王錦

摘 ?要 ?本文主要介紹了氧化鋯陶瓷加工常用磨具的種類及其特性，對(duì)實(shí)際加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷進(jìn)行了分析，為氧化鋯陶瓷工件的加工提供參考。

關(guān)鍵詞 ?氧化鋯陶瓷;磨具;加工缺陷

0 ?前 ?言

氧化鋯陶瓷材料是近年來發(fā)展迅速的一種新型工程材料，它具有重量輕、硬度高、強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)低、耐磨、耐高溫、耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在能源、航天、計(jì)算機(jī)、機(jī)械制造等領(lǐng)域逐漸顯示出其廣闊的應(yīng)用前景。在1 170 ℃時(shí)單斜晶型氧化鋯轉(zhuǎn)化為四方晶型，2 370 ℃時(shí)四方晶型氧化鋯轉(zhuǎn)化為立方晶型，并且這個(gè)過程是可逆的，這種結(jié)構(gòu)和性能的轉(zhuǎn)變是氧化鋯作為新型工程材料發(fā)展和應(yīng)用的依據(jù)。四方晶型的穩(wěn)定氧化鋯具備良好的力學(xué)性能，是氧化鋯陶瓷工程應(yīng)用的最好形態(tài)，主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的零部件、渦輪葉片、軸承零部件、砂磨機(jī)配件、航天器噴嘴、人工牙床、人工關(guān)節(jié)、醫(yī)用工具、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、印刷機(jī)配件、閥門、活塞、刀具、密封件以及軍事應(yīng)用等。但是氧化鋯材料的優(yōu)良特性也給加工帶來了很大的不便，給加工帶來一些難度特點(diǎn)：較高的硬度和脆性、斷裂韌性差、彈性極限和材料強(qiáng)度接近。所以，選擇合適的加工工具、探究合適的加工方法，以此得到形態(tài)良好的氧化鋯加工成型面，對(duì)于氧化鋯陶瓷的運(yùn)用和進(jìn)一步發(fā)展有重要意義。

1 ?氧化鋯陶瓷加工用磨具

由于氧化鋯陶瓷在高溫?zé)蓵r(shí)存在12%～20%的燒結(jié)收縮和一定程度的燒結(jié)變形，燒結(jié)后的氧化鋯產(chǎn)品尺寸和表面光潔度很難達(dá)到要求的精度，現(xiàn)在一般采用金剛石磨具磨削的方法將燒結(jié)后的氧化鋯材料加工成尺寸精度和表面光潔度都達(dá)標(biāo)的零件。氧化鋯陶瓷材料的部分性能參數(shù)如表1。

金剛石磨具最外層是金剛石層，下面依次是過渡層和基體。其中磨具的工作部分就是由金剛石磨料和結(jié)合劑共同組成的金剛石層，結(jié)合劑對(duì)金剛石磨具的性能和使用壽命起決定性作用。在氧化鋯陶瓷實(shí)際加工中用到的金剛石磨具，根據(jù)結(jié)合劑分類主要有青銅、陶瓷、樹脂和電鍍四種。青銅結(jié)合劑以錫粉和銅粉為原料，強(qiáng)度高、耐磨性好、經(jīng)濟(jì)性高，但是加工表面較粗糙，刀痕明顯，只用于粗磨;陶瓷結(jié)合劑制造的磨具磨削效率高，受溫度影響的形變量小，排屑性能好，一般用于氧化鋯陶瓷的粗磨和半精磨，加工金屬治具時(shí)也會(huì)使用此種磨具;樹脂結(jié)合劑磨具具有自銳性好，加工后表面粗糙度低，磨削溫度低和易于修整等特點(diǎn)，主要用于半精磨和精磨，以達(dá)到較高的零件表面要求;電鍍結(jié)合劑磨具是將100#～800#的金剛砂顆粒單層或多層電鍍?cè)诨w上，一般用于錐度磨具、異形磨具、成形磨具等特殊磨具，主要用于外圓磨床、數(shù)控加工中心來加工包含特殊特征的工件，由于鍍層比較薄的原因，電鍍磨具使用壽命較短。

