[发明专利]磨料水射流切槽-金刚石砂轮推磨复合加工陶瓷方法

说明书

本发明提供一种磨料水射流切槽‑金刚石砂轮推磨复合加工陶瓷方法，其包括步骤1，按加工需要采用磨料水射流机床在平板陶瓷工件上进行切槽加工，形成平行凸缘；步骤2，采用金刚石砂轮对步骤1形成的平行凸缘进行推磨加工，直至达到加工需要。其中，磨料水射流切割加工消耗的主要是水和磨料颗粒，加工过程中无刀具磨损，所用磨料成本低廉，可极大降低加工成本。综上，本发明利用裂纹扩展效应，能在更高进给速度且无刀具磨损的前提下实现陶瓷等硬脆材料的高去除率加工。

技术领域

本发明属于硬脆材料的粗加工技术领域，尤其是一种应用于工程陶瓷上的磨料水射流切槽-金刚石砂轮推磨复合加工技术。

背景技术

工程陶瓷材料，如碳化硅、氮化硅、氧化铝等，具有高硬度、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，在工程领域有着广泛的应用。但是，由于陶瓷材料的高硬度，导致其加工较为困难，且其本身脆性的特点，在加工过程中会出现裂纹、崩边等加工损伤，故陶瓷材料高效率、低损伤的加工一直是业界的一大难题。现有技术中有磨削、车削、铣削等传统机械加工方法，也有如激光加工、超声辅助磨削加工、磨料水射流切割等特种加工技术，但是无论是传统机械加工方法还是特种加工技术，均存在着各种各样无法解决的技术问题。

传统机械加工方法虽然能够获得较高的加工精度和较好的加工质量，但其加工成本高，加工效率低，刀具磨损严重。由于陶瓷材料的硬脆性，传统机械加工过程中，材料会出现裂纹、崩边等损伤，且磨削、车削等加工方式会导致材料加工表面存在热影响区和高温熔覆区域，在一定程度上会影响陶瓷材料的性能。此外，加工过程中刀具的磨损，会影响材料的加工质量和加工效率。

特种加工技术虽然可有效降低磨削力和表面裂纹，提高加工效率，减小刀具磨损，但其加工技术不够成熟，且加工成本较高，加工精度也不如传统机械加工方法。

基于上述单个加工技术不能满足高效率、高质量的机械要求，由此衍生了复合加工技术，如砂轮切槽-推磨复合式加工。

由于陶瓷加工过程中会伴随裂纹的产生于扩展，且裂纹的扩展方向是随机的，陆军装甲兵学院在2009年，利用陶瓷这一特性探索陶瓷材料的高效加工技术，提出了一种陶瓷切槽-推磨复合式加工方法(专利：201611081661.7)。砂轮切槽-推磨复合式加工第一道工序为切槽加工，采用钎焊金刚石砂轮片，厚度约为2.5mm，在材料表面进行切槽加工，得到具有一定厚度和高度的凸缘，切槽加工同样是预制裂纹的过程，凸缘中会产生很多方向随机的微裂纹，为了减缓切槽砂轮的磨损速度，切槽深度最大不超过6mm；第二道工序是采用具有一定厚度的砂轮对沿凸缘根部对凸缘进行推挤磨削加工，为了保证能够完全去除凸缘，并对凸缘根部进行磨削进而得到质量较好的加工表面质量，推磨深度要大于凸缘高度。为了减缓推磨砂轮的磨损速度，推磨速度最大不超过10mm/min。

但是在实际加工过程中，由于切槽速度和推磨速度都较慢，导致本方法对于提高材料去除率效果不明显，而若采用较大的进给速度则会造成砂轮磨损速度加快，又大大增加了加工成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种磨料水射流切割-推磨复合加工陶瓷技术，其利用裂纹扩展效应，能在更高进给速度、更低加工成本且无刀具磨损的前提下实现陶瓷等硬脆材料的高去除率加工。

为了实现上述目的，本发明的磨料水射流切槽-金刚石砂轮推磨复合加工陶瓷方法，包括以下步骤：步骤1，按加工需要采用磨料水射流机床在平板陶瓷工件上进行切槽加工，形成平行凸缘；步骤2，采用金刚石砂轮对步骤1形成的平行凸缘进行推磨加工，直至达到加工需要。

效果较好的，所述磨料水射流机床的加工参数为：切槽进给速度为40-60mm/min；压力为240-300Mpa；靶距L为2-6mm；喷嘴横向移动距离即凸缘厚度为2-4mm；切割得到的凹槽深度为6mm-12mm。

进一步的，所述步骤1中采用“反向二次切割”方法进行切槽加工，即切槽后沿原路径反向进行二次切割，该方法可有效提高切槽质量。