先进材料加工及应用技术封面.docVIP

《先进材料加工: 潘江陵 学 号： 114101000033 题 目: 工程陶瓷的加工技术 教 师: 胡小秋 南京理工大学机械工程学院 2015 年 1 月 工程陶瓷的加工技术 摘要：主要介绍了国内外工程陶瓷材料特种加工技术如电火花加工、激光加工、高速往复磨削、复合磨削、振动钻孔、超声波微孔等6项加工技术，以及3项常规加工新技术的开发及应用近况。 关键词：工程陶瓷；脆性材料；加工技术 1. 研制开发特种加工工艺 1.1 陶瓷材料的电火花（EDM）加工技术 陶瓷材料EDM加工技术的难度远远大于一般金属材料，这是因为陶瓷具有较大的电阻率，超过EDM可加工范围（电阻率P100Ω·cm）；再者陶瓷的熔点很高（Tm2000℃），增加了加工的困难。因此，必须采取以下措施，才有可能实现陶瓷材料的EDM加工：(增大加工电压以提高单个脉冲能量，达到加强电火花蚀除能力的目的；(改进伺服系统信号分辨能力，使其能对开路、放电、短路状态及时作出正确判别，以适应陶瓷加工的特殊要求。 与金属材料相比，陶瓷的组织结构要复杂得多。因此，电火花加工是一个极其复杂的电、热、流体、化学等综合作用的过程。电火花成型加工及电火花线切割HP -SiC陶瓷是可行的，但加工速度很低（一般低一个数量级或者更多）。因此，建议用电火花加工工艺作为HP-SiC陶瓷小余量的型腔、型孔加工或修整手段。 还有文献报道，现在用EDM加工陶瓷的速度已接近用EDM加工金属的速度。最近进行的实验所用材料包括从高导电陶瓷到各种绝缘陶瓷，绝缘陶瓷在加工时表面喷涂了如Ti-C或Ti-N化合物等导电材料。采用这么高的速度加工陶瓷减小了材料表面的微观裂纹，提高了加工件的拉伸强度，使常用于减少小批量零件磨削时间的无余量成形不再像过去那么困难。 1.2 陶瓷材料的激光加工技术 激光用于陶瓷这样超硬材料孔的加工，功率密度为107～108W／cm2，作用时间为10-3～10-5s，经济效益显著。目前用C02激光器可在Al203陶瓷上打出精确的孔，加工成本大大降低。采用英国Frumpt公司生产的TLF750C02激光器打孔，孔径为0.762 ±0.013mm，位置公差0.0635mm。 在美国机械工程师年会上，有人提出，C02激光束热加工可能成为取代目前采用金刚石磨料的陶瓷加工的一种新方法，可以提高铣削工效10～30倍。与采用金刚石磨料的典型材料铣削加工速度（0.164cm3／min）相比，用C02激光加工诺顿公司的NC-350Si3N4，在1552℃其工效提高10倍；在952℃和1552℃时加工尼尔森公司生产的Zr02速度高达30倍，且陶瓷不会产生断裂。由此可避免金刚石磨料加工速度慢、降低陶瓷性能的缺点。提高陶瓷激光铣削的主要途径有增大光束、降低扫描速度或提高加工温度。 激光预热车削。车削陶瓷材料时，采用激光束或等离子加热可提高刀具耐用度和加工表面质量，还能减少切削力。不加热车削时，若f=0.05mm／r，αp0.3mm，切削呈0.5mm长的薄片状；而加热到θ925℃再车削时，切削呈带状，其卷曲半径随温度θ和速度v的升高而增大；当θ1325℃、 v=80m／min时，切削呈赤热的直带状，使得切削力下降60%，同时还使单位接触负荷减少。因此在陶瓷材料加工中辅以低功率密度激光（103104W／cm2），对切削区局部加热，使加工区域材料有良好的延展性，这样就可以避免陶瓷产生裂纹，大幅度提高加工效率。 1.3 陶瓷材料的特种磨削加工技术 （1）高速往复磨削 高速磨削是德国ELB公司开发的一种新型磨削技术。其目的在于提高往复工作台速度（约32m／min），减少工作台的行程，缩短模腔状的沟槽磨削和短工件的空磨距离。该磨削方式与缓进给强力磨削相反，工作台速度为常规往复磨削的23倍，由此增大磨粒切入深度，利用工件的脆性磨去被加工面，实现陶瓷材料的高效率加工。 （2）复合磨削加工 超声波磨削的原理是给旋转的磨削砂轮以轴向的超声波振动，让磨粒冲击工件，从而产生脆性破坏，达到磨削陶瓷的目的。此外，将放电加工和电解加工复合为一体的磨削加工法目前也已实用化，它不仅适用于陶瓷加工，而且正在朝着金属系难切削材料和烧结金刚石等加工的方面发展。由于复合磨削加工装置的成本较高，难以引进到中小企业，故目前普及有限。日本还开发出了一种磨具不旋转的陶瓷磨削新技术，可对方孔等异形孔、甚至盲孔实施磨削。 1.4 陶瓷材料的振动钻孔技术 振动钻孔技术，就是在传统钻孔方法的基础上，给刀具或工件人为地造成一种可控的有规律的轴向振动，使刀具或工件一边振动、一边钻孔。振动切削的最大特点是可以根据工件材料的性能和加工要求，改变振动参数与切削用量的匹配关系，从而能随意改变切削条