粗磨粒金刚石油石超声珩磨ZrO2陶瓷的延性特征

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1 前言

工程陶瓷材料由于其良好的物理机械性能，使之在国防、军事、航空航天、精密医学工程、计算机工程等领域中应用十分广阔。但是，由于这类材料本质上的易脆等特点，加工十分困难，主要问题是：为了避免表面破碎，只能采用极小的切削深度，导致零件制造成本高和生产效率低。此外，在加工后材料表面和亚表面层的微裂纹和微破碎，导致零件的可靠性很差。因此，如何提高硬脆材料的高效精密加工和加工后的可靠性，成为国际上近年来研究的重点。为了提高硬脆材料的加工效率，笔者曾在1994～1995 年详细地研究了纵向施振超声珩磨工程陶瓷的表面特性，并给出了超声珩磨的加工效率和被加工的表面质量。本文在上述研究工作的基础上，主要研究粗磨粒金刚石油石超声珩磨工程陶瓷的速度对延性切削的影响及其表面破碎的影响。

图1 粒度140#油石在不同珩磨速度下普通珩磨表面的SEM照片

图2 粒度140#金刚石珩磨油石在给定切深和不同珩磨速度下超声珩磨表面的SEM照片

图3 粒度80#金刚石珩磨油石在切深一定时不同珩磨速度下普通珩磨表面的SEM照片

图5 普通珩磨和超声珩磨速度与表面破碎率的关系 超声珩磨的表面，破碎几乎均产生在两相邻磨粒刻划出沟槽的隆起交界处，宽而平的沟槽内破碎很少，而普通珩磨的表面，在两磨粒刻划的交界处及沟槽的底部，均有大量的破碎产生。分析其原因，前者是附加在磨粒上的高频振动对磨削沟槽所隆起边缘的不断冲击造成的，后者是普通珩磨时磨削力大造成的。由图5可以看出，采用粗粒度金刚石油石进行普通珩磨，随着磨削速度的提高，珩磨表面的破损率逐渐减小。普通珩磨在n=190r/min 以内，磨削表面均产生大面积破碎，破碎表面大于10µm，整个表面的破碎点面积总和均大于被观察表面的30%，最大的达到70%。而超声珩磨从60～190r/min 速度下均可获得延性切削表面，整个表面破碎很少，破碎点数不大于10%，最大破碎凹坑面积小于8µm，延性珩磨磨粒刻划的痕迹十分清楚。