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硬质合金超声复合电加工设计及试验
(2)
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试验
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广陵学院毕业设计（论文）前期工作材料学生姓名： 秦 峰 学号： 100007128 系部： 机械电子工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 硬质合金超声复合电加工设计及试验 指导老师： 朱永伟 材 料 目 录序号名 称数量备注1毕业设计（论文）选题、审题表12毕业设计（论文）任务书13毕业设计（论文）实习调研报告14毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）15毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文）16毕业设计（论文）中期检查表1 2014 年 04 月 08 日35扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表学 院广陵学院选题教师姓名朱永伟专 业机械设计制造及自动化专业技术职务教授申报课题名称硬质合金超声复合电加工设计与试验课题性质ABCDE课题来源ABCD课题简介 本课题探讨硬质合金材料超声加工特性，并进行超声加工工具及工艺设计，进行超声参数试验及优化，为其实际应用建立工艺基础。设计（论文）要 求（包括应具备的条件） 有较好的特种加工、机械制造技术课程专业知识；有超声加工机床、脉冲电源及各种测试设备；各种参考文献及实验、上机条件。课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难一般易所在专业审定意见：负责人（签名）：年 月 日院主管领导意见： 签名： 年 月 日说明：1、该表作为本科学生毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写，经所在专业有关人员讨论，负责人签名后生效；2、有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏打“”课题一旦被学生选定，此表须放在“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1、该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏上加以体现。2“课题性质”一栏：A、工程设计；B、实验研究；C、软件工程（如CAI课题等）；D、理论探讨；E、其它。3、“课题来源”一栏：A、自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B、企、事业单位委托课题；C、校、院（系）级基金课题；D、自拟课题。4、“课题简介”一栏：主要指研究设计该课题的背景介绍及目的、意义。5、“设计（论文）要求（包括应具备的条件）”一栏：主要指本课题技术方面的要求，而“条件”指从事课题必须具备的基本条件（如仪器设备、场地、文献资料等）。扬州大学广陵学院毕业设计（论文）任务书教 科 部： 机械制造教科部 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 秦 峰 学号： 100007128 毕业（论文）题目： 硬质合金超声复合电加工设计与试验 起 迄 日 期： 2014.02.10至2014.06.10 设计（论文）地点： 指 导 老 师： 朱永伟 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 2014 年 04 月 08 日任务书填写要求1、毕业设计（论文）任务书由指导老师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院分管领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2、任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按统一设计的电子文档标准格式（可在本学院网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3、任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业的教科部及学院主管领导审批后方可重新填写；4、任务书内有关“教科部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写最后2位或1位数字；5、任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 7714-87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6、有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408-94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2005年3月21日”或“2005-03-21”。毕业设计（论文）任务书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：随着科学技术的发展，具有三维型面的难加工材料的应用越来越广泛，普通的机械加工难以满足要求，而超声波加工不仅能加工硬质合金、淬火钢、陶瓷、半导体锗和硅片等硬脆材料，电解加工具有效率高、电极无损耗，表面质量好等优点，特别适用于导电性难加工材料的三维型面加工。超声加工结合电化学加工，利用超声作用对电解加工过程的改善，可以提高超声加工的效率，减小电极损耗，提高电解加工的精度，具有技术复合综合技术优势。本课题本课题探讨硬质合金材料超声加工特性，并进行超声加工工具及工艺设计，进行超声参数试验及优化，为其实际应用建立工艺基础。1 本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：主要内容：熟悉超声波加工的基本原理，对不同的硬脆材料进行超声加工试验， 分析不同工艺参数对加工速度、加工精度以及表面粗糙度等的影响规律。要求： 1掌握超声波复合电化学加工的基本原理，构造实验系统； 2 进行硬质合金材料超声复合电化学加工试验； 3实验数据进行分析、整理，形成可指导实际加工的工艺文件；毕业设计（论文）任务书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求（包括毕业设计论文、图表、实物样品等）：1. 