本發(fā)明屬于工程陶瓷的粗加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到基于裂紋擴展效應(yīng),切割-推磨復(fù)合式工程陶瓷(如SiC、AL₂O₃、Si₃N₄、ZrO₂、莫來石等)大余量去除加工平面的方法。

背景技術(shù)：

近年來，原有應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展、新型陶瓷的大量開發(fā)與應(yīng)用，使工程陶瓷在工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，由于陶瓷燒結(jié)后存在收縮變形難以控制，無法直接使用，所以必須要經(jīng)過機械加工達到尺寸精度。目前，工程陶瓷加工工藝的80％是采用金剛石砂輪進行磨削加工的，由于金剛石砂輪磨損嚴重，加工成本占到陶瓷工件總成本的80％－90％，并且存在加工效率低，成本高的問題。而且陶瓷工件在加工過程中總是伴隨裂紋的生成與擴展，而這種裂紋的生成與擴展總是隨機的、不確定的，因而對陶瓷制品的加工質(zhì)量造成影響，比如極易造成加工過程中邊緣碎裂的產(chǎn)生，導(dǎo)致陶瓷工件的廢品率居高不下。

為了解決上述問題，現(xiàn)有的基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推擠復(fù)合式圓柱面加工技術(shù)可用于加工陶瓷圓柱面，在利用陶瓷裂紋擴展特性的同時，并且可以獲得低加工成本和高加工效率。然而，該技術(shù)并不能直接應(yīng)用到陶瓷平面的加工中，主要原因為：第一，圓柱陶瓷工件可以圍繞軸線做高速旋轉(zhuǎn)運動，因此，圓柱面陶瓷加工工具(如車刀、砂輪等)不需要有高的磨削線速度(指磨削時磨粒相對工件的切削速度，至少應(yīng)達到22m/s)，就能實現(xiàn)凸緣層的去除加工，這一高的磨削線速度對平面工件難以實現(xiàn)，因而該技術(shù)不能直接應(yīng)用到平面陶瓷的加工中；第二，加工圓柱面陶瓷凸緣時，加工工具的推磨方向與陶瓷凸緣面垂直，圓柱陶瓷在旋轉(zhuǎn)過程中，就能實現(xiàn)凸緣面的加工去除，而在平面陶瓷的加工中，必須重新考慮工件的進給運動，因而該技術(shù)不能直接應(yīng)用到平面陶瓷的加工中。

工程陶瓷的平面磨削可采用連續(xù)軸向進給方法。工程陶瓷在連續(xù)軸向進給時的磨削有自己的特點。這種加工方法是在MM7132型臥軸矩臺平面磨床上進行的，磨削液為水基磨削液，砂輪為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，粒度為140#。將砂輪安裝到電動機后，設(shè)定砂輪轉(zhuǎn)速，磨削的軸向進給速度和往復(fù)速度，即可完成對平面陶瓷的磨削。然而，該方法不宜用于精磨，且存在砂輪磨損量較大，加工效率不高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推磨復(fù)合式平面加工方法，本方法具有降低砂輪磨損、降低加工成本、提高加工效率、易于實現(xiàn)的特點，可進一步推動工程陶瓷的工程實際應(yīng)用。

本發(fā)明提出的一種基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推磨復(fù)合式平面加工方法其特征在于，首先在平板陶瓷工件上預(yù)加工出平行溝槽，再轉(zhuǎn)動一個加工角度形成斜向平行凸緣，在刀具的推擠作用下使裂紋擴展，最終驅(qū)動裂紋聯(lián)網(wǎng)破碎使凸緣去除。

所述的加工方法具體包括以下步驟：

(1)在平板陶瓷工件上按加工需要采用砂輪片預(yù)加工出平行溝槽形成平行凸緣，設(shè)定凸緣高度為h、凸緣壁厚為b；

(2)相對進給方向?qū)⑻沾晒ぜD(zhuǎn)動一個加工角度β，形成斜向平行凸緣；

(3)用推磨砂輪進行單道斜向凸緣的推磨；推磨砂輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動，砂輪端面接觸凸緣，推磨砂輪以速度v帶動凸緣做進給運動，且保持凸緣與推磨砂輪端面之間的夾角為β，以此完成一個單道凸緣的推磨；將所述速度v分解為軸向推磨速度v_x和徑向推磨速度v_y，設(shè)沿著凸緣的速度v與徑向推磨速度v_y之間的夾角為α，則：β≤α≤β+5°，5°≤β≤45°；

(4)不斷重復(fù)步驟(3)中單道斜向凸緣的推磨過程，繼續(xù)加工剩余的凸緣，直至完成最終的加工。

所述步驟(1)中凸緣壁厚b介于2mm～5mm之間；所述凸緣高度h大于1.5mm，當h大于6mm時，采用多次切割換進給的方式進行加工，且單次切槽槽深介于1.5mm～6mm之間。

所述步驟(3)中采用的推磨砂輪為中部設(shè)有柄的柱狀砂輪，柄的直徑大于13mm，該推磨砂輪端面和柱面均鍍有金剛石顆粒，推磨砂輪的直徑為50mm～90mm，推磨砂輪的轉(zhuǎn)速n>5000r/min，所述速度v為0.96～2.88mm/min。

