硬脆材料高效精密磨粒加工技术分析

硬脆材料高效精密磨粒加工技术分析

张永杰

西安工业大学710021

摘要：硬脆材料加工时经常采用高效精密磨粒技术，确保硬脆材料的加工质量。硬脆材料具有脆性大的特点，其在加工时较容易出现断裂的问题，增加了加工制作的难度。高效精密磨粒加工技术在脆性材料中提供了精密磨削的操作技术，可以在较高的效率下自由加工硬脆材料，提高硬脆材料的加工效率及合理性水平。本文主要以硬脆材料为研究对象，探讨高效精密磨粒加工技术的应用。

关键词：硬脆材料；高效；精密；磨粒；加工技术

硬脆材料加工是工业生产中重点关注的对象，硬脆材料的应用范围较广，常见的有：仪表仪器、电子元件、光学设备等，表明硬脆材料具有良好的应用前景。硬脆材料对加工技术有着极高的要求，经加工后的硬脆材料表面应该呈现无缺陷、无杂质的状态，由此在硬脆材料的加工中实行高效精密磨粒技术，保障硬脆材料的加工精度，提高硬脆材料整体的质量水平。

一、硬脆材料的加工背景

硬脆材料加工具有一定的难度，工业中硬脆材料经常被加工成精密元件，考虑到硬脆材料的特征及用途，对磨削加工提出了规范要求。世界各地的脆性材料加工产业，加工费用的成本非常高，表明社会对硬脆材料加工质量的重视度。脆性材料加工中推行高效精密磨粒加工技术，加工过程中保障硬件材料制品的精确性，降低硬脆材料制品的表面粗糙度。硬脆材料加工方面积极投入高效精密磨粒加工技术，提高加工的水平，注重磨削加工的效率。

二、硬脆材料高效精密磨粒加工技术

1、超高速磨削技术

超高速磨削技术是硬脆材料高效精密磨粒加工中最早的技术，经常用在陶瓷、宝石、玻璃等材料的加工中。超高速磨削技术改变了普通磨削的磨粒浸入方式，而是利用超高速的条件最大程度的增加磨粒数，每个单独的磨粒都可以完成极薄的切削操作，促使硬脆材料发生塑性变形进而产生磨屑，确保磨削加工表层的光滑性[1]。例如：超高速磨削技术中的金刚石砂轮，其可产生160m/s的速度，磨削效率非常高，在硬脆材料中获得了优质的加工方法。超高速磨削技术成为硬脆材料加工中的重要技术，已经取得了良好的加工成果。

2、延性磨削技术

硬脆材料在加工时有着一定的特殊性，主要通过断裂的条件去除多余的材料。一般情况下脆性材料的高效精密磨粒加工依据是断裂力学，例如延性磨削技术，此类技术也是高效精密磨粒加工技术中的一种。延性磨削技术可以分为耕犁、切削、滑擦等几种剪切方法，促使脆性材料表面无缺陷、无裂缝，延性磨削技术采用了塑性流动的方法去除材料，通过断裂力学模型预测出硬脆材料的裂缝区域和临界荷载，从延性磨削中选择低于临界荷载的切削力度去除材料。延性磨削技术能够确保脆性材料获取优质的表面质量，排除影响脆性材料加工的因素，保证磨粒加工的有效性。

3、高效率端面磨削技术

硬脆材料加工时对切削砂轮的主轴刚度要求极高，以便在磨削中完成无损伤加工[2]。例如：高效率端面磨削技术中的杯型砂轮，砂轮在进行端面磨削时，磨削刃提供了主磨削、过渡磨削、修磨操作，目的是提高脆性材料加工的稳定性，杯型砂轮的主磨削工艺用于去除硬脆材料的薄片，或者切削大颗粒，作用于硬脆材料的主要去除区域，过渡磨削的力度低于主磨削，刀具前方的硬脆材料会有轻微的破碎情况，说明过渡磨削把硬脆材料切割成了粉磨，修磨工艺复杂少量去除，用于硬脆材料的加工修形。

4、自由磨粒加工技术

自由磨粒加工技术的发展潜力很大，其为一项传统而又持续发展的高效精密磨粒加工技术。自由磨粒加工切削中通过滚动、滑动、冲击实现对硬脆材料的处理。自由磨粒加工技术具有复合的特征，现阶段常见的有：电解研磨复合加工技术、离心磁力研磨技术、柔性振动研究技术等。本文以柔性振动研究技术为例，分析其在硬脆材料中的应用。柔性振动严密技术的载体是高分子聚合物，经过混合形成流动磨粒，磨粒在压力作用下推入到硬脆材料孔腔中，再进行通过激振作用在载体、孔壁间形成振动，完成磨削的加工工艺。

5、超声波振动磨削技术

高效精密磨粒加工中的超声波振动磨削技术能够在很大程度上提高硬脆材料的加工效率，改善表面磨削时的操作状态。超声波振动磨削技术的核心是磨粒冲击硬脆材料，砂轮在超声波作用下，从轴向、横向上产生振动，此时磨粒就会冲击被加工的硬脆材料，材料的脆性破坏提供磨削的条件。超声波作用在砂轮与脆性材料上，两者之间的缝隙中会注入磨削液，磨粒会在断面冲击下悬浮，促使磨粒在高速下撞击，直接磨削硬脆材料的表面。超声波振动磨削技术良好的发展前景，与其他技术相比，此项技术在陶瓷材料中的磨削效率提高了1倍左右。

6、镜面磨削技术

镜面磨削技术在硬脆材料的加工中需要借助在线电解的条件，在线电解驱使砂轮基体导电，进而去除硬脆材料[3]。镜面磨削技术中不会出现砂轮堵塞的问题，促使砂轮切削始终保持在高效、精密的状态，而且磨粒不会发生电解破坏。镜面磨削技术在陶瓷镜面磨削中，成品表面粗糙度不会超过10nm，代替了部分研磨抛光的操作。镜面磨削技术加工硬脆材料时，磨削力可以做到持续不变。

7、精密砂带磨削技术

精密砂带磨削技术磨削硬脆材料时，砂带起到主要的作用。砂带需要把磨粒粘贴到带状的之上，直接用在硬脆材料的表面磨削上。砂带磨削技术具有高效性的特征，综合表现出磨削、抛光、研磨的作用，维护硬脆材料的精度。精密砂带磨削技术接触硬脆材料后，利用高速运动的方式处理材料，不会对硬脆材料产生破坏。精密砂带磨削技术常用于精密类、超精密类的硬脆材料加工中。

结束语

硬脆材料的硬度及脆性特征决定了高效精密磨粒加工技术的应用方式，高效精密磨粒加工技术要按照硬脆材料的设计完成加工工作，确保硬脆材料可以满足加工制品的需求。高效精密磨粒加工技术确保了硬脆材料的尺寸与精度，同时保障硬脆材料的去除率，积极推进硬脆材料的加工工作，优化工业生产的环境。

参考文献：

[1]邓乾发.用于高效精密加工的半固着磨具特性及加工性能研究[D].浙江工业大学，2009.

[2]王志伟.用于高效精密加工的半固着磨具的“陷阱”效应研究[D].浙江工业大学，2009.

[3]盛卫卫，丁玉成，李长河.硬脆材料高效精密磨粒加工技术研究[J].汽车工艺与材料，2008（09）：41-45.

[4]李长河，丁玉成，卢秉恒.硬脆材料高效精密磨粒加工技术[J].精密制造与自动化，2008（02）：14-17.