完成有关专业的资料翻译2. 超声复合电化学加工试验3. 加工试验结果分析4. 超声复合电加工原理图、 零件图，系统结构图5. 提交毕业实习报告一份；6. 提交毕业论文一份；4主要参考文献：1.刘晋春，赵家齐. 特种加工. 北京：机械工业出版社，19952.苑伟政，马炳和. 微机械与微细加工技术 . 西北工业大学出版社，2000.3.朱荻. 纳米制造技术与特种加工. 2001年中国机械工程年会特种加工技术论文集.北京：机械工业出版社，2001 4.袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术. 北京： 机械工业出版社，1999.7 .5 胡传炘主编.夏志东副主编. 特种加工手册. 北京工业出版社， 20016 张云电著.超声加工及其应用.北京-国防工业出版社，19957超声加工及处理.上海市物理学会声学委员会编.上海市科学技术编译馆，19628曹风国主编.超声加工技术.化学工业出版社，20059余承业等主编.特种加工新技术.国防工业出版社，199510周旭光等主编.特种加工技术.西安电子科技大学出版社，200411 孔庆华 特种加工. 同济大学出版社 ， 1997 12 刘晋春 陆纪陪 主编. 哈尔滨工业大学 ,198713 余承业 等编著 国防工业出版社 ， 199514 硬脆金属的超声电解复合加工研究 杨大春 李乃章 南京航天航空大学 2006年15 微机械（MEMS）与微细加工技术 段润保 上海交大 赵砚江，毛言理 河南理工学院 2004年16 Ultrasonic machining of titanium and its alloys: A reviewSingh, Rupinder; Khamba, J.S.Journal of Materials Processing Tech.173, Issue: 2, April 10, 2006, pp.125-135毕业设计（论文）任务书5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划起止日期工 作 内 容1周2周3周4周5-10周10-15周16周查阅资料，熟悉课题要求，熟悉超声波加工的基本原理；完成外文资料的翻译；绘制超声复合加工系统原理图；进行加工试验的准备工作；进行超声波复合电化学加工试验，并对实验结果整理，分析讨论；撰写论文，指导老师审阅；准备毕业论文答辩；所在专业审核意见：负责人： 年 月 日学院意见：院长：年 月 日实 习 调 研 报 告在这个大学应届生连毕业都难以找到工作的年代，很庆幸我找到了一份和专业比较对口的工作在扬州金源自动化设备有限公司里做机械设计的实习。下面请允许我介绍一下我的第一个工作单位。公司介绍：扬州金源机器人自动化设备有限公司是一家致力于多种机器人自动化解决方案的高科技公司.公司以为提供机器人系统集成、焊接专机、激光跟踪自动化焊接系统解决方案，提高客户的自动化水平为遵旨。公司主要员工多年来一直从事机器人自动化设备、焊接专机等的相关研发及销售管理人员，具有资深的技术背景和行业经验，同时有多名行业专家。公司以我国工业机器人需求的快速发展和广泛普及，专业的机器人技术服务的行业需求背景。 扬州金源机器人自动化设备有限公司和北京机械工业自动化研究所、中国国机集团、清华大学、江苏大学建立了长期的技术合作。致力于提高国内制造业自动化技术发展水平，为客户提供机器人自动化系统、交钥匙工程，系统开发，工程仿真，安装调试，培训服务。（主要涉及：机器人焊接自动化系统，机器人切割自动化系统，自动化专机设备，自动化装配，包装码垛，自动化物流等。）以解决目前国内工厂劳动力短缺问题，把工厂工人从复杂的劳动强度，恶力的工作环境中解脱出来，提供工厂生产的自动化管理水平，解放劳动力。最近的项目:当然以上纯属做公司的广告，下面给大家看一下公司最近的几个项目现场图 机器人折弯系统现场安装图 不锈钢滚筒现场安装图 我直接参与的项目：从一月十五号入职到今33天短短的两个多月里面，让我受益匪浅，公司里面的几个项目我也间接的参与了点，例如南京的迦南科技，扬州的维邦园林，以及与通源机械的几个项目。而我直接参与的是常州太平洋设备有限公司的一个板材自动折弯的生产的流水线。这个项目中有两台江苏亚威的两台折弯机，以及两台ABB的机器人，这是项目的核心，以及由我们金源自动化自主设计的自动化的生产线加上北京工业自动化研究所的电控设备。虽然这个半年做出来的项目依旧有多方面的缺陷但是对于我们这家人员不足十人的公司已经非常不错了。下面看一下几张现场的图片：现在安装图（一）现场安装图（二） 现场安装图（三）现阶段实习状况：在这两个多月的实习期里，除了在常州出差的半个多月，其他的时间我都投入在了学习solidworks这个软件以及机械设计手册。进公司的几天后，师傅就对我讲做机械设计者一样这两个是基本功。所以我把大多数的精力都投入在了这两个上面。焊机夹具方案设计的焊机夹具方案搜集来的机械设计手册电子版个人小结：虽然我只来了两个月，但我觉得这比我大学四年还要学得多；虽然公司比较小，但是我觉得我们的明天依旧可以灿烂；虽然我现在什么也不是，但是这同样意味着，明天，我可以代表着一切。不论路在何方，我都会去追寻我机械工程师的道路；不论这条路是多么的艰难，我都会一直走下去，直到梦的尽头。努力吧，你一定会成功！扬州大学广陵学院毕业设计（论文）开题报告学 生 姓 名： 秦 峰 学号：100007128 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目：硬质合金超声复合电加工及试验 指 导 老 师： 朱 永 伟 2014年 4 月 4 日毕 业 设 计 （论文）开 题 报 告毕业设计（论文）题目超声复合电化学加工试验研究课题类型课题性质三结合情况是否新题继承性工程设计实验研究理论探讨其它实验室建设科研生产实际是否是否开题报告的内容：一、课题的目的和意义随着科学技术的发展，具有三维型面难加工材料的应用越来越广泛，普通的机械加工难以满足各种要求。超声波加工能有效加工硬质合金、淬火钢、陶瓷、半导体锗和硅片等硬脆材料，电解加工具有效率高、电极无损耗，表面质量好等优点，特别适用于导电性难加工材料的加工。超声结合电化学加工，利用超声作用对电解加工过程的改善，可以提高超声的效率，减小电极损耗，提高电解加工的精度，具有技术复合的综合技术优势。本课题构造进行超声复合电化学加工试验系统，并进行机理试验，熟悉其加工特性，进行参数优化，为其实际应用建立工艺基础。二、本课题在国内外的发展概括超声加工起源于50年代初期。最早研究超声加工技术的国家是日本。原苏联的超声加工研究50年代末和60 年代初已经发表过很有价值的论文，在超声车削、超声钻孔，超声磨削，超声光整复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效益。