本發(fā)明的特點及有益效果是：

本發(fā)明是基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推磨復(fù)合式圓柱面加工方法的擴展，提出斜向預(yù)加工凸緣再斜向推磨的加工方法，具有降低砂輪磨損、降低加工成本、提高加工效率、易于實現(xiàn)的特點。

通過預(yù)設(shè)溝槽缺陷的方式，利用陶瓷等硬脆材料裂紋極易擴展的特點，變壞事為好事，首先用金剛石砂輪片切割溝槽，在切槽過程中在凸緣表面和底部形成了許多微裂紋，再在刀具的推擠下，驅(qū)動裂紋快速聯(lián)網(wǎng)碎裂，從而，減少砂輪磨損，降低加工成本。

附圖說明

圖1本發(fā)明方法的單道凸緣斜向推磨過程示意圖；

圖2為本發(fā)明方法的加工原理示意圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例及附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提出一種基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推磨復(fù)合式平面加工方法，在圓柱面加工方法的基礎(chǔ)上加以改進，是一項針對工程陶瓷等硬脆材料的較大余量粗加工方法，通過在平板陶瓷工件上預(yù)加工出斜向溝槽的同時預(yù)制微裂紋缺陷的方式，合理設(shè)置推磨預(yù)加工凸緣的斜向加工角度，利用硬脆材料裂紋極易擴展的特點，在刀具的推擠作用下使裂紋瞬間擴展，最終驅(qū)動裂紋聯(lián)網(wǎng)破碎，從而實現(xiàn)凸緣去除。

所述的基于裂紋擴展效應(yīng)的陶瓷切割-推磨復(fù)合式平面加工方法，具體包括以下步驟：

(1)在平面陶瓷工件上按加工需要采用金剛石砂輪片預(yù)先加工平行的溝槽形成凸緣，凸緣高度為h、凸緣壁厚為b；為保證加工效果，凸緣高度h應(yīng)大于1.5mm，當槽深較大時，可采用多次切割換進給的方式進行加工，為避免切削砂輪過度磨損而報廢并考慮到施工安全，單次切槽深度h’必須小于6mm，而槽深太小又會影響加工效率，因此單次切槽時h’最佳值應(yīng)為1.5mm～6mm之間；凸緣壁厚b應(yīng)介于2mm-5mm之間；所述切削砂輪為常規(guī)的通用電鍍金剛石砂輪片；

(2)相對進給方向?qū)⑻沾晒ぜD(zhuǎn)動一個加工角度β，形成斜向平行凸緣，以便刀具進給時能把凸緣整排去除；

(3)用推磨砂輪進行單道斜向凸緣的推磨(做進給運動)，如圖1所示；推磨時，為保證加工的連續(xù)性，推磨砂輪以轉(zhuǎn)速n(r/min)轉(zhuǎn)動，砂輪端面3接觸凸緣，推磨砂輪以速度v帶動凸緣做進給運動，且保持凸緣與推磨砂輪端面3之間的夾角為β，以此完成一個單道凸緣的推磨；將所述速度v分解為軸向推磨速度v_x和徑向推磨速度v_y，設(shè)沿著凸緣的速度v與徑向推磨速度v_y之間的夾角為α，則：β≤α≤β+5°，5°≤β≤45°；該步驟中所采用推磨砂輪為中部設(shè)有柄1的柱狀砂輪，為避免推磨時柄1徑向剛度不夠而造成推磨砂輪的震顫，所述柄1直徑應(yīng)大于13mm；該推磨砂輪的端面(即底部)3和柱面2均鍍有金剛石顆粒，粒度為100目左右，推磨砂輪的直徑為50mm～90mm，為保證去除效果，推磨砂輪圓周磨粒的轉(zhuǎn)動線速度應(yīng)達到20m/s以上；同時，為避免推磨砂輪壽命和安全，并保證加工效果，所述速度v為0.96～2.88mm/min(對應(yīng)數(shù)控機床編程進給速度F1-F3)；該工序中，凸緣在推磨砂輪的磨削和推擠作用下大量去除，同時由于砂輪端面和外圓表面均有砂粒，所以在端面推擠凸緣的同時，外圓部分對已推擠表面進行磨削，使工件表面質(zhì)量滿足基本要求；

(4)不斷重復(fù)步驟(3)中單道斜向凸緣的推磨過程，繼續(xù)加工剩余的凸緣，直至完成最終的加工。

所述的工程陶瓷工件材料可包括氮化硅、氧化鋁、氧化鋯、碳化硅以及莫來石。

本發(fā)明的主要原理是：

該技術(shù)本質(zhì)上是利用暗含微裂紋缺陷的陶瓷凸緣在受到推擠外力作用時，極易發(fā)生裂紋交織擴展實現(xiàn)主要部分的材料去除，如圖2所示，同時推磨砂輪端面和圓柱面的金剛石顆粒對凸緣4裂紋擴展后的殘余部分實現(xiàn)磨削去除，從而改善了表面加工質(zhì)量。