的推磨；将所述速度v分解为轴向推磨速度v_x和径向推磨速度v_y，设沿着凸缘的速度v与径向推磨速度v_y之间的夹角为α，则：β≤α≤β+5°，5°≤β≤45°；