先進(jìn)陶瓷精密機械加工的方法

陶瓷材料根據性能要求不同有不同加工方法。目前主要加更方法包括機械加工、電加工、超聲波加工、激光加工及復合加工幾大類(lèi)。陶瓷雕銑機是一種科技含量高、高精度的數控機床。陶瓷雕銑機可以加工各種工業(yè)陶瓷材料，氧化鋁陶瓷 氧化鋯陶瓷，氧化鈹陶瓷 氮化鋁陶瓷 氮化硅陶瓷等，用來(lái)制作各種圖紙要求的異形件和結構件，針對工業(yè)陶瓷材料的打孔 開(kāi)槽螺紋加工 微孔加工都可以使用陶瓷專(zhuān)用雕銑機來(lái)進(jìn)行快速加工。陶瓷專(zhuān)用雕銑機機床運行穩定可靠、加工質(zhì)量精度高、故障率低、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單方便安全所有零件全部經(jīng)過(guò)高精度研磨加工，精度高，經(jīng)久耐用。 下面簡(jiǎn)要介紹下幾種陶瓷材料加工方法。

1、陶瓷材料的機械加工

        陶瓷材料機械加工主要包括CNC切削加工、磨削加工、鉆削加工、研磨和拋光等。

 （1）陶瓷材料的磨削加工

陶瓷材料的磨削加工是目前已有加工方法中應用最多的一種。磨削加工所用砂輪一般選用金剛石砂輪。對金剛石砂輪磨削機理不同學(xué)者有不同的解釋?zhuān)偟膩?lái)看有一點(diǎn)是共同的,即脆性斷裂是形成材料去除的主要原因。磨削加工中,切屑的清除是一大問(wèn)題,一般采用冷卻工作液清洗。冷卻液不僅起到?jīng)_洗切屑粉末的作用,而且可以降低磨削區溫度,提高磨削質(zhì)量,減少磨粒周?chē)辰Y劑的熱分解等。磨削液一般選用清洗性能好、粘度低的磨削液。金剛石砂輪因其選用結合劑種類(lèi)、磨粒濃度的不同有不同的磨削特性。金剛石顆粒大小是影響陶瓷工件表面質(zhì)量的又一主要原因。顆粒愈大,所加工表面粗糙度愈大,但加工效率愈高。

（2）陶瓷材料的CNC切削加工

CNC加工陶瓷有切削和車(chē)削兩種，車(chē)削加工現在還處于初級階段。CNC切削加工時(shí)主要用到的設備有CNC加工中心和雕銑機（又稱(chēng)精雕機），其中CNC加工中心主要用來(lái)加工尺寸較大切削量較多的陶瓷件，而雕銑機則主要以精加工為主并且加工的陶瓷工件都以小尺寸見(jiàn)多。CNC加工陶瓷時(shí)用到的并非硬質(zhì)刀具而是具有超高硬度的磨頭，這種磨頭通過(guò)高速轉動(dòng)的主軸帶動(dòng)旋轉產(chǎn)生磨削力從而達到對陶瓷工件的切削效果。CNC加工中心以及雕銑機可以加工外形較為復雜的產(chǎn)品，這是磨削加工所不具備的。目前主流的陶瓷CNC機床主要有北京精雕、鑫騰輝數控（電話(huà)：136 998 99025）等少數幾個(gè)品牌。

（3）陶瓷材料的鉆削加工

        陶瓷材料鉆削多采用掏料鉆。掏料鉆的結構為一環(huán)形金剛石砂輪焊接到一中空的鋼管上,焊接工藝為銀焊。當鉆削陶瓷材料時(shí),金剛石砂輪高速旋轉,利用端面的金剛石磨粒切削材料。

（4）研磨和拋光

 在工業(yè)生產(chǎn)的某些領(lǐng)域,僅靠磨削是達不到陶瓷件表面光潔度要求的,通常要采用研磨和拋光。另一方面,陶瓷材料韌性較小,脆性較大,其強度很容易受表面裂痕的影響。加工表面愈粗糙,表面裂紋愈大,愈易產(chǎn)生應力集中,工件強度愈低。因此,研磨不僅是為了達到一定的粗糙度和高的形狀精度,而且也是為了提高工件的強度。拋光是采用軟質(zhì)拋光器和細粉磨粒以較低的壓力作用于工件的一種精加工過(guò)程。

2、陶瓷材料的電加工

        電火花加工主要是通過(guò)電極間放電產(chǎn)生高溫熔化和汽化蝕除材料,因此材料的可加工性主要取決于材料的熱學(xué)性質(zhì),如熔點(diǎn)、比熱、導熱系數等,而材料的力學(xué)性能影響較小。電火花加工適合于超硬導電材料的加工。由于大多數陶瓷材料是電的絕緣體,以往很少用電火花加工法加工。但近年來(lái)許多高性能陶瓷中都含有TiC等導電材料,使得電火花加工成為可能。

