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工程陶瓷磨削加工棱邊質量控制探索_外文翻譯

摘 要: 本文針對納米氧化鋯陶瓷平面磨削所獲得的棱邊質量進行實驗研究。通過顯微觀察測量單邊微臺階尺寸,白光干涉檢測棱角兩邊表面粗糙度參數,獲得棱邊質量性狀。為進一步在棱邊質量控制技術以及硬脆材料表面完整性評價方面的研究奠定基礎。
關鍵詞:工程陶瓷,磨削,棱邊質量
 
1.引言
工程陶瓷材料具有高強度、高硬度、低密度、低膨脹系數以及耐磨、耐腐蝕、隔熱、化學穩定性好等優良特性,已成為廣泛應用于航空航天、石油化工、儀器儀表、機械制造及核工業等領域的新型工程材料。
目前對工程陶瓷加工的研究多集中于表面質量,尤其是工藝參數對表面粗糙度的影響,而忽視了棱邊質量的控制;而對于棱邊質量的研究,也局限于金屬材料,即對毛刺標準與毛刺去除方法的研究。金屬材料加工棱邊的毛刺,各國都已有相對完善的標準[1],并擁有人工去毛刺、振動光飾去毛刺、電化學去毛刺、磁力研磨去毛刺等等眾多的棱邊質量提高技術;而工程陶瓷、玻璃等硬脆材料在此方面尚是空白,其加工棱邊與金屬材料加工棱邊又有著顯著的區別,如圖1所示。
     
玻璃                 ZrO2陶瓷                    45鋼
圖1棱邊對比圖
Fig.1 Experiment schematic diagram of measuring temperature
可以看出,同突出與理想邊界的金屬毛刺相反,玻璃、工程陶瓷等硬脆材料的棱邊呈微弱的臺階,間或存在較大的材料剝離缺陷。本文通過納米氧化鋯陶瓷平面磨削實驗,研究其棱邊質量的特征,對工程陶瓷材料的加工應用,以及深入探討被磨零件表面完整性具有重要意義[2,3]。
2.實驗
2.1實驗條件
對氧化鋯陶瓷進行普通平面磨削。實驗所用機床為岡本平面磨床,實驗條件如表1所列。由于砂輪表面金剛石磨粒的出露狀態會影響其切削能力,為此在實驗過程中要適時地對砂輪進行修銳。
表1實驗條件
Fig.1 Experiment Conditions
參數 試驗條件
工    件 納米ZrO2陶瓷、玻璃,  

金剛石砂輪 直徑350mm,寬度35mm粒度270#、W10;樹脂結合劑;濃度100%
砂輪線速度Vs 26.6m/s
工作臺速度 16m/min
磨削深度ap 1μm/pass,2μm/pass,5μm/pass,10μm/pass ,15μm/pass
冷卻方式 干磨
2.2檢測條件:缺測量軟件詳細參數功能介紹
觀察磨削質量,尤其是棱邊質量對棱邊質量分別采用日本三豐工具顯微鏡與talysurfy白光干涉儀進行觀察與測量。
表5-2測量儀器參數
Tab.5-2 measuring parameters
儀器 放大倍率 掃描面積mm2 分辨率
MF 10  768×576
Taylor Hobson CCI 6000 10 0.9×0.9 1024×1024

3結果與分析
3.1單邊立體特征
采用日本三豐工具顯微鏡對垂直切入、切出的工程陶瓷磨削棱邊進行立體顯微觀察,如圖2所示?梢悦黠@看出試件表面的磨削軌跡和殘余損傷。工件表面上有大量的斷裂性凹坑存在,只有很少部分的條紋,且條紋不連續,加工表面可見許多碎片,溝槽底部凹凸不平,破碎殘存在溝底,出現剝落現象。隨著磨粒的切削,徑向裂紋產生并擴展,延伸到磨削表面;或隨著磨粒的逐漸卸載,已產生的橫向裂紋有可能在光滑的磨痕上形成微小的脆性剝落坑,材料表面呈現脆&塑混合模式的材料去除。
   
水平方向                             豎直方向
圖2 單邊二維顯微圖
另外,通過軟件后處理確定宏觀缺陷大小。水平方向平均剝離寬度0.036mm,最大的缺陷區有0.121mm;豎直方向平均高度0.022mm,最大缺陷處距表面0.063mm?梢娎膺厖^域在砂輪切入沖擊和切削力的作用下裂紋擴展較深,以致偶爾產生較大粒徑的剝離。
3.2 棱角兩邊水平性狀對比
采用Talysurfy白光干涉儀獲得棱角兩邊質量微觀參數,測試結果如圖3~5。從圖3三維立體著色圖,我們可以明顯看到試件棱角處直角狀邊緣狀況。在棱邊上的較多的顆粒拔出缺陷,Y方向尤為突出;超精密磨削加工表面的Sz范圍均在6.59微米之內。棱邊缺陷在紋理清晰、規整的陶瓷表面顯得非常突兀,這也同圖2的顯微照片相符。
 

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