而我国的超声加工始于50 年代末，到1993年为止，我国已经发表了300多篇有关超声加工方面的科学研究论文，可以相信，随着超声加工设备的不断完善和理论研究的不断深入，它必将在我国技术进步和现代化建设中起到重要的作用。电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。早在1834年，法拉第就发现了电化学作用原理，后来人们又先后开发出诸如：电镀、电铸电解加工等电化学加工方法，并早已在工业上获得广泛应用。近几十年来，借助高新技术，在精密电铸、复合电解加工电化学微细加工等方面发展较快。目前，在机械制造业中，电化学加工已成为一种不可缺少的去除或镀覆金属材料及进行微细加工的重要方法，在发展科学研究、工业生产、国民经济中发挥了日益重要的作用。扬州大学广陵学院毕 业 设 计 （论文）开 题 报 告三、课题的主要内容及实施方案主要内容：主要内容：熟悉超声复合加工的基本原理，对多种硬脆材料进行超声加工试验， 分析不同工艺参数对加工速度、加工精度以及表面粗糙度等的影响规律。要求： 1掌握超声波复合电化学加工的基本原理，构造试验系统； 2 进行超声复合电化学加工试验； 3实验数据分析、处理，形成可指导实际加工的工艺文件实施方案：查阅相关资料，熟悉超声波加工的基本原理和工艺特点。对玻璃、压电陶瓷、工业陶瓷、硬质合金等硬脆性材料进行超声加工试验，探索超声波加工的基本工艺规律，并对实验结果进行分析讨论。课题主要进程安排:第1周： 完成外文资料的翻译，熟悉课题要求；第2周： 查阅资料，熟悉超声波及电化学加工的基本原理； 第3-4周： 绘制超声复合加工系统原理图；进行加工试验的准备工作；第5-9周： 进行超声波复合电化学加工试验，并对实验结果整理，分析讨论；第10-12周：撰写论文，指导老师审阅；第13周： 准备毕业论文答辩；课题主要参考文献:1.刘晋春，赵家齐. 特种加工. 北京：机械工业出版社，19952.苑伟政，马炳和. 微机械与微细加工技术 . 西北工业大学出版社，2000.3.朱荻. 纳米制造技术与特种加工. 2001年中国机械工程年会特种加工技术论文集.北京：机械工业出版社，2001 4.袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术. 北京： 机械工业出版社，1999.7 .5 胡传炘主编.夏志东副主编. 特种加工手册. 北京工业出版社， 20016B.Bhattacharyya, S.Mitra, A.K.Boro. Electrochemical machining:new possibilities for micromachining. Robotics and Computer Integrated Manufacturing 18(2002) 283-289 扬州大学广陵学院毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导老师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日 扬州大学机械工程学院毕业设计（论文）外文资料翻译 教 科 部： 机械电子工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 秦 峰 学 号： 100007128 外 文 出 处：Material removal mechanisms in precision machining of newmaterials指导老师评语签 名：年 月 日翻译原文Material removal mechanisms in precision machining of newmaterialsAbstractModern-day products are characterised by high-precision components. A wide range of materials, includingmetals and their alloys, ceramics, glasses and semiconductors, are finished to a given geometry, finish,accuracy and surface integrity to meet the service requirements. For advanced technology systems, demandsfor higher fabrication precision are complicated by the use of brittle materials. For efficient and economicalmachining of these materials, an understanding of the material removal mechanism is essential. This paperfocuses on the different material removal mechanisms involved in machining of brittle materials. 2001Published by Elsevier Science Ltd.Keywords: Brittle; Defects; Ductility; Material removal; Precision machining1. IntroductionUltra-precision machining technology has been developed over recent years for the manufactureof cost-effective and quality-assured precision parts for several industrial applications such aslasers, optics, semiconductors, aerospace and automobile applications. Precision manufacturingdeals with the realisation of products with high shape accuracy and surface quality. The accuracymay be at the nanometric level. Several machining techniques can be mentioned here like diamondturning, grinding, lapping, polishing, honing, ion and electron-beam machining, laser machining,etc. Efficient overviews