此外，金剛石磨具粒度的選擇與待加工表面要求相關(guān)，待加工表面粗糙度要求越高，選擇使用的磨具的目數(shù)也就越高。一般粗磨時(shí)徑向切削量大，選擇100#～120#;半精磨選擇120#～200#，徑向切削量0.05～0.18 mm;精磨選擇200#～1 600#，徑向切削量不大于0.05 mm。

2 ?磨具對(duì)氧化鋯零件表面粗糙度的影響

表面粗糙度是評(píng)估加工零件表面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是眾多氧化鋯零件的技術(shù)要求之一。本次實(shí)驗(yàn)采用30×30×15 mm的氧化鋯陶瓷片為磨削樣片，實(shí)驗(yàn)中切削液、機(jī)床加工參數(shù)、加工方式等參數(shù)保持不變的情況下，探究不同結(jié)合劑的磨具對(duì)氧化鋯陶瓷磨削表面粗糙度的影響。表2為平面磨削時(shí)青銅結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑三種不同結(jié)合劑的金剛石磨具對(duì)比試驗(yàn)的磨削條件。表3為試驗(yàn)結(jié)果。

由表3可知，在其它磨削條件均相同的條件下，青銅結(jié)合劑金剛石磨具磨削比最高、經(jīng)濟(jì)性最好，但被加工表面粗糙度最差。樹脂結(jié)合劑有一定彈性且軟，這使得磨削過程中磨具對(duì)被加工零件表面有彈性拋光作用且磨具不易堵塞，這樣可以得到最好的加工表面。陶瓷結(jié)合劑制成的磨具在實(shí)際加工中的性能表現(xiàn)介于二者之間。

3 ?氧化鋯陶瓷加工過程中與磨具相關(guān)的缺陷

氧化鋯陶瓷在具備高機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，韌性較差，因此在加工過程中很容易出現(xiàn)崩邊、缺口等破壞工件外觀和結(jié)構(gòu)的問題。由于陶瓷零部件對(duì)尺寸精度和表面光潔度很多情況下都有較高的要求，下面就氧化鋯陶瓷零件加工過程中可能會(huì)產(chǎn)生的與磨具相關(guān)的問題及其原因進(jìn)行一些分析：

（1）氧化鋯陶瓷零件缺口。造成零件缺口的主要原因是磨削時(shí)使用的磨具粒度太粗，特別是磨削至零件邊緣時(shí)此類問題比較突出。

（2）表面粗糙度不達(dá)標(biāo)。當(dāng)磨具轉(zhuǎn)速過低、精磨削時(shí)間較短時(shí)，零件單位面積承受的磨削周期很短，達(dá)不到一定的無進(jìn)給磨削時(shí)間。另外，磨具粒度太粗、硬度太低、表面間隙太大、金剛砂不銳利也會(huì)導(dǎo)致這個(gè)問題。

（3）零件表面有波浪紋。主要是由于磨具硬度太高，徑向切削量太大導(dǎo)致磨具對(duì)零件表面的壓力發(fā)生周期性變化而引起的振動(dòng)。

（4）零件表面出現(xiàn)螺旋線。原因是磨具未使用冷卻液修整或是修整有缺陷，邊緣有凸起、磨具上有破損剝離的沙粒未及時(shí)清理干凈。

4 ?結(jié) ?論

（1）不同結(jié)合劑的金剛石磨具各有其優(yōu)點(diǎn)，并且由于金剛石價(jià)格昂貴，加工時(shí)應(yīng)正確選擇和合理使用金剛石磨具。

（2）很多由磨具導(dǎo)致的缺陷在實(shí)際的氧化鋯陶瓷磨削加工過程中經(jīng)常會(huì)被忽略，在問題發(fā)生后進(jìn)行原因分析時(shí)要特別注意分析金剛石磨具的狀況

參 考 文 獻(xiàn)

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