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陶瓷塑性法加工

内容导读:传统的材料去除过程一般可分为脆性去除和塑性去除两种。在脆性去除过程中,材料去除是通过裂纹的扩展和交叉来完成的;而塑性去除则是以剪切加工切屑的形式来产生材料的塑性流
传统的材料去除过程一般可分为脆性去除和塑性去除两种。在脆性去除过程中,材料去除是通过裂纹的扩展和交叉来完成的;而塑性去除则是以剪切加工切屑的形式来产生材料的塑性流。对于金属的加工,塑性切削机理很容易实现,而对于脆性材料如工程陶瓷和光学玻璃等,采用传统的加工技术及工艺参数只会导致脆性去除而没有显著的塑性流,在超过强度极限的切削力作用下,材料的大小粒子发生脆性断裂,这无疑将影响被加工表面的质量和完整性。由加工实践可知,在加工陶瓷等脆性材料时,可采用极小的切深来实现塑性去除,即材料去除机理可在微小去除条件下从脆性破坏向塑性变形转变。超精加工技术的最新进展已可将加工进给量控制在几个纳米,从而使脆性材料加工的主要去除机理有可能由脆性破坏转变为塑性流。塑性切屑变形过程可以显著降低次表面(表层)破坏,这种硬脆材料的新型加工技术称为塑性法加工。
陶瓷塑性法加工

近年来,许多学者应用金刚石磨削方法对脆性材料塑性方式磨削的理论和工艺、脆-塑性转变、材料特性、切削力和其它参数的关系进行了系统研究,研究重点是被加工零件的塑性方式表面形成机理和几何精度,其中包括相关机床和砂轮技术的研究与开发。1991年,英国国家物理实验室的研究人员首先采用四面体(Tetraform)结构并应用具有良好工程性的减振机理来设计机床的主要结构,研制出世界上第一台Tetraform-1型超精密磨床。用该磨床对陶瓷、硅片和单晶石英试件进行了大量塑性磨削试验,获得了高质量的样品,其特点是:(1)可采用相对较大的切深(大至10µm)进行加工;(2)表面几何形状精度高,试件周围几乎没有碾痕;(3)机床可在无环境隔离条件下磨削高质量试件;(4)次表面破坏深度仅为传统磨削的1%~2%,甚至小于抛光加工对光学元件的影响。基于Tetraform原理,1995年英国Fra-zer-Nash咨询有限公司和Granfield精密工程有限公司联合研制了Tetraform-2型多功能磨床。发展趋势表明,脆性材料塑性加工技术在超精加工领域有着巨大的应用潜力。 

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