of the processes are given in Refs. 13.Ultra-precision machining technology has been highly developed since the 1980s mainlybecause of its high accuracy and high productivity in the manufacturing of optical, mechanicaland electronic components for industrial use. For many advanced technology systems, higherfabrication precision is complicated by the use of brittle materials. The past decade has seen atremendous resurgence in the use of ceramics in structural applications. The excellent thermal,chemical and wear resistance of these materials can be realised because of recent improvementsin the overall strength and uniformity of advanced ceramics 4.Ceramic materials have been widely adapted as functional materials as well as structuralmaterials in various industrial fields and their application to precision parts is also increasing 5.However, the high dimensional accuracy and good surface quality required for precision parts arenot necessarily obtained by the conventional forming and sintering process of ceramic powders.Thus precision finishing of the ceramics after forming and sintering is recognised as a key technologyto precision ceramic parts 6.The quantity of ceramic material to be removed by the finishing process must be very small,so that microcracks do not remain on the finished surface. Abrasive processes such as grindingor lapping with diamond abrasives have generally been adopted for precision finishing of ceramics79.However, it is expected that better surface integrity and higher production rates can berealised by cutting processes. Compared with other processes, cutting is also advantageous inmachining complex shapes.Brittle materials can be divided into three groups: amorphous glasses, hard crystals andadvanced ceramics. Advanced ceramics are a modern development. They are made from fineporous particles that are formed, consolidated and thermally treated under precisely controlledconditions. Use of these materials enables development of high-technology devices and systemsthat simply could not be produced otherwise 10.The same statement could be made about theuse of certain crystalline materials (e.g., semiconductors) and advanced high-temperature glasses.2. Ductile regime machiningImprovements in machining tolerances have enabled researchers to expose the ductile materialremoval of brittle materials. Under certain controlled conditions, it is possible to machine brittlematerials like ceramics using single- or multi-point diamond tools so that material is removed byplastic flow, leaving a crack-free surface (Fig. 4). This process is called ductile regime machining.Ductile regime machining follows from the fact that all materials will deform plastically if thescale of deformation is very small. Another way of viewing the ductile regime machining problemis that described by Miyashita 17, as shown in Fig. 5. The material removal rates for grindingand polishing are compared and there is a gap