设计 研究

电加工与模具 2004年第3期

超声研磨Al2O3工程陶瓷的材料去除特性研究

李章东 刘传绍 赵 波

(焦作工学院,河南焦作454000)

摘要:通过对Al2O3陶瓷圆柱零件的超声研磨试验,探讨了超声研磨时材料的去除特性。分析了研磨参数、油石粒度对材料去除率的影响,给出了超声研磨加工比普通研磨加工效率高的主要原因。通过对同样条件下研磨压力的测定,得出超声研磨与普通研磨的磨削力特征不同:超声研磨压力呈周期性分布,波形如锯齿,平均压力几乎为一恒定值,变化非常均匀;普通研磨压力随机波动,变化无规律性。同时,在相同的径向进给条件下,超声研磨压力比普通研磨压力均小一定量值。

关键词:超声研磨;研磨参数;去除率;磨削力特征

材料科学的飞速发展导致了大量新材料的涌现,新型工程陶瓷、改性陶瓷、增韧陶瓷、梯度陶瓷、纳米粉体陶瓷等正以新的面貌和特殊性能走进工业领域,其大量应用与推广的基础仍是降低材料的制造成本和材料的有效去除。

普通磨削对塑性材料而言,主要经历以下3个过程[2]:摩擦,磨粒在工件上摩擦使材料产生弹性和塑性变形,并不切除材料;耕犁,磨粒使材料向磨粒滑动方向做塑性流动,沿沟槽向两边隆起;切削,在磨粒的前方塑性应力区发生破坏而形成切屑,造成快速的余量切削。脆性材料的加工机理与塑性材料类似,只是没有塑性变形和弹性变形。但是,在磨粒经过切削的地方即沟槽处裂纹较深、较大,而两边的隆起处裂纹较浅、较密,这一点为超声波加工创造

[3]

了条件。

超声振动研磨加工是将超声振动与普通研磨工艺相复合,超声波经声学系统的传递使研磨油石做径向振动的一种加工方法。本文以Al2O3陶瓷圆柱件的超声研磨试验来研究材料的超声研磨去除特性。

[4][1,2]

表1 试验条件

项目修整砂轮修整条件工 件金刚石研磨油石研磨参数冷却方式

试验条件

碳化硅砂轮,80粒度,树脂结合剂;D0 B Di: 203mm 40mm 120mm

修整砂轮速度vs=28m/s;工件转速nw=37r/minAl2O3(热压);外径 内径 长度: 107.5mm 80mm 20mm

粒度:W20、W5;树脂结合剂:浓度100%;规格(L B H):40mm 6mm 6mm

工件转速n=90~355r/min;研磨轴研具往复进给f=0.12mm/min;研磨压力F=350N,400N,450N,530N;分恒压力和不进给压力两种磨削方法。乳化液

超声发生器频率20kHz;功率60W

表2 Al2O3材料特性

材料性能指标维氏硬度/GPa弹性模量/GPa抗弯强度/MPa断裂韧性/(MPa.m1/2)

抗压强度/MPa密度/(g/cm3)

数值24380500~7003~3.2 3.96~3.99

材料性能指标泊松比/ 热膨胀系数/(10-6/ )热冲击温度 T/ 热导率/ W/(m K)

材料粒度/ m

数值0.27-8200~300-255~10

1 试验条件、试验材料与试验方法

试验条件见表1所示,试验材料性能见表2。 试验方法:为了方便对比,其他切削条件不变,打开超声发生器(系统振动开始)为超声研磨,关闭超声发生器(系统振动停止)为普通研磨。

收稿日期:2003-12-20

第一作者简介:李章东,男,1970年生,讲师。

2 研磨参数与材料去除率的关系研究

影响研磨效率的主要因素有:工件转速、进给速度、研磨压力、油石粒度及研磨液。本文主要研究工件转速、研磨压力和油石粒度对材料去除率的影响。2.1 工件转速与材料去除率的关系

图1为普通研磨时工件转速与材料去除率的关系曲线(研磨压力保持在340~360N范围内,以20