（1）加工導電性陶瓷

陶瓷中的相當一部分具有一定的導電性，因而可用電火花直接加工。常用加工方法有電火花線(xiàn)切割加工和電火花成型加工。以電火花線(xiàn)切割和成型加工為基礎，還可衍生出其它方式的加工方法，如電火花內外圍和平面磨削，刀具的刃磨，電火花銑槽，齒輪及螺紋的電火花加工等。

（2）加工非導電性陶瓷

 非導電性陶瓷不具有導電性，不能直接作為電極對另一方進(jìn)行電火花加工。對此，一般采用電解液法和高電壓法來(lái)創(chuàng )造產(chǎn)生火花放電的條件，對非導電陶瓷進(jìn)行加工。

電解液法實(shí)際上是電解電火花復合加工，它是目前研究得最多的方法。這種方法通常是利用電化學(xué)反應時(shí)在工具電極上產(chǎn)生的氣泡，形成電解液中火花放電所需的非導電相，通過(guò)氣泡放電的熱作用來(lái)蝕除工件，其中電解作用和化學(xué)作用也起了重要的影響。但電解液法氣體相形成速度慢，放電擊穿延時(shí)長(cháng)，大量消耗電解能，因而加工效率低、能耗大。對此，有人提出以高速旋轉的齒電極的氣流吸附及渦流作用，或用可控充氣的技術(shù)等方法來(lái)解決。

高電壓法是在尖電極與平板電極間放入絕緣的工件，兩極加以高頻高壓脈沖電源，由于兩極間存在寄生電容，使得尖電極附近部分絕緣被破壞，發(fā)生輝光放電，從而達到加工的目的。一般使用的電壓為5000—6000V，最高為12000V，頻率為數十千赫到數十兆赫。

3、陶瓷材料的超聲波加工

 超聲波加工就是利用振動(dòng)頻率超過(guò)16 000 Hz的工具頭,產(chǎn)生0.01~0.1?的振幅,通過(guò)懸浮液磨料對工件進(jìn)行加工使其成形的一種加工方法。懸浮液磨料以極高的速度強力沖擊加工表面,在被加工表面造成很大的局部單位面積壓力,使工件局部材料發(fā)生變形,當達到其強度極限時(shí),材料將發(fā)生破壞而變成粉末被打擊下來(lái),這是超聲波加工工件的主要作用。其次還有懸浮液磨料在工具頭高頻振動(dòng)下對工件表面的拋磨作用,以及工作液進(jìn)入被加工材料裂縫處,加速機械破壞的作用。

4、陶瓷材料的激光加工

 激光加工是利用高能量密度(108~ 1010w/cm2)的均勻激光束作為熱源,在加工陶瓷材料表面局部點(diǎn)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫,局部點(diǎn)熔融或汽化而去除材料。激光加工是一種無(wú)接觸、無(wú)摩擦式加工技術(shù),加工過(guò)程中不需模具,通過(guò)控制激光束在陶瓷材料表面的聚焦位置,實(shí)現三維復雜形狀材料的加工。一般激光鉆孔和切割所需激光功率為150W~15kW。但同放電加工一樣,由于陶瓷材料熱導率低,高能束可能會(huì )在材料表面產(chǎn)生熱應力集中,形成微裂紋、大的碎屑、甚至材料斷裂。

5、陶瓷材料的復合加工

  復合加工通常具有較高的材料去除率和或加工質(zhì)量,是當前機械加工技術(shù)發(fā)展趨勢之一。目前陶瓷復合加工的方法很多,如電解電火花復合磨削、磁力研磨拋光、超聲機械磨削、電解電火花線(xiàn)切割、超聲電火花復合加工和充氣電解放電復合加工等。這些復合加工方法通常能獲得較好的加工質(zhì)量或較高的加工效率,因此陶瓷的復合加工是解決陶瓷材料加工問(wèn)題的最有效的途徑。

 陶瓷材料具有輕質(zhì)、高強、超硬、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、化學(xué)穩定性好等優(yōu)良特性。但由于其同時(shí)具有高脆、斷裂韌性低、彈性模量高等特點(diǎn)。因此硬脆性的陶瓷材料很難進(jìn)行銑、刨、磨、拋、鉆孔等加工,同時(shí)高昂的機加工費用和較差的加工精度也限制了其作為工程材料在航天航空、石油化工、儀器儀表等領(lǐng)域的廣泛應用。通常精密陶瓷零部件的機加工費用甚至約占總成本的90%。通常利用復相增韌、組分搭配、結構設計等制備技術(shù)，在盡可能少犧牲力學(xué)性能的前提下提高材料的可加工性能。

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