in which neither technique has been utilised. Thisregion can be termed the micro-grinding gap since the region lies in between grinding and polishing.This gap is important because it represents the threshold between ductile and brittle grindingregimes for a wide range of materials like ceramics, glasses and semiconductors.2.1. Principle of ductile regime machiningThe transition from brittle to ductile mode during machining of brittle materials is described in terms of the energy balance between strain energy and surface energy 18. Localised fracturesproduced during application of load are of interest in machining of brittle materials. Machiningis an indentation process during which indentation cracks are generated, and these cracks play animportant role in ductile regime machining 19.A critical penetration depth dc for fracture initiation is described as follows 20where Kc is the fracture toughness, H is the hardness, E is the elastic modulus and b is a constantwhich depends on tool geometry. Fig. 6 shows a projection of the tool perpendicular to the cuttingdirection. According to the energy balance concept, fracture damage will initiate at the effectivecutting depth and will propagate to an average depth yc. If the damage does not continue belowthe cut surface plane, ductile regime conditions are achieved. The cross-feed f determines theposition of dc along the tool nose. Larger values of f move dc closer to the tool centreline.Another interpretation of ductile transition phenomena is based on cleavage fracture due to thepresence of defects 21. The critical values of a cleavage and plastic deformation are affectedby the density of defects/dislocations in the work material. Since the density of defects is not solarge in brittle materials, the critical value of fracture depends on the size of the stress field. Fig 7 shows a model of chip removal with size effects. When the uncut chip thickness is small, thesize of the critical stress field is small to avoid cleavage. Consequently a transition in the chip2.2. Material removal mechanisms in ductile regime machiningMachining generates a useful surface by intimate contact of two mating surfaces, namely the workpiece and abrasive tool. However, the micromechanisms of material removal differ from material to material depending upon the microstructure of both workpiece and tool material.Generally, during high-precision machining of brittle materials, tools having large negative rake angles are used (as high as -30). The negative rake angle provides the required hydrostatic pressure for enabling plastic deformation of the work material beneath the tool radius. During conventional machining with a single-point tool, the rake angle will be positive or close to 0.With positive rake angle, the cutting force will generally be twice the thrust force. Hence the deformation ahead of the tool will be in a concentrated shear plane or in a narrow plane as shown in Fig. 8. During the grinding process, it is generally agreed that the tool will have a large negative rake angle and also that the cutting force is about half of the thrust force Fig. 8(b). In ultraprecision machining of brittle materials at depths of cut smaller than the tool edge radius, the tool presents a large negative rake angle and the radius of the tool edge acts as an indenter as shown in Fig. 8(c). This represents indentation sliding of a blunt indenter across the workpiece surface. This is similar to a situation where the tool is rigidly supported and cuts the workpiece under a stress such that no median vents are generated but the material below the tool is plastically deformed due to large hydrostatic pressure as in Fig. 8(d).3. Material removal in glass and ceramicsThe ductile grinding of optical glass is considered as the most perfect adaptation of a machining method to the material 22. Glass is an inorganic material supercooled from the molten state to the solid state without crystallising. Glasses are non-crystalline (or amorphous) and respond intermediate between a liquid and a solid; i.e., at room temperature they behave in a brittle manner1838 P.S. Sreejith, B.K.A. N个goi / International Journal of Machine Tools & Manufacture 41 (2001) 18311843but above the glass transition temperature in a viscous manner. The high brittleness of glass is due to the irregular arrangement of atoms. In crystalline materials like metals, the atoms have a fixed arrangement and regularity described by Miller indices, whereas glass structure does not show any definite orientation 23.The unique physical and mechanical properties of ceramics such as hardness and strength,chemical inertness and high wear resistance have contributed to their increased application in mechanical and electrical components. The advanced ceramics for structural and wear applications include alumina (Al2O3), silicon nitride (Si3N4), silicon carbide (SiC), zirconia (ZrO2) and SiAlON. The nature of atomic bonding determines the hardness of the material as well as the Youngs modulus. For ductile metallic-bonded materials the ratio E/H is about 250, while for covalentbonded brittle materials the ratio is about 20. The ratio will lie in between these values for ionicbonded materials. Low density and low mobility of dislocations are the reasons for the high hardness of some of brittle materials.4. Gentle grindingThere is an alternative hypothesis called “gentle” machining wherein it is believed that plastic deformation is not involved exclusively in the material removal 26. According to this theory, since the mode of deformation (plastic/brittle) depends on the state of the stress and not on the magnitude of the stress, it is difficult to assume that the mode of deformation will change by merely changing the depth of cut keeping all other parameters constant. Investigations have shown that, in order for brittle materials to deform in a ductile manner, considerable hydrostatic stress and/or temperature are required. Reducing the depth of cut will merely decrease the stress without changing the stress state. Therefore this theory suggests that the superior quality of the surface produced at lower depth of cut is due to the above effect and not necessarily to plastic deformation. At smaller depths of cut, microcracks may be formed but they may not propagate to form larger cracks. Hence grinding at extremely small depth of cut can be called gentle grinding rather than ductile grinding.翻 译 材料去除机制新材料的精密加工注:Sreejith *,B.K.A. Ngoi学校的机械和生产工程、南洋理工大学、新加坡南洋大道639798年文摘现代产品的特点是高精度的零部件。广泛的材料,萤火虫-荷兰国际集团金属及其合金、陶瓷、眼镜和半导体,完成给定的几何形状,完成,精度和表面完整性,以满足服务需求。先进技术系统的要求制造精度高是复杂的脆性材料的使用。有效的和经济的这些材料的加工,材料去除机理的理解是至关重要的。摘要侧重于不同的材料去除机制参与脆性材料的加工。2001年由爱思唯尔的科学有限公司出版。介绍超精密加工技术是近年来开发生产成本效益和有质量保证的精密零件等工业应用激光、光学、半导体、航空航天和汽车应用。精密制造处理产品的认识高形状精度和表面质量的准确性可能的水平。这里提到一些加工技术可以像钻石车削、磨削、研磨、抛光、珩磨、离子和电子束加工,激光加工等。有效参过程给出的概述。1 - 3。超精密加工技术自1980年代以来一直高度发达的主要因为它的高准确性和高生产率生产的光学,机械和电子元件工业使用。许多先进的技术系统,制造精度高使用复杂的脆性材料。过去的十年已经取得了一个巨大的复兴在结构陶瓷的使用应用程序。优秀的热、化学和耐磨性可以意识到,因为最近这些材料的先进陶瓷的整体强度和均匀性的改善4。陶瓷材料广泛适应功能材料和结构材料在各种工业领域及其应用精密零件也增加5 然而,所需的尺寸精度高,表面质量好精密零件不一定是通过传统的形成和陶瓷粉末的烧结过程。因此精密加工成形和烧结后陶瓷的认可作为一个关键技术认识精密陶瓷部件6。陶瓷材料的数量要删除的后整理工序必须非常小,因此,微裂隙不停留在加工表面。研磨过程,如磨或与金刚石磨料研磨一般都采用精密加工陶瓷7。然而,预计更好的表面质量和更高的生产速度可以实现切削过程。与其他进程相比,切削在加工复杂形状也是有利的。脆性材料可分为三组:非晶眼镜,水晶和先进陶瓷。先进陶瓷是现代发展。他们是由细小的多孔颗粒的形成,巩固和精确控制条件下热处理。使用这些材料使发展的高科技设备和系统,否则根本不可能产生10。相同的语句可能会对某些晶体材料的使用(如。、半导体)和先进的高温眼镜。1.自由磨料加工自由研磨加工(FAM)是一个加工过程,利用磨料如钻石、碳化硅、碳化硼、氧化铝切削和完成。磨料的家人通常是与液体混合浆。这泥浆之间放置一个硬(60 - 62 Rc)旋转的车轮,称为研磨块,和工件。研磨块通常是淬火钢做的。过程的原理图所示(图1)。在家人不要研磨块中嵌入磨料粒子,因此加工过程有点类似三体磨损。如果研磨块是由柔软的材料如铜或锡,然后有机会磨料粒子将会嵌入到块中。在这里加工过程可以被认为是三体和双体穿。这将对应线研磨和抛光过程。流畅的加工表面得到软研磨块时采用的表面的平面度。难研磨块给一个表面平面度比软块11。脆性材料的材料去除机理在家人非常不同于韧性材料由于材料特性和结构的差异。在加工韧性材料,材料去除之前相当大的塑性变形发生。这些塑料品种的表层和次表层的导致裂纹成核和传播。这将最终导致材料去除。延性材料的材料去除机制形容microcutting和磨损机制,提出Rabinowicz12和塞缪尔13。注:Sreejith B.K.A. Ngoi /国际期刊的机床和制造41(2001)1831 2001。自由研磨加工的原理图形容microcutting和磨损机制,提出Rabinowicz12和塞缪尔13。观察骨折在脆性固体研磨确认事实中扮演一个重要的角色在韧性材料去除除了政权加工(14 - 16)。陶瓷加工表面的微观观察FAM揭示材料去除的骨折。图2显示了Ni-Zn铁氧体和钠钙玻璃表面加工后被家人抛光光学质量。粗糙的表面受到家人加工碳化硅(SiC)勇气(62.9m)2。Ni-Zn铁氧体表面显示区域的横向开裂,压碎区和塑料划痕。这些划痕的性质和骨折熊相似thesliding压痕在硬脆性固体,indenters锋利,如图3所示。抛光的钠钙玻璃表面也显示了类似的功能。这里的差别是,在的情况下玻璃表面压痕的特征更特点大幅indenters比滑动压痕如Ni-Zn铁氧体的表面。相似类型的骨折由Imanaka14,格兰姆斯15et al。图2高度抛光的表面擦伤的显微图自由研磨加工。1834注:Sreejith B.K.A. Ngoi /国际期刊的机床和制造41(2001)1831 2001图3。显微图表面划伤的滑动维氏压痕在正常负载100 g。2.韧性政权加工提高加工公差使研究人员公开脆性材料的塑性材料去除。在一定控制条件下,可以使用单一机器脆性材料如陶瓷删除或多点金刚石工具,材料塑性流动,留下crack-free表面(图4)。这个过程称为韧性政权加工。韧性政权加工之前,所有材料将变形可塑性如果变形非常小的规模。另一种方式查看韧性政权的加工问题是被Miyashita17,如图5所示。研磨的材料移除率和抛光比较,无论是技术利用的差距。这地区可以称为该地区以来micro-grinding差距在于研磨和波尔-愿。这种差距是很重要的,因为它代表了韧性和脆性磨之间的阈值荷兰国际集团政权为范围广泛的材料如陶瓷、眼镜和半导体。图4韧性的机理或剪切模式脆性材料的磨削。另外,B.K.A. Sreejith Ngoi /国际期刊的机床和制造41(2001)1831 - 20013.1韧性机制原理加工从脆性过渡到韧性模式在脆性材料的加工中描述应变能之间的能量平衡和表面能18。局部的断裂过程中产生感兴趣的应用程序负载在脆性材料的加工。加工是一个压痕过程中产生压痕裂纹,这些裂纹韧性政权加工起着重要的作用19。临界穿透深度